多水源河流生态补水优化配置模型与应用

生态需水不足是河流生态系统健康的重要制约因素。为了有效保障河流生态需水,构建了基于多水源的河道月尺度生态补水目标优化模型,并以滇池流域的宝象河为例,开展了案例研究。研究结果表明:①宝象河生态需水量为0.37亿m~3/a,以基本生态需水量为主,占比为94.3%,且具有显著的年内变化特征,因此生态补水应当考虑到比年更小的时间尺度;②在无补给和污水处理厂再生水两种情景下,宝象河无法满足生态需水的水量和水质要求,必须配合外流域调水;③多水源优化后,最优的再生水补给量和调水量分别为0.24亿m~3/a和1.37亿m~3/a,当前再生水补给在部分月份过剩(10月份),不利于流域水资源优化配置;④河流水质达标能够降低98.6%的生态补水,水质是影响生态补水优化配置的关键因素。     

基于Monte Carlo法的黄土二维微观结构模型构建

从微观尺度研究土的力学行为是揭示其力学机理的一种有效途径,为此首先建立其微观结构模型。目前常通过光学显微镜或者扫描电镜图像获取黄土的微观结构,但将其直接用于二维建模时,存在颗粒悬浮和叠置的问题。基于黄土的颗粒累积分布曲线和实际颗粒形态,提出了一种随机生成其二维微观结构模型的方法。首先将颗粒累积分布曲线按粒径范围分为若干区间,从各区间上随机抽取粒径值,形成满足其粒径分布的粒径数据库;再根据黄土颗粒的微观图像建立颗粒的形态数据库。从这2个数据库中随机抽取颗粒粒径和形态,生成具有随机大小、形态的颗粒库。采用Monte Carlo法将这些颗粒在模型顶端随机投放,建立黄土的二维微观结构模型。该模型为黄土微观力学行为的分析提供了原型。     

基于应变率损伤本构模型的围岩分区破裂化现象数值模拟

为了探究深部巷道围岩的分区破裂化现象,利用ANSYS/LS-DYNA软件数值模拟,使用Cowper-Symonds本构模型结合GISSMO模型,将巷道的开挖视为动力过程。从岩石的细观角度出发,考虑岩石的应变率效应以及损伤对岩石的力学性质的影响,构建应变率损伤本构模型。同时结合应力三轴度,以更全面地描述岩石在各种应力条件下的力学特性,并基于最大应变和最大拉应力准则建立单元破坏准则。对岩石进行单轴压缩数值、掘进开挖法模拟及实际观测的结果表明:岩石单轴压缩全应力-应变曲线拟合效果较好;掘进开挖速率对分区破裂化现象有影响;掘进开挖法的分区破裂化模拟结果与实际观测数据具有一定的一致性。提出的模型对于围岩分区破裂化现场的模拟及预测有一定的参考意义。     

DEM分辨率对VIC模型水文模拟精度的影响

为研究DEM分辨率对VIC模型水文模拟精度与运行效率的影响,选用0. 5～5. 0'的DEM对浊漳北源上游地区进行了月径流模拟。在以纳什系数、确定性系数和相对误差为模拟效果评价指标的基础上,采用均值变点法分析水文计算单元数量和相对误差的变化趋势,探讨DEM尺度效应的最佳拐点。研究结果表明:DEM分辨率对水文计算单元数量的划分影响显著,数量变幅最大达到了98. 13%;纳什系数、确定性系数和相对误差受DEM分辨率的影响较小,三者的变化幅度在率定期为0. 019%、0. 009%、11. 879%,在验证期为0. 009%、0. 012%、9. 552%; 1. 0'的DEM能够在保证模拟精度的前提下显著提高模型的运行效率,为DEM尺度效应的最佳拐点。     

河流突发水污染事件的水库应急调度流量研究 ——以珠江上游红水河为例

珠江是云南、贵州、广西、广东等地的重要水源,研究该流域内水污染物的运移扩散过程及突发河道水污染事件处置对策对于供水安全极为重要。假设枯水期内龙滩水库下游约12 km处(广西天峨县)发生排放未达标污水的突发事件,设置了水库应急调度方案集。采用EIAW11软件包中的水质模型模拟污染物的运移过程,模拟了不同浓度污染物(以BOD为例)在不同河道流量下的下游各断面的浓度变化过程。结果表明,该模型能较合理地模拟污染物的迁移过程和影响范围,分析得出使污染物浓度达标需要的龙滩水库下泄流量,并能根据不同达标位置对突发水污染事件做到准确调度,最大程度减少水资源的耗损,充分发挥龙滩水库的作用。模拟结果可为珠江流域突发水污染事件应急方案的制定提供一定科学依据。     

脱湿过程中红黏土热导率的变化试验研究

自然状态下岩土体中的三相组成处于动态变化之中,对土体热传导性能的准确测试造成困难,通过热导率脱湿曲线(TCDC)可间接获取土体的传热性能。为此,以桂林红黏土为研究对象,采用压力板仪和KD2 Pro土壤热特性分析仪,研究了红黏土在脱湿过程中热导率的变化规律。试验结果表明:在进气值之前,土体饱和度不变,3种干密度的土体热导率都有小幅度增加,此阶段主要与吸力变化引起的土体密实度变化有关;当吸力超过进气值后,热导率随饱和度减小逐渐减小,此阶段含水率为影响热导率的主要因素。基于热导率试验结果,采用Lu模型和William模型对红黏土脱湿过程中热导率变化曲线进行拟合,整体上2模型对试验结果拟合较好,可以用于红黏土脱湿过程中热导率变化的模拟。     

粉质黏土中静力沉桩过程产生的孔压试验研究

静压管桩在实际工程中有着广泛应用,桩-土界面超孔隙水压力对静压桩的工作性能有着巨大影响。目前的研究多集中于桩周土中超孔隙水压力的分布,缺少对桩-土界面处应力的真实情况的研究。通过在桩身开孔、嵌入硅压阻式孔隙水压力传感器的方法,在黏性土体中开展了2组模型桩的室内静力压桩试验,对桩-土界面的孔隙水压力、超孔隙水压力的变化规律进行了研究。试验结果表明:利用硅压阻式传感器首次成功监测了沉桩过程中桩-土界面产生的孔隙水压力;2根试桩在沉桩过程中产生的桩-土界面孔隙水压力、超孔隙水压力均随着沉桩深度的增加而增大;同时2根试桩沉桩过程中产生的超孔隙水压力均较大,最大可达4.21 kPa,约为上覆有效土重的75%,在实际工程中需对沉桩过程中产生的较大超孔隙水压力加以重视;同一深度处的超孔隙水压力存在消散现象,随着深度的增加,消散程度逐渐减小;在实际工程中,需采取有效措施,防止超孔隙水压力过大。试验结果可为静压桩施工和桩-土界面理论研究提供参考。     

河南省水资源利用与经济发展的脱钩分析

基于脱钩理论对2009—2018年河南省的水资源利用与经济发展构建Tapio脱钩指数模型,并利用LMDI模型对影响河南省水资源利用的主要影响因素进行因素分解分析,研究结果表明:从整体上看,河南省水资源利用与经济发展总体上处于脱钩的状态,说明二者之间处于一种较协调的状态,但又并未实现绝对脱钩;从产业结构来看,总脱钩弹性优于工业脱钩弹性,优于农业脱钩弹性;经济水平是河南省水资源利用量最主要正向影响因素,产业结构和水资源利用强度均起负向影响。因此,需要合理调整产业结构、提高水资源利用效率以及发展高效生态农业。     

水质耦合模型分类及应用进展

水质模型广泛应用于水质模拟、预测与辅助决策,是研究水污染、治理水环境的一个重要工具。近年来国内外关注于水质耦合模型研究,它能够克服使用单个模型的局限性,提高了模拟精度。系统介绍了国内外广泛运用的三类水质耦合模型类型,主要包括多个水质模型组成的耦合模型、水文-水质耦合模型、GIS-水质耦合模型,着重介绍各耦合模型的内在发展驱动力及应用情况,讨论耦合模型在实际应用时的优越性。此外,还对水质耦合模型耦合方式的优、缺点进行总结。最后根据模型耦合方式存在的难点提出了对水质耦合模型未来发展的展望。     

基于残差灰色-马尔可夫链的生活用水量预测研究

针对传统GM(1,1)模型在用水量预测方面对非增长序列预测精度差、出现过拟合等问题,采用结合马尔可夫链修正的残差灰色模型预测生活用水量。首先在传统灰色理论预测的基础上,建立了改进残差灰色预测模型:对残差绝对值建立灰色模型,再结合马尔可夫状态转移矩阵判断残差预测值在tn时的正负号,对灰色预测值进行修正。将模型运用于河南省2007—2018年生活用水量预测,结果表明,传统灰色预测模型与改进残差灰色预测模型的平均相对误差分别为4.14%、2.04%,改进残差灰色预测模型的精度等级为"良";同时,改进后模型的后验方差也小于传统模型。这表明改进模型比传统灰色预测模型有更高的精度,拥有更好的可靠性,可以为用水量预测提供新的方法。