望龙碛航道整治工程河段鱼类栖息地水动力指标分布

栖息地水动力环境对鱼类生存繁殖具有重要影响。针对长江上游望龙碛河段,采用三维水流数值模拟方法探讨航道整治工程对河段内胭脂鱼产卵栖息地水动力指标的影响。结果表明:河道各断面流速分布沿河宽呈“中间高、两边低”;工程后各断面适宜产卵流速区域向右偏移,且偏移量随流量增大而增加,最大偏移量60 m。涡量沿水深成层分布,总体呈“底层大、表层小”;工程后涡量较大值集中出现在工程区域附近及河道断面中部,涡量沿垂线分布变化明显,随着流量增大涡量变幅增加,最大变幅0.05 s^(-1);动能梯度沿水深分布与涡量相似,沿河宽方向动能梯度分布特征与深水区域分布表现出较强的相关性;流量增大后各断面动能梯度最大值增加。工程后形成的复杂水动力条件有利于鱼类生存繁殖。

长江上游航道整治工程对生态系统服务价值的影响

航道整治工程江段的生态系统服务价值评价是衡量工程建设对生态系统可持续发展影响的关键指标。以长江上游朝天门—涪陵江段航道整治工程为案例,通过土地利用变化为切入点,采用当量因子法对工程前、中、后期生态系统服务价值进行评估。研究结果显示,朝涪段的生态系统服务价值在2015—2018年下降1.40%,随后在2018—2021年增长5.73%。在12项服务功能价值中,占比最大的为水文调节,其次为航运服务价值,在工程前后均呈现上升趋势。不同地类的生态系统服务价值贡献度存在差异,水域一直是主要贡献因子和敏感因子。研究结论可为促进航道建设与生态保护的协调发展提供理论依据。

卓越工程师培养模式探析——以重庆交通大学港口航道与海岸工程为例

"卓越工程师教育培养计划"是国家培养高素质科技工程人才的重大举措,本文就重庆交通大学港口航道与海岸工程专业的卓越人才培养进行探讨,分析了卓越工程师培养工程中的问题以及解决措施,为进一步实施好卓越工程师计划奠定了基础。

长江上游水井湾航道整治数值模拟

水井湾滩段是长江上游弯道分汊河道,具有急、浅、险等多种碍航特性。洪中枯流量的差异引起主支汊分流比与分沙比的变化,河床不稳定。采用数值模拟方法,结合丁顺坝平面初步布置方案,研究丁顺坝坝头不同偏角布置下水井湾航道的通航水流条件及汊道分流比变化规律,对比分析各布置方案的计算结果得到平面布置最优方案。研究表明:通航水流条件与丁顺坝坝头偏角不成正向变动关系,坝头偏角存在合适区间;分汊主河道分流比与流量成反向变动关系,坝头偏角对河道分流比影响较小。研究结果可为同类型河流航道整治方案提供理论依据。

基于模糊贝叶斯网络的长江上游航道整治建筑物技术状况评价研究

针对长江上游航道整治建筑物特点,以建筑物功能发挥状况和结构状况为研究点,提出了建筑物包含"目标-准则-要素-指标"4个层次的评价指标体系;基于贝叶斯网络方法和模糊数学理论,建立了航道整治建筑物技术状况的综合评价模型,定义了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共4级评价标准;通过数学期望公式量化建筑物具体技术状况值。以长江上游东溪口碛头坝为例,对其2016、2017、2018年的技术状况进行了验证评价。结果表明:2016、2017、2018年,长江上游东溪口碛头坝技术状况隶属等级分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅱ级,与规范所得结果吻合;量化技术状况值E分别为83.75、75.25、70.25,与工程实际相符。

长江上游航道整治建筑物不同流量下的生态效果

航道整治建筑物在长江上游广泛存在,其在改变局部河段的水动力和水体理化特征的同时也会对浮游生物群落产生重要的影响。于寸滩站11 000 m^(3)/s流量下开展顺坝和丁坝2座航道整治建筑物的水动力、水质及浮游生物生物量现场监测,利用MIKE21软件建立流场,进一步模拟不同流量下坝体前后水动力、水质、生物量的变化趋势。监测结果表明,相较于坝前,两坝体坝后流速减小,溶解氧浓度、浮游植物密度、生物量增加,其中顺坝和丁坝浮游植物密度分别增加69.39%和62.18%,生物量分别增加77.42%和56.41%。基于现场监测数据建立模型得出,4 500、11 000、39 200 m^(3)/s流量下航道整治建筑物前后水动力、水质及生物量差异性逐渐降低,4 500 m^(3)/s流量下整治建筑物生态效果最好。研究成果可为航道整治工程区生物的保护和生态航道的建设提供理论依据。

松花江牤牛哨滩河段航道整治方案比选

牤牛哨滩是松花江中游主要的碍航浅滩,该滩段河道水浅槽窄、滩口流急并伴随横流等碍航水流,严重影响船舶通航以及生态旅游航道的建设。针对此问题,采用二维水流数值模拟方法对牤牛哨滩河段的碍航水流特性进行研究,对比分析3种航道整治方案的效果。结果表明,采用复式断面航槽疏浚及生态闸坝建造的方案后,该滩段通航水深大于1.78 m,枯水期平均比降仅为0.29‰,平均消滩水力指标远小于2.06,流态良好,满足航道治理要求。研究成果可为该类滩险的航道整治方案选择提供科学依据。

内河限制性航道船舶下沉量数值研究

内河限制性航道中的船行波具有波高大、流速急等特点,于其中行驶的船舶会随着压力波动而发生纵倾变化,当下沉严重时会造成搁浅事故。以某通航工程为研究对象,借助计算流体力学软件,运用GMRES压力求解器和RNG k-ε(k为紊动能,ε为紊动能耗散率)湍流模型,开展了限制性航道中不同航速、不同水深以及不同隧道宽度共计32种工况下船舶航行下沉量研究。研究表明船舶最大下沉量以及最大纵倾角随着航速以及隧道宽度的增大而增大,随水深的增加而减小。相关结果可为内河限制性航道船舶安全航行提供科学指导。

吉林九站松花江大桥河段航道整治方案研究

吉林市九站松花江铁路大桥桥区河道地形起伏大,枯水期航道尺度不足,水位落差集中,存在明显的陡比降。加之桥区临时建筑物未拆除,导致过水断面剧烈收缩,形成急流,严重碍航。采用二维水流数学模型对整治方案进行了计算分析。结果表明:扩大卡口断面和航槽疏浚不能有效解决该河段陡比降的问题,而采用复式断面对桥下游边滩进行开挖可较好地调整水流流态,降低流速,消除陡比降,通航条件较好,可为桥区河段急险滩整治提供借鉴。

长江黄金航道整治技术研究构想与展望

当前,长江黄金航道面临着长江三峡枢纽和上游水库群联合运行带来的水沙条件新变化,以及防洪、航运、发电、供水、生态等水资源综合利用的新需求,亟待深入认识新水沙条件下航道演变机理及发展趋势,科学评估航道承载力及提升潜力,系统研发水资源综合高效利用目标下的航道整治技术,有效促进航道整治与生态环境保护的协调融合。"长江黄金航道整治技术研究与示范项目"以提高航道通过能力,实现长江航道资源高效利用为目标,凝练了四大关键科学和技术问题:1)水沙变化条件下长江航道演变机理及发展趋势;2)长江重要生物-生境对航道整治工程的响应机制;3)多因素影响下长江航道滩群联动整治方法与技术;4)基于河流完整性的航道整治生境融入及再造技术。结合关键科学问题和技术内涵,提出五大重点研究内容:1)研究长江不同类型河段复杂动力过程与滩槽演变的相互作用机理,预测长江航道演变趋势;2)研究长江生态航道的架构及评价体系;3)评估多功能河流航道承载力及可提升潜力;4)研究多库联调下山区河流卵石滩群联动航道整治技术、防洪-通航协同下中游强冲刷河段航道整治技术、下游复杂多分汊河段航道滩槽调控技术、径潮流河段深水航道协调治理与减淤技术等;5)研究长江航道整治工程的生境融入及再造技术,构建生态友好型航道整治模式。最后,将五大重点研究内容细分为八大前沿研究方向:1)新水沙条件下长江航道演变机理及趋势预测;2)长江生态航道架构及评价方法体系;3)多目标协同下长江黄金航道承载力及提升潜力;4)多库联调下卵石滩群联动航道整治技术;5)防洪-通航协同下强冲刷河段航道整治技术;6)复杂多分汊河段航道滩槽调控技术;7)径潮流河段深水航道协调治理与减淤技术;8)长江典型生态保护段航道整治技术。基于以上内容,初步构建长江航道整治技术研究体系,以期为提高黄金航道通过能力提供理论基础和技术支撑。

内河航道整治建筑物服役状态综合评价研究

长江上游存在众多航道整治建筑物,综合评价其技术状况对航道建设规划重要理论价值与现实意义。基于模糊贝叶斯网络评价模型,对长江上游5座整治建筑物进行了验证评价,并通过数学期望公式量化建筑物具体技术状况值。结果表明:长江上游典型航道整治建筑物技术状况等级评价与相关维护管理部门对航道整治建筑物历年评价契合度较高,符合航道整治建筑物评价的客观规律,量化技术状况值满足工程实际状况,建议对整治建筑物技术状况量化值为50~70展开相应损毁部位的维修,70~80应加强观测、巡视。主槽浅区航深、航道整治建筑物坡比、坝身水毁体积比为航道整治建筑物技术状况评价的主要潜在影响因素,日常管理维护应重点关注冲刷坑发展态势、边坡稳定性、主槽浅区航道条件。

抚河疏山水利枢纽船闸通航水流条件研究

为满足水运需求,解决船闸引航道口门区受河段地形和涉河建筑物影响而导致的通航条件困难等问题,保障船舶安全通行,以抚河疏山水利枢纽船闸工程为例,采用数值模拟方法,对枢纽船闸上游引航道口门区通航条件进行计算分析,针对不良流态问题提出优化方案措施,并对方案前后枢纽通航条件进行对比分析。研究表明,调整船闸平面布置等措施对改善设计阶段的枢纽船闸上引航道口门区通航条件是有效的。研究成果可为抚河疏山水利枢纽船闸工程通航及其他类似河段工程提供技术支持。

感潮河网区航道整治工程潮流数值模拟

东江下游三角洲发生的河道采沙、航道整治等人类活动对该河网区河床形态的自然演变过程产生了较大影响,引起河网区水动力产生相应的调整。基于非结构网格有限体积法的二维潮流数学模型,对倒运海水道疏浚工程实施后二维潮流场进行模拟研究,并从动力场的角度分析河网区航道整治效果。计算结果表明,工程实施后对水流的影响主要集中在工程附近水域,对河道沿程水位及流速的影响较小,可为其它河网地区的航道整治工程提供参考。

长江上游胡家滩航道整治数值模拟研究

长江上游胡家滩为弯曲展宽河段浅滩。探讨了胡家滩浅滩河段河床演变特征、碍航特性及滩险成因,提出了航道整治思路与方案。应用平面二维水流泥沙数学模型,采用2002—2011年的水沙序列资料,对方案整治效果进行分析。结果显示,整治后航槽流速增加且不会成为急滩,消落期航槽内泥沙冲刷加强,起冲时间提前,冲刷历时延长,航道尺度满足规划要求,航槽基本稳定,说明采用筑坝、疏浚与炸礁相结合的方法对胡家滩浅滩航道整治较为有效。

水利工程硕士水沙动力学课程思政建设实践探索

如今,课程思政的教育理念不断深入到各大高校的教学中,该文从课程大纲修订、思政育人元素挖掘、思政教学实践等方面对水利工程硕士的水沙动力学课程思政实践进行研究,探索如何把思政元素融入到课程教学中;创新性地将“课程思政=知识目标+案例讲解+思政目标”的课程思政教学模式融入到教学实践,有意识地结合学院优秀学者的最新研究成果、专业技能在重大工程上的运用,从实际出发培养学生的职业认同感及提高学生的职业责任感。工程学科作为直接作用在社会民生和经济层面的学科,专业课程教学和实践教学与思政教学衔接更加重要,因此,教师在作为教学主体时,应该遵循“育人为本、德育为先、能力为重、全面发展”的育人理念,引导学生能够自主学习,具有适应社会经济发展的能力,拓展国际视野,并能够跟踪本专业及相关领域的前沿技术,具有持续职业竞争力。

水下抛石电阻率特性试验研究

研究旨在利用电阻率技术解决水下抛石坝(隐蔽性工程)隐患探测和质量评价等关键问题。采用四电极法分析了水下抛石在不同供电电压和空隙率条件下的电阻率特性,并建立了电阻率与水下抛石空隙率的经验公式。结果表明:水下抛石电阻率随供电电压(10~60 V)升高呈先衰减后逐渐趋于稳定的变化特征,且供电电压高于30 V时电阻率衰减程度显著降低;水下抛石电阻率随空隙率的增加逐渐减小并趋于稳定(两者间的关系可用递减型幂函数表征),且不同供电电压下电阻率随空隙率的变化规律与此类似;分别选用幂函数、指数函数及对数函数拟合电阻率与空隙率关系,发现幂函数拟合误差最小,考虑供电电压影响最终建立了水下抛石电阻率与空隙率的经验公式;进一步通过水下抛石坝模型试验验证了经验公式的可靠性。该经验公式可有效描述水下抛石分布的密实程度,从而快速识别水下抛石坝内部隐患。

骨架颗粒组成对散粒土管涌规律影响的试验研究

利用改进的渗透装置试验研究了细颗粒(0.075~1 mm)含量相同时骨架颗粒组成含量不同对散粒土的管涌发生临界条件以及颗粒侵蚀流失规律的影响,结果表明:不同颗粒级配的试样在管涌发生前,水力梯度与渗流速度呈线性关系,基本符合达西定律;骨架颗粒1~2、2~3、3~5 mm 3个粒径段对管涌发展起到了阻碍作用,其中1~2 mm粒径段颗粒对管涌孔隙的堵塞作用强于另外两个粒径段颗粒;对于不同级配的骨架颗粒,其不均匀系数越大,试样的下限临界水力梯度值就越大,细颗粒越不易起动,发生管涌的时间越晚,而不同级配的骨架颗粒对试样的上限临界水力梯度影响较小。

间断级配散粒土侵蚀过程及强度演变机理研究

旨在探究相同应力条件下不同密实度间断级配散粒土管涌侵蚀机理及其侵蚀后强度变化特性,制备干密度为1.80,1.84,1.88 g/cm^(3)的3种土体试样,通过管涌三轴试验深入地探讨了干密度对其破坏临界水力梯度、累计涌砂量、体积变化量及侵蚀后强度变化的影响规律。研究表明:试样破坏临界水力梯度随其干密度增大而增大,且利用Terzaghi公式(F1)、毛昶熙公式(F2)及水利水电科学研究院公式(F3)对其渗流临界水力梯度进行分析,发现在该应力环境下各公式计算结果与试验结果均较接近(优劣度为F2>F3>F1)。试样累计涌砂量与体积变化量均与其干密度呈负相关性变化趋势,其涌砂速率随管涌侵蚀不断发展而逐渐衰减;土的强度受干密度与侵蚀率二者影响,表现为侵蚀后土体强度折减程度随侵蚀进行而逐渐增加,随干密度增大而减小。

基于摄像法的运动卵石观测技术研究

为观测卵砾石推移质输移现象并研究其输移规律,研发了一种新的卵砾石输移观测设备。采用加入摄像系统的卵砾石输移实时观测系统,分析了设备对卵砾石推移质输移观测效果,提供了推移质输移观测新思路。从卵石参数识别效果出发,定量分析了设备对天然卵石的识别准确度和观测精度。研究结果表明,摄像法可准确捕捉运动卵石位置信息和运动路径,经过图像处理后的卵石粒径等参数平均识别误差均在15%以内,能够为卵石推移质观测提供设备和技术支撑。

基于透明土的水力梯度对渗流侵蚀影响试验研究

为探究水力梯度对土体内部渗流侵蚀的影响规律,利用熔融石英砂作为透明土材料,以十五号白油与正十二烷按一定比例配置孔隙溶液,采用自研的PIV-PLIF(粒子图像测速-平面激光诱导荧光)渗流侵蚀试验系统研究了水力梯度对渗流侵蚀过程中孔隙溶液流速分布以及细颗粒运动的影响。结果表明:随着水力梯度的增大,示踪粒子流速也随之增大且不规则运动现象加剧,直到试样发生破坏流速才趋于稳定;同一水力梯度下,宏观流速略大于微观流速,两者之间的差距也随水力梯度的增大而不断缩小;当水力梯度达到临界水力梯度时,骨架颗粒中的细颗粒开始流失,渗透系数也开始发生变化,继续提升水头会使细颗粒大量流失而导致渗流通道不断发展扩大,最终达到破坏临界水力梯度,试样发生渗透破坏。