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。

融江麻石船闸改建工程输水系统水力学模型试验研究

针对麻石船闸改建工程闸室规模大、工作水头高、水力指标要求高等问题,通过建立比尺为1:25的整体水工物理模型,对船闸输水过程水力特性、船舶停泊条件、输水廊道压力特性、进出水口及引航道水流条件等展开研究。结果表明:通过在明沟内增设消力槛、增大廊道突扩体升坎转弯半径、增加进水口面积以及降低进水口高程等优化措施,在推荐的阀门运行方式下,各项水力指标均满足规范及设计要求,研究成果可为类似工程提供参考。

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。

以高阶性应用型人才培养为目标的“给排水管道工程”课程教学改革实践

为适应新工科背景下社会发展对工程创新人才的需求,围绕城镇给水排水管网建设,以培养出具有工程师素养的高阶性应用型人才为目标,基于“给排水管道工程”课程教学,系统阐述了与该课程教学改革实践相关的内容,剖析了课程教学现状问题,明确了问题解决思路,详细论述了课程建设及应用情况,为全面深化高等学校工科课程教学改革提供借鉴。

基于LCA的长江上游某内河港口工程碳排放估算与分析

“十四五”期间“双碳”目标的提出,推动着我国基础设施建设向绿色低碳的方向发展,生命周期评价方法(LCA)作为一款全面的环境影响评价工具逐渐开始应用到我国建筑业。以生命周期评价理论为基础,选取长江上游某内河港口工程为研究对象,将该港口工程全生命周期划分为施工阶段、运维阶段及退役阶段进行碳排放来源分析并估算碳排放。结果表明,该港口工程全生命周期碳排放为8.67万t CO_(2)-eq(当量),施工阶段、运维阶段、退役阶段分别占比39.4%、56.7%、3.9%,单位碳排放为95%置信区间为651.92~745.21 kg CO_(2)-eq/m^(2),中位数为698.14 kg CO_(2)-eq/m^(2),清单数据不确定性较小,港口工程碳排放敏感因素为混凝土和电力。碳排放评价结果总体较好,可作为后续制定碳减排政策的相关依据。

基于模糊层次分析法的中小型水利水电工程施工风险评价

为了评价中小型水利水电工程施工风险,选取了16个影响施工风险的评价因子,根据模糊层次分析法,用MATLAB编制了相应程序,建立了相应风险评价理论体系模型。以某中小型水利水电工程施工风险为实例,实现了该工程施工风险评价。该方法计算结果与实际工程相符,证明了方法的可行性。

金佛山水利工程左岸岩质高边坡稳定性分析

结合工程地质条件、边坡形态规模和变形破坏机理,考虑岩质边坡天然和饱和两种含水状态,采用有限元强度折减法对重庆市金佛山水利工程坝址区左岸岩质高边坡进行分析,研究了岩质高边坡在天然状态、开挖和加固时等不同工况下的稳定安全系数。结果表明:各种工况下安全系数满足规范要求,边坡是一个下部为顺层牵引-塑流性质、上部为压致拉裂推移式潜在滑坡。开挖部分岩体风化层有利于边坡稳定,采用锚喷加固后岩质高边坡安全系数明显提高,边坡现状整体稳定,发生大规模破坏的可能性极小。

山地新城土地利用/植被覆盖的时空演变规律——以重庆渝北区为例

为探求山地新开发区城市化进程中的土地利用/植被覆盖时空演变规律,以重庆市渝北区为研究对象,利用遥感手段对渝北区1995—2020年历史影像进行解译,结合土地利用转移矩阵,城市空间扩张分异变化分析了渝北区6期的土地利用(land use and climate change,LUCC)时空演变特征;利用高光谱遥感影像分析归一化植被指数(normalized digital vegetation index,NDVI)的时空演变规律,定量评估了LUCC变化对NDVI的影响。结果表明:1995—2020年间渝北区城市建设用地不断扩张以占用农田为主;城市重心略向西南部移动,建设用地偏离紧凑,形状扩张往复杂化发展。渝北区NDVI在1995—2020年间以1%/a的趋势下降,所有土地类型的NDVI均减小;空间上整体呈先增大再减小趋势,2010年后西南部和中东部区域减小明显;夏季NDVI波动最大,冬季最小,夏季植被覆盖主要受气温的影响,秋季主要受降水的影响;四季的NDVI在空间均呈中部向南、北部递增的趋势,与城市空间扩张规律类似。气候波动对渝北区植被覆盖总变化的贡献率为14.22%,其中温度是气候因子中影响NDVI的主要因子;土地利用变化对研究区植被覆盖变化的贡献率为85.78%,且其变化的影响逐渐增强,农田在各时期对植被覆盖变化的贡献率都是最高的,建设用地的扩张对植被覆盖率的贡献增加。

基于弯矩修正法的浅水区海底直铺管道允许悬跨长度计算

海底管道悬空问题是管道工程建设中经常遇到的重要问题,当管道的悬跨长度达到一定值时,管道较容易失稳,而悬空油气管道失稳破坏导致的后果往往非常严重,因此需要对悬空的海底管道进行定期的维护和处理,但由于海上作业难度大,针对悬空管道的治理成本非常高,因此可考虑对处于悬空但在安全允许悬空范围内的管道暂时不进行加固,此时就需要计算管道的允许悬跨长度,为管道的治理提供依据。由于我国油田大多建设在近海地区,因此在考虑管道的悬空问题时需考虑浅水区波浪的特点。本文考虑浅水区波浪的非线性影响,推导得到浅水区波浪场内任意一水质点的水平流速和竖向流速计算公式,并根据该公式和Morison方程,进一步建立了管道悬跨水动力载荷的表达式,最后基于弯矩修正法,提出浅水区平铺海底管道允许悬跨长度计算公式。根据工程实例,结合本文研究,计算得到该工程所在海区平铺管道允许悬跨长度。

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。

爬高型堰塞坝漫顶溃决机理研究

我国西南地区频发的地质构造活动和极端自然灾害诱发了大量的堰塞坝,属于堰塞坝的高发地,其形成的堰塞坝具有突然性强、危险性大的特点,严重威胁所在流域人民的生命财产安全,深入研究爬高型堰塞坝溃坝过程可为除险减灾提供科学理论支撑。为此,以土颗粒级配、背水面坡度、爬高型堰塞坝坝顶形状为影响堰塞坝漫顶溃决的主要因素,从漫顶溃决过程、溃口流量过程、溃口演变过程、溃后残留坝体及下游淤积情况等方面,分析了爬高型堰塞坝漫顶溃决演化过程。试验结果表明:随着土石料级配变宽,坝体整体稳定性增强溃决历时延长,洪峰流量减小,峰现时间较晚,残留溃口上宽小坝体体积大,距坝趾泥沙输移长度短且距坝趾1 m处泥沙厚度薄;背水坡面越陡,水流获得的动能越大,加速了整个坝体溃决过程,溃口扩展得到充足发育,洪峰流量增大,峰现时间提前,残留溃口上宽较大坝体体积小,距坝趾泥沙输移长度长且距坝趾1 m处泥沙厚度较厚;宽深比越大,则溃口相对位置越高,冲蚀阶段所具有的水头差大,加速了坝体冲刷进程,溃口扩展得到充分发育,残留溃口上宽尺度大坝体总量小,距坝趾泥沙输移距离远且距坝趾1 m处泥沙厚度较厚。

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。

船闸浮式系船柱结构受荷敏感区域研究

随着我国水运交通事业的不断发展,大型船闸的安全运行至关重要。为保证船闸内船舶的泊稳安全,实时感知船闸浮式系船柱的运行状况至关重要。浮式系船柱受荷敏感区域的确定与结构监测传感器的布设方案密切相关,然而针对该问题仍缺乏系统的研究。依托某大型船闸工程,通过建立浮式系船柱结构三维数值模型,基于有限元方法研究浮式系船柱在不同系缆力、系缆角度情况下的结构应变路径变化规律。结果表明,浮式系船柱结构受系缆力作用的敏感区位置在靠近浮式系船柱空心圆柱体与固定钢板焊接位置附近,为浮式系船柱结构受力监测传感器的安设以及后续工作提供理论支撑。

省水船闸闸底水平分流式连通廊道布置形式优化

省水船闸闸墙长廊道侧支孔输水系统通常采用闸底水平分流式连通廊道布置形式,以减少工程开挖量,分流均匀性是此类船闸输水过程的核心难题。针对该问题,依托我国某省水船闸工程,采用三维水流数值模拟方法对其连通廊道布置形式进行优化研究。结果表明:增大连通廊道与闸墙长廊道的接口面积,可有效改善两侧支廊道流量震荡问题。连通廊道水平分流口两侧宽度与分流墩两侧半径间的比值K表征分流口两侧分流的均匀性,当K=1.064时,两侧支廊道分流均匀性、闸室支孔出流均匀性及水流条件较佳。研究成果可为类似省水船闸连通廊道布置提供技术参考。

三峡水库支流甲烷排放研究进展

甲烷(CH_(4))对全球温室效应有着较大的贡献。三峡水库自2003年蓄水以来,其CH_(4)排放问题已受到广泛关注。但三峡水库反季节的运行方式,使支流库湾CH_(4)的产生和传输过程受到多方面的影响,进而导致其CH_(4)排放效应尚不十分明确。本文综述了三峡水库支流CH_(4)排放的研究进展,典型支流的CH_(4)排放通量普遍高于干流,位于三峡水库库尾的部分支流CH_(4)排放通量高于三峡水库库首及库中支流。大多数典型支流的CH_(4)通量在夏季均达到全年峰值,而在冬季高水位运行期均处于相对较低的水平。同时本文主要从水环境条件、水动力条件、人类活动及气象条件4个方面阐述了三峡水库支流CH_(4)排放的影响因素。1)水环境条件:支流水华后藻类衰亡分解过程会驱动CH_(4)释放,且藻类的演替过程会加剧CH_(4)的产生;温度可以直接影响CH_(4)的生成速率和消耗速率,也能通过促进藻的生长间接影响CH_(4)排放;支流相对较低的甲烷氧化菌丰度是其CH_(4)通量较高的原因之一。2)水动力条件:蓄水期CH_(4)主要以扩散的方式进行释放,支流较低的流速促进了悬浮物的沉积,上游沉积物中的CH_(4)含量高于下游;泄水期CH_(4)主要以冒泡的方式进行释放,下游沉积物中TOC急剧增加,但干流的入侵会削弱支流的温度分层,破坏藻类生长环境,间接影响CH_(4)通量。3)人类活动:农业耕作使支流水体中的营养物浓度增加,甲烷氧化菌的丰富度降低,细菌群落的营养相关代谢增强;建设用地扩大、支流筑坝增加抑制了有机物的传输,增加了水体中的产CH_(4)底物,促进了CH_(4)的产生。4)气象条件:降雨会携带更多营养物质进入支流,同时会增加水体浊度、破坏水体的温度分层,从而对CH_(4)的产生和传输过程造成影响。最后对未来的研究热点进行了展望,以期为三峡水库CH_(4)排放的控制和管理提供参考。

软-硬互层岩体节理峰前循环剪切疲劳损伤机理研究

三峡库区频发微小地震下岩体节理循环剪切疲劳损伤对边坡动力稳定性具有重要影响。通过室内峰前循环剪切试验和PFC2D细观数值计算,研究了考虑一阶起伏角、含水率、剪切速率、剪切幅度、法向应力及循环剪切次数影响的软-硬互层岩体节理宏细观疲劳损伤机理。研究表明:①岩体节理剪切应力-剪切位移曲线历经初始非线性压剪变形、近似线弹性压剪变形、循环剪切疲劳损伤变形、应力缓升压剪变形、应力陡升压剪变形及应力脆性跌落压剪变形六个演化阶段。②岩体节理峰值(残余)剪切强度和疲劳剪切(法向)位移在相同一阶起伏角、含水率、剪切速率、剪切幅度或法向应力下随循环剪切次增多而分别降低和增大;且其在相同循环剪切次数下随一阶起伏角或法向应力变大而分别增大和降低,而随含水率、剪切速率或剪切幅度变大则分别降低和增大。③宏细观结果总体上吻合较好,且岩体节理细观剪切疲劳损伤裂纹数量随剪切位移变化呈前期微增-陡增、中期缓增及后期陡增-缓增-陡增的发展特征,而其随循环剪切次数变化则呈前期陡增和后期缓增的发展特征。④岩体节理宏细观剪切疲劳损伤典型演化过程可概述为压密-起裂破坏、循环错动-贯通破坏及分离-啃断破坏3个渐进性发展阶段,且宏细观剪切疲劳损伤裂纹近似呈“倒U形”密集分布于岩体节理附近。

城市公园水体富营养化的水生植物修复效果研究

该研究针对城市公园水体富营养化问题,选取挺水植物再力花、浮水植物睡莲、沉水植物苦草等常见水生植被,对比分析其不同组合方式以及不同生长期对轻度、中度、重度富营养化水体营养盐的去除效果。研究结果显示,3种水生植物的7种组合配置在不同生长期对水体营养盐均有去除效果,其中以再力花+睡莲+苦草组合方式效果最佳。尤其对于中度富营养化水体,该组合方式对总氮、总磷、氨氮、化学需氧量的去除率分别为97.0%、89.2%、75.5%、58.2%。综合比较植被对总氮、总磷、氨氮、化学需氧量的去除效果,发现对总氮的去除效果最好,为68.0%~97.0%,其次是总磷,为72.2%~97.2%。此外,随着底物浓度的降低,去除率随植被的生长周期基本呈现下降的趋势。研究成果可为城市公园水体的生态修复提供理论依据。

鱼类自主游动推进机理与游动性能二维数值模拟研究

推进机理及游动性能研究对鱼类洄游通道建设具有重要意义。利用计算流体动力学方法结合重叠网格技术,通过编译控制鱼体摆动的UDF程序,对二维鱼类自主游动进行模拟,分析鱼体压力场分布及反卡门涡街结构演化过程与参数变化情况,开展不同摆尾频率、摆尾幅度、鱼体体形及尾鳍尺寸等参数下鱼类游动性能及鱼体受力的变化情况,揭示鱼类自主游动过程中的游动机理。研究结果表明:(1)鱼体尾鳍周期性往复摆动下漩涡脱落形成反卡门涡街,是鱼体前进推力的主要来源,且随着摆尾频率、摆尾幅度的增加,鱼体尾部涡街长度、涡街强度逐渐增加,而摆尾幅度对涡街宽度的影响较大;(2)随着摆尾频率、摆尾幅度的增加,纵向平均合力系数和最大侧向力系数均增大,使得鱼类获得较大的游动速度,但摆尾频率改变时平均合力系数和游动速度的增加更为明显,摆尾幅度改变时最大侧向力系数的增加更为明显;(3)随着体宽指数的增加,纵向平均合力系数逐渐减小,需克服的游动阻力增加,使得鱼类游动速度逐渐减小,而最大侧向力系数逐渐增加;(4)随着尾鳍指数的增加,纵向平均合力系数和最大侧向力系数均增大,使得鱼类游动速度逐渐增大。研究成果可为鱼类生境恢复营造提供支撑。

山地城市暴雨洪水中人车失稳风险数值模拟研究

【目的】为定量分析山地城市暴雨内涝中行人和车辆的失稳风险特征,【方法】以重庆市悦来新城某排水片区为研究区域,构建一二维水文水动力耦合模型,对研究区不同降雨情景下的承灾体暴露性进行了模拟分析,按照最不利原则,从失稳风险范围和失稳持续时间等维度计算分析了典型人车(轿车、SUV、成人、儿童)的失稳风险。【结果】结果显示:降雨重现期越大,承灾体暴露性越高,失稳开始时间越早,持续时间越长,轿车的失稳风险最高,SUV次之,成人最小;四类承灾体在不同重现期下的轻微风险区域占比均最大,且其分布与积水深度较浅(如低于0.15 m)或流速值低于0.4 m/s的区域分布较为相似。【结论】结果表明:失稳风险等级越高的区域,其面临的洪水特征可能越复杂,尤其对于地形起伏多变的山地城市,应根据承灾体的特征进行风险图绘制,并结合降雨预报进行风险预警,提升灾害应急管理的精细化水平。