基于“情景-应对”的随县柳林镇“8·12”山洪灾害推演

【目的】降雨诱发的山洪具有暴涨暴落特点,其防御及应急也一直是我国防汛减灾工作中的薄弱环节。为指导山洪灾害应急救援工作,减少暴雨山洪带来的影响及损失,【方法】以湖北省随州市柳林镇“8·12”山洪灾害为研究对象,基于“情景-应对”式情景构建方法,采用无人机航测技术提取柳林镇地形、植被等信息要素,构建柳林镇“8·12”山洪事前、事中、事后情景;在此基础上耦合“水文-水动力”模型推演了暴雨诱发山洪的全过程,从而对本次灾害应急过程进行了深入分析。【结果】结果显示：柳林镇“8·12”山洪在12日3时30分左右洪水位开始猛增、2.5 h后即达到峰值,最高淹没深度超5 m,峰值过后3.5 h洪水基本褪却,极快的流速和暴涨的水位导致有效转移时间不足1 h。【结论】结果表明：基于“情景-应对”式灾害情景构建方法,可全景式再现山洪灾害孕灾-发灾-致灾全过程;耦合水文-水动力模型在无人机获取的高精度地形数据基础上具有较高的适用性;能力评估揭示了本次山洪灾害重大人员伤亡的主要原因是气象预警能力不足、人员撤离不及时以及应急救援力量薄弱。     

西安市小寨区域城市雨洪综合模拟与解析研究

为有效评估城市雨洪管理效果,以西安市小寨区域为例,搭建耦合管网模型和地表漫流模型的绿-灰-蓝雨洪系统综合模拟模型,从径流控制、管网排水与城市防涝等方面解析城市雨洪管理现状。研究表明：小寨海绵城市改造区年径流总量控制率基本可满足要求;2 a一遇、3 a一遇降雨排水瓶颈的管网长度分别为145.02、181.91 km; 20～50 a一遇暴雨条件下,海绵城市改造区无明显积水,大环河北岸、南三环中段和雁展路局部积水深度大于15 cm。该模型能够直观表现地表雨水漫流和管道水流运动过程,科学评估城市排水防涝与生态海绵城市建设效果。     

康定市牛棚子沟泥石流发育特征及动力学过程模拟

牛棚子沟位于四川省康定市大渡河左岸,沟口为土地复垦区,2020年8月暴发泥石流。经现场勘察,牛棚子沟流域内物源丰富,沟口排导条件极差,仍具备暴发大规模泥石流的可能性。笔者采用规范公式计算了牛棚子沟泥石流的动力学参数,分析了泥石流的成灾特征。使用基于有限体积法的CFX软件,模拟了牛棚子沟可能暴发的泥石流在沟口的运动、堆积过程。模拟结果显示20 a一遇降雨泥石流堆积面积为1.70×10⁴ m²,最大堆积宽度为250 m,沟口居民将遭受重大威胁,既有排导槽设计不合理。将模拟结果与实测堆积范围对比,计算得出模拟结果精度为88.3%,并根据模拟结果提出了针对性的防治措施建议。     

基于PLS-GWO-SVR水质预测模型在水污染事件中的应用研究

针对水源地水污染事件应急的难题,采用先进计算方法和技术,开展水质预测模型技术研究,为水源地水污染事件处理方法的建立提供技术支撑,有效防止水污染事件的发生,减少事故发生造成的危害。通过对秦皇岛地表水饮用水源地桃林口水库的统计数据分析,针对桃林口水库水体环境内源影响因子设计了PLS-GWO-SVR水质预测模型,实现对总氮的短期预测。     

隧道复合式路面动力响应影响因素的权重分析

为揭示车辆荷载作用下公路隧道复合式路面结构力学响应,依托实体工程开展现场试验,采用有限元软件建立三维有限元模型并进行模型精度验证,分析车辆荷载、路面结构尺寸以及材料参数对有仰拱和无仰拱的隧道复合式路面动力响应的影响。结果表明:隧道复合式路面混凝土面层最不利荷载位置为纵缝边缘中部,轴载和混凝土面层厚度对混凝土面层板板底拉应力、沥青层层底拉应变以及层间剪应力的影响较大,水平荷载和混凝土面层模量对各项动力响应指标的影响较小;普通复合式路面沥青面层动力响应隧道路面相差较小,混凝土面层板底拉应力分别为有仰拱的 5．99倍、无仰拱的 1．74倍。研究结果可为隧道复合式路面结构设计方法研究提供参考。     

气候变化背景下流域生态需水预估−以好溪流域为例

为探究未来气候变化对流域生态需水量的影响,保障河流生态需水量,针对好溪流域进行生态需水量计算 及预测。基于好溪流域气象数据及下垫面条件建立流域生态需水模型,并根据 GF1-WFV 遥感影像数据订正后的 地表反射率和作物种植结构提升模型模拟精度。选择 CanESM2气候模式下的 RCP2.6、RCP4.5 和 RCP8.5 这 3 种 排放情景,建立气候变化背景下流域生态需水预测方法,计算现状年并预测未来年份的生态需水量及生态需水保 障程度。结果表明,基于光学遥感影像进行数据订正后,模型模拟精度有所提升,率定期的模型精度 R2从 0.80 提 升为 0.85,验证期的 R2从 0.75 提升至 0.78。应用提升精度后的模型进行生态需水预测,在 RCP2.6、RCP4.5 和 RCP8.5 情景下,2025—2100 年的年均生态需水分别增加了 0.27 亿、0.21 亿和 0.29 亿 m3,其中 RCP8.5 情景下生态 需水保障程度最高,RCP4.5 情景下生态需水保障程度最低。     

基于Flow-3D的圆柱形桥墩局部冲刷大涡模拟

为预测圆柱形桥墩周围的局部冲刷坑形态和最大冲坑深度,基于Flow-3D软件的水动力学模块和泥沙输运模块对桥墩附近局部冲刷进行了三维数值模拟。以Melville冲刷试验为原型,采用LES大涡模拟方法,模拟了桥墩附近湍流流场。以床面瞬时切应力作为泥沙起动、输移条件,采用Van Rijn输沙率公式计算床面冲淤。采用FAVOR技术追踪河床形态变化,得到了桥墩附近局部冲刷形态。经实测资料验证,计算结果与模型实测的冲坑形态及最大冲坑深度基本吻合。     

基于EDEM的混凝土板桩静压贯入过程三维颗粒流数值模拟

针对混凝土板桩在干粗砂地基中的静压贯入问题,为了明确贯入过程中的挤土效应及贯入阻力的发展规律,利用离散元数值模拟软件EDEM(Engineering Discrete Element Method)对干粗砂中混凝土板桩静压贯入过程进行了三维数值模拟。为此,提出了适用于类似试验的参数标定方法,分析了贯入过程中颗粒的运动特征。针对板桩结构的特点,对长边和短边方向的挤土效应进行了对比,并以短边为例,分析了不同高度处的挤土效应。最后,根据颗粒与桩结构的接触力,提取了桩端阻力和桩侧摩阻力的值,分析了两者在贯入过程中的变化规律。结果显示:在贯入过程中,颗粒的运动呈现"涡流状",并随贯入过程演化;板桩沿短边方向的表面隆起量约为沿长边方向的隆起量的2倍;随着长宽比的增加,板桩结构在短边方向和长边方向的隆起值相应增加,且短边方向的隆起值与长边方向的隆起值的比值与相应板桩的长宽比近似相等;随着贯入的进行,桩侧摩阻力所占的比重逐渐增加,在完全贯入后,侧摩阻力值约占桩端阻力的1/25;不同长宽比的板桩结构,其桩端阻力和桩侧摩阻力的单位值近似相等,并与准二维计算结果相近。     

兰州某地铁车站深基坑开挖变形特性及环境影响分析

针对兰州城区工程地质水文条件复杂的问题,为了研究该地区地铁车站深基坑开挖过程中支护结构的变形受力特点和对周边环境的影响,以迎门滩站深基坑工程为典型案例进行分析。该车站基坑所在区段属黄河漫滩区,地铁穿过地层主要为卵石土,水位5～8 m。该基坑围护结构采用钻孔灌注桩+钢管内支撑体系。采用PLAXIS 3D有限元分析软件对该基坑建立三维有限元计算模型,土体本构模型采用土体硬化(HS)模型,依据工程实际开挖工况进行分部开挖计算,根据计算结果对桩撑式支护结构的变形和受力及基坑周边地表和地下管线的变形进行了分析。结果表明:围护桩的变形量、地表沉降量和管线位移量会随着基坑开挖深度的增加有逐渐累积的趋势,但在架设内支撑并施加预应力后,这些变形量的增速会减缓甚至变形量会减小。内支撑施加预应力之后自身轴力会有较大增加,之后基本保持不变,对其他内支撑轴力的影响较小。各变形量均在控制范围之内,满足设计和环境要求,表明该深基坑采用的钻孔灌注桩+钢管内支撑支护体系设计合理。研究成果可为后续黄土地区类似地铁车站深基坑工程建设提供一定的参考依据。     

三河口水利枢纽调流调压阀仿真计算分析与试验研究

三河口水利枢纽供水阀采用DN2000-16活塞式调流调压阀。为保证流量符合设计要求、阀门不发生气蚀振动破坏,确保工程安全,针对水头高、流量变幅大、工作条件复杂的问题,进行了调流调压阀的流场仿真分析计算和试验研究。首先建立三维仿真模型,选择合适的计算软件,根据设计流量率定流阻系数后,选择前半段开小孔、后半段开大孔的活塞开孔型式,进行流态仿真计算,包括流场分析、气蚀和振动分析计算。其次,按线性缩尺1∶5设计1台DN400模型机,分析论证模型机与真机的相似性。最后,按照计算参数设计加工一台DN400的模型机,通过试验验证其关键参数和流量特性与计算值的符合性,测量模型机上下游压力、流量等参数,测算其流阻系数、流量系数和流量-压力-开度曲线。结果显示:压力-开度-流量关系符合设计要求,流量/开度比呈直线分布,压力值相等情况下流量比与模型比呈平方关系;DN400模型机仿真分析计算结果与DN2000调流调压阀计算结果比较,流阻系数、流量系数比误差基本≤5%,基本达到相似性要求;与DN400模型机CFD计算结果对比后误差≤5%,试验和计算结果基本吻合,气蚀判定后没有气蚀发生,噪音小于95分贝。结果表明:流场分析计算所用软件是可靠的,DN2000调流调压阀具有良好的抗气蚀性能。通过试验和研究后,研究制定了"模型试验内容及验收标准"和"DN2000-1.6 MPa调流调压阀验收标准",为我国《调流调压阀设计导则》的制定奠定了坚实基础。