积雪特性参数分析及雪深模型建立

通过2015~2016年冬季积雪观测试验,测量自然条件下雪深、雪层温度、雪层密度、雪层液态含水率等积雪特性参数,分析积雪特性参数影响因子和发育变化规律,构建径向基神经网络雪深模型。结果表明,空气、地表温度及水汽压是影响雪参数发育三大主要气象因子。在时长为124 d覆雪期中,雪深最大平均融雪速率达3.20 mm·d-1,出现在融雪后期。雪层密度随雪深增加波浪式上升,其中稳定期全层密度0.1~0.4 g·cm-3;雪层液态含水率0.5%~3.5%,分层液态含水率中层较大,积雪表层和底部波动较小;全层积雪孔隙率平均值为72.3%,积底层孔隙率廓线下降最快,极差最大。经两次优化后,雪深模型最大绝对误差为0.614 1 cm,最大相对误差为5.85%,模拟精度控制在6 mm以内。     

冻融作用对土体物理力学性质影响研究进展

冻融作用是强风化作用,显著改变土物理、力学性质,影响寒区构筑物安全性和耐久性。通过比对分析冻融后土的物理性质和力学性质,表明试验材料和方法是试验结果差异主要成因,尤以孔隙率和内摩擦角差异性最显著。在解决工程实际问题时,应结合实际气象资料确定温度控制模式,采用模型比尺选取温度变化范围和速率,与实际气温变化吻合。由于土体冻融过程复杂性,开敞和封闭系统下冻融过程对土体物理性质、力学性质影响差异显著。     

基于模糊几何加权模型的灌区水资源优化配置

针对农业水资源优化配置中多目标赋权的不确定性问题,以黑龙江省绰尔屯灌区为研究区域,构建了基于模糊几何加权法的灌区水资源优化配置模型,把多目标规划问题转化为单目标非线性问题,得到了不同权重下不同生育期的灌区水资源最佳配置方案,并通过灌区综合能力评价体系进行比选.结果表明:通过与线性多目标模糊规划模型的对比,模糊几何加权模型可以根据实际情况对不同目标的权重进行调整,得出该条件下的灌区水资源最佳配置方案;当灌水量权重为0.3和经济权重为0.7时为最优方案,水稻产值为8 245万元,分蘖期、拔节期、抽穗期、乳熟期的灌水量分别为1 154.56万、779.12万、539.45万、336.57万m³.验证了模糊几何加权法在灌区水资源优化配置的可行性应用,为灌区农业水资源高效利用提供参考方案和决策支持.     

黑龙江漠河段粗砂土冻胀性试验研究

冻胀灾害是季节性冻土区建筑工程中常遇问题,为研究黑龙江漠河段流域粗砂土冻胀特性,取该流域河漫滩粗砂土,采用试验规范中规定温度控制模式和有侧限单向冻结方式,对不同含水率和干密度粗砂土开展冻胀试验.结果表明,在粗砂土冻胀试验中,粗砂土冻结过程主要分为4个阶段:过冷阶段、温度突变阶段、孔隙水结晶阶段和稳定冻结阶段,粗砂土起始冻结温度为-0.19℃.在冻结过程中探究粗砂土试样内部温度场和温度梯度随时间发展规律,温度梯度随时间推移逐渐增加.在各试验条件下粗砂土冻胀率均小于1％,黑龙江漠河段流域粗砂土属于冻胀不敏感土类.在试验范围内,粗砂土冻胀率随试样含水率增大而增大,随试样干密度增大而增大,粗砂土冻胀率与干密度和含水率呈线性关系.     

静冰生消室内模拟试验研究及关键参数确定

基于嫩江岸冰原位观测数据,开展静冰生消过程室内模拟试验研究并确定关键参数。结果表明,依据模型试验相似关系,确定室内模型试验需考虑关键参数为几何比尺C_l、温度比尺C_T、时间比尺C_t与试验室修正系数C_α;通过建立冰冻度日相似准则,应用相似原理推导得出:(C_l/C_α)~2=C_TC_t;基于原型试验中太阳辐射变化过程对室内模拟试验作合理光照补偿,在确定C_l=19,C_T=1.51条件下,得到试验室修正系数C_α值为0.55,冰厚增长系数α为1.76,时间比尺C_t=137.5;基于模型试验中相同参数,在冰厚生长后期对冰面作光照补偿,对比无光照组冰生消过程,光照补偿可较好模拟野外静冰生消过程,无光照冰厚增长系数α为1.96～1.98,有光照冰厚增长系数α为1.74～1.75,近似于模型比尺后原型α值(1.76);根据原型气温与太阳辐射变化过程,依据相同累积负温原则设计控温曲线,补偿合理光照,获得冰厚增长系数与冰厚生消过程均与原型相近结果。     

中国东北地区季节性积雪导热系数及温度变化特征分析

积雪作为一种重要的下垫面,其热力学性质对周围环境的影响至关重要。利用中国东北地区天然积雪在不同密度(0.30、0.35、0.40、0.45 g/cm^3)下的雪温数据,分析积雪温度的变化特征,研究不同温度(-5、-10、-15、-20、-25℃)、不同密度(0.35、0.40、0.45、0.50、0.55、0.60 g/cm^3)下的积雪导热系数变化规律。结果表明:雪的导热系数随密度的增加而逐渐增大,二者之间存在良好的指数相关关系;在不同密度下雪导热系数对温度的响应呈现明显的差异,密度为0.40~0.45 g/cm^3时,导热系数随温度的升高而增大,密度为0.50~0.60 g/cm^3时,温度在-15~-25℃的雪导热系数随温度的降低而增大;在温度观测期间,雪温与气温变化趋势一致,且均低于0℃,在一天的不同时段,表面雪层会出现冷暖中心,0~20 cm浅层雪层的温度变化剧烈,雪温变化幅度自雪面向下逐渐减小,雪温振幅与积雪深度之间存在良好的负指数相关关系。深层雪温达到极值的时间滞后于表面雪层约4 h。在相同深度的雪层中,雪层温度随密度的增加呈现减小的趋势。     

寒区水闸计算机辅助设计软件系统开发研究

水闸在水利工程中应用极为广泛。溢洪道中的控制段,不少都是水闸的形式,尤其在农田水利工程中,水闸更是常用的的建筑物。水闸ＣＡＤ开发对实际生产具有现实意义。黑龙江省地处寒区,冬季冻层厚度可达２ｍ左右,水工建筑物冻胀、冻拔现象破坏严重,因此,在设计过程中都...     

冻融对饱和渠基土物理力学性质的影响

冻融作用一直是寒区渠道破坏的主要诱因,为探究冻融作用对饱和粉质粘土物理力学性质的影响规律,在低温环境模拟试验箱内,对饱和土进行0~11次冻融后,结合室内土工试验,并用灰色关联度对其各项性质间交互影响效应进行分析。结果表明:随冻融循环次数的增加,饱和土黏聚力以单指数函数形式逐渐降低,内摩擦角逐渐升高。冻融作用对黏聚力的影响在初次冻融后衰减明显;损伤比系数Kφ、KC与冻融循环次数关系可分别用对数函数和指数函数描述;导热系数、平均干密度与冻融循环次数呈负相关关系,而平均孔隙率、渗透系数与冻融循环次数呈正相关关系;与冻融作用相比,平均孔隙率对黏聚力、导热系数、平均干密度和渗透系数的变化影响相对较大;对于单个试样而言,物理性质对力学性质的改变影响由大到小为:平均孔隙率、平均干密度、渗透系数、导热系数。