基坑提前排水围堰渗流稳定及排水策略研究

围堰渗流及边坡稳定关系到围堰自身稳定以及基坑能否及时形成干地施工条件,极大影响到主体建筑物的工期。依托于澜沧江TB水电站围堰施工与基坑排水工作,对围堰防渗墙各施工阶段基坑水位骤降条件下的堰体渗流稳定与边坡稳定性进行了研究。结果表明：随着防渗墙的施工逐步完成,围堰体浸润线的再次稳定用时逐步减小,且基坑内外水位差更大的条件下浸润线稳定用时更长;在围堰防渗墙处于一期槽施工完成二期槽泥浆固壁条件下,若能控制基坑单次水位骤降不超过0.9 m,则堰体边坡能保持稳定,此时可允许基坑提前排水。在此基础上,对TB水电站基坑提前排水策略及方案进行了研究。研究结果可为类似工程提供参考。     

双吸式离心泵叶片吸力面泥沙磨损破坏规律与形成机制研究

离心泵叶片泥沙磨损是引黄泵站面临的工程难题,采用模型试验及数值模拟相结合的方法,分析了双吸式离心泵叶片出口的磨损破坏规律及其形成机制。采用多层涂层法、丝线法和内窥式成像技术对叶片的磨损特征和近壁面流态进行了分析,并结合数值模拟分析了叶轮流道内的旋涡结构及颗粒轨迹。研究发现：叶片吸力面出口存在左右近似对称的“三角形”磨损破坏区域,该区域存在明显的流动分离;叶轮内的叶道涡和出口回流涡是导致叶片吸力面出口磨损的主要原因。源于叶片压力面进口的叶道涡诱导泥沙颗粒向叶片吸力面出口聚集,造成吸力面出口的集中磨损;叶片吸力面出口附近存在的回流涡诱导颗粒进行轴向旋转运动,加剧叶片吸力面出口的磨损破坏。本研究为双吸式离心泵的抗磨损设计提供了理论支撑。     

姚家平水利枢纽工程钢岔管结构型式选择与CFD研究

结合姚家平水利枢纽工程的总体布置,对主电站引水系统对称Y形和非对称Y形月牙肋钢岔管两种结构型式分别进行了三维有限元应力分析和CFD三维流场计算。计算结果表明：对称岔管两腰部位应力分布均匀,肋板尺寸较小;但在主支锥管相贯线内表面A点附近出现较大的应力集中现象,因此对称岔管满足强度所需的管壁厚度大于非对称岔管。在水力学方面,非对称岔管两支管的水头损失不相等,其中与主管同轴线的直支管水头损失最小,斜支管水头损失最大,但没超过对称岔管的0.358 m,说明从岔管部位水头损失和水流流态上看,非对称岔管也稍优于对称Y形岔管。综合考虑岔管结构和水力学特性以及工程地形等因素,建议姚家平水利枢纽工程中主电站引水发电系统选择非对称Y形岔管布置方案。     

穿越岩溶地区隧洞施工开挖防渗措施研究

穿越岩溶地区隧洞在施工开挖期极易遭遇涌水突泥现象,如何选择合适的防渗措施减少隧洞渗流量一直是热点问题。依托某引调水工程,建立岩溶地区复杂地层三维有限元模型,重点考虑洞顶回填混凝土、洞周注浆圈、混凝土防渗墙3种防渗措施,研究了隧洞开挖过程中孔隙水压力及隧洞渗流量的变化规律,分析了防渗墙和注浆圈渗透系数对渗流特征的影响。结果表明：在本工程中,混凝土防渗墙对隧洞孔隙水压力分布的影响非常大,防渗墙之间水位降低程度明显,而洞周注浆圈对隧洞渗流量的影响最大,施工时要保证注浆圈的质量;孔隙水压力随着与隧洞中心水平距离增加而增加,随着与隧洞中心竖直距离增加呈现先增大后减小的变化趋势;随着注浆圈或防渗墙渗透系数增加,注浆圈或防渗墙区域内的孔压增长速率逐渐降低,隧洞渗流量不断增大。     

长距离有压输水工程整体模型试验管道沿程水头损失替代研究

长距离有压输水工程一般通过设置阻力环的水头损失替代法进行整体模型试验研究。依托深圳市北坑水库输水隧洞工程,对不同雷诺数、环数和布置方式下阻力环的水头损失替代效果及其变化规律进行数值模拟研究发现：当雷诺数Re>0.32×105后,几乎不会造成阻力环局部水头损失系数与阻力环后旋涡区长度变化;孔径比d/D减小或距径比L/D增大会增强阻力环的水头损失替代效果;当d/D=0.8,L/D=0.5,环数n>2时,阻力环平均局部水头损失系数Kd随环数n增加而减小,当环数n>20后Kd不再随环数变化。在此基础上推导出环数影响系数ε随环数n的变化规律及其拟合曲线,以及阻力替代段总局部水头损失和替代管道长度计算公式。通过分析环数对漩涡区长度的影响,阻力替代段后需设置不小于2.5D的过渡段才能保证水流流态恢复至未替代状态。     

自然红壤坡地氮素在地表径流-土壤水系统迁移转化规律试验研究

目前对红壤坡地氮素流失的试验研究主要集中在人工土槽装置中监测径流和壤中流氮素,缺乏在野外自然坡情况下氮素在径流-壤中流及土壤中迁移转化过程的整体研究。为了探究天然红壤坡地氮素在地表径流-土壤水系统中的迁移转化规律,在江西水土保持生态科技园开展了3次坡地人工降雨氮素流失试验,对不同坡面及土壤初始条件下人工降雨过程中地表径流、壤中流及土壤水分状况与氮素（硝态氮和铵态氮）浓度进行了监测和分析。结果表明,初始坡面粗糙截流能力强,能减少地表径流产流量,但会导致硝态氮大量渗入土壤,造成硝态氮随土壤水的下移。自然坡地土壤中的大孔隙和土壤空间变异性是导致壤中流的主要原因,壤中流硝态氮浓度显著高于地表径流硝态氮浓度,导致壤中流硝态氮流失占比较高,第一次试验中硝态氮壤中流流失占比超过50%。相比较而言,壤中流与地表径流铵态氮浓度均较小,与铵态氮在土壤中较强的吸附能力有关。历次试验中,土壤硝态氮和铵态氮沿顺坡方向空间变异性较大,随时间变化无一致性规律,除受到坡面水力特征影响外,还受到土壤温度的影响。     

考虑生态流量约束的梯级水库分期消落水位多目标优化调度研究

针对如何表征枯水期季节性特征、优化分期消落水位来指导水库群消落调度的科学问题，该研究提出了考虑生态流量约束的梯级水库分期消落水位多目标优化调度模型。以金沙江中下游6座水库与三峡水库为研究对象，综合运用多种数理统计方法划分了流域枯水期；采用逐月滑动计算法推求了梯级水库分期消落水位；以生态和发电效益最大为目标函数，利用NSGA-Ⅱ算法求解了调度模型，得到了不同来水情景下梯级水库枯水期消落调度方案。研究结果表明：不同来水情景下，相较于常规调度方案，选定的优化调度方案可增加梯级水库发电量30.20~52.27亿kW·h（2.3%~5.0%）和供水量83.15~87.14亿m3（5.8%~7.4%），并提高河道生态流量保证率2.6%~22.9%。研究成果为协调梯级水库生态和发电调度提供了技术支撑。     

云南省洱海灌区水稻智能灌溉决策模型研究

提高有效降雨利用率,是节约灌溉用水的重要途径之一。为进一步提高稻田降雨利用率,基于水量平衡原理和作物水分生产函数,结合强化学习方法,构建考虑未来降雨的智能灌溉决策模型。收集了大理站点2012-2020年的实测气象数据和天气预报数据,对智能灌溉决策模型进行训练,将模型应用于云南省洱海灌区。结果表明：洱海地区天气预报存在一定的空报率和漏报率,TS评分较高,降雨预报质量较高。与常规灌溉决策相比,采用强化学习方法的智能灌溉决策,平均每年可以减少灌溉次数0.2次,节约灌水量6.5 mm,节水率为6.0%,提高降雨利用率3.0%,减少排水量6.2 mm,且未造成产量损失。因此,采用智能灌溉决策能在考虑未来天气情况下有效提高降雨利用率,节约灌溉用水,且不造成减产。     

隧洞施工和持续干旱对岩溶地下水影响的定量评价

隧洞施工和持续干旱导致岩溶地区地下水位大幅下降会造成严重的生态和环境问题。因此,定量评估两种因素共同影响下的岩溶地下水系统响应有助于施工单位和居民采取有效应对措施。研究采用离散管道-连续介质耦合模型方法,建立了考虑动态施工条件下的九龙岭长隧洞工程区岩溶地下水三维数值模型,并通过工程区水文地质资料和监测钻孔水位数据对模型进行校准,用控制单一影响因素方法分别评价了在2022年8月至2022年10月隧洞施工和极端干旱两种因素对区域岩溶地下水系统的影响。结果表明,研究区域均衡期内地下水位受干旱影响范围占研究区域面积的55.43%(约649.72 km²),是隧洞施工影响的35.1倍,持续干旱是造成研究区域大面积地下水下降的主要原因;随着干旱持续,隧洞沿线整体地下水位下降受干旱影响较大,但在少量局部洞段隧洞轴线上方(如距隧洞入口14～15 km、18～19km段)水位下降是受隧洞突涌水不同程度的影响;通过对研究区域地下水水量平衡分析发现,在均衡期内干旱影响的补给减量约为824.5万m³,明显多于隧洞涌水造成的地下水流失量,持续干旱对研究区域地下水的影响...     

四湖流域水稻耗水与降雨匹配度及水稻旱涝易损特征分析

水稻是中国主要粮食作物之一，研究气候变化环境下降雨特征及其与水稻耗水之间的匹配关系，明晰水稻水分盈亏状况及旱涝易损特征，可为区域水资源配置规划与灌溉排水管理等提供重要依据。该研究以湖北江汉平原四湖流域为研究区域，基于5个气象站点1961—2020年逐日气象资料，利用Penman-Monteith公式、Mann-Kendall趋势检验、气候倾向率、空间插值分析等方法，分析了降雨量、水稻田间耗水量及水分盈亏指数时空分布特征，基于水分盈亏指数分析了水稻旱涝易损特征。结果表明：四湖流域多年平均降雨量为1209.2mm，且以35.1 mm/10a的平均速度显著上升，东南部降雨量及上升趋势均高于西北部；1）早、中、晚稻生育期多年平均降雨量分别为492.0、509.9和269.1 mm，早、中稻生育期降雨量分别以17.9 mm/10a和18.4 mm/10a的平均速度呈不显著上升趋势，晚稻生育期降雨量以-10.7 mm/10a的平均速度呈不显著下降趋势；2）早、中、晚稻多年平均田间耗水量分别为411.4、595.5和401.4 mm，中稻田间耗水量远大于早稻和晚稻，早、中稻田间耗水量分别以-5.54 mm/10a和-11.43mm/10a的平均速度显著下降，晚稻田间耗水量以-1.52 mm/10a的平均速度呈不显著下降趋势；3）早、中、晚稻多年平均水分盈亏指数分别为0.22、-0.12和-0.31，早、中稻水分盈亏指数以0.06/10a和0.04/10a的平均速度呈不显著上升趋势，晚稻水分盈亏指数以-0.03/10a的平均速度呈不显著下降趋势，早、中稻水分盈余程度在增加，晚稻水分亏缺加剧；4）四湖流域早、中、晚稻干旱频率分别在10.0%～16.7%、28.3%～40.0%和51.8%～60.0%之间，晚稻最容易受干旱威胁。早、中、晚稻雨涝频率分别在1.7%～15.0%、1.7%～3.3%和0～1.7%之间，早稻更容易受雨涝威胁。总体上，四湖流域早稻发生旱涝灾害的频率较小（20.7%），中稻次之（37%），晚稻最容易受旱涝威胁（56%），水稻耗水与降雨匹配程度为：早稻＞中稻＞晚稻，要特别注意晚稻干旱缺水问题。