Coupling watershed modeling,public engagement,and soil analysis improves decision making for targeting P retention wetland locations

Constructed and restored wetlands can be effective sinks for particulate and dissolved phosphorus (P) if properly managed, but identifying suitable P retention wetland locations remains challenging. From a landscape perspective, Soil and Water Assessment Tool (SWAT) models identify locations within target watersheds with high nutrient loads that exhibit appropriate site characteristics and hydrodynamics. However, soil properties vary at the field scale, dictating the capacity of wetland systems to remove P and ultimately determining if a given wetland will operate as a sink or source of P over time. Land ownership and site access further complicate identification of P retention wetland locations. As a result, optimization and identification of P retention wetland locations requires analysis at both 1) watershed and 2) field scales, and 3) public engagement. In response, a survey effort linked SWAT model results that identified locations with target watersheds with field soil P storage capacity data and interested landowners. Results suggest that several locations recommended for their high SWAT-predicted P loading and landowner interest were in fact not well suited for project implementation due to soil P saturation and legacy P constraints. These findings highlight the need to couple watershed models with field scale soils analysis to identify locations for P retention wetlands in order to avoid unintended P release. Additionally, increased collaboration with social scientists and others familiar with public engagement strategies is needed to improve outreach activities targeting regional water quality improvements. Practical applications for nutrient retention wetland site selection are also discussed.     

季节冻土区渠道水分迁移规律及冻胀特性试验研究

为了量化渠基土体中的水分在冻融过程中的迁移及其分布规律,揭示渠基土体的微观冻胀特性,选取渠基土体不同部位的原状土样,进行冻融试验,采用CT扫描技术,监测研究渠基土样冻融过程中的水分迁移及其孔隙水分布规律,进一步探究渠基土体的微观冻胀特性。结果表明:冻融过程中土样深度16～18 cm处的含水率较高,产生了水分积聚。冻结过程中,土体的微观孔隙结构发生了明显变化,同时发生了裂缝的张开和闭合。在融化阶段,由于冻结水快速融化,土体发生融沉,最大融沉量为6.78 mm。研究成果揭示了渠基土体单向冻融过程中的水分迁移规律、孔隙水的分布状态及其冻胀微观特性,为季节冻土区输水渠道的抗冻胀设计提供了理论基础。     

考虑偏压作用的基坑抗隆起稳定性上限分析

为了研究偏压荷载对抗隆起稳定性的影响,提出了一种考虑偏压作用的基坑抗隆起稳定性计算方法,将墙后土体沉降变形近似简化为余弦曲线,从而在研究偏压作用对基坑抗隆起稳定性影响时可计入偏压荷载范围和坑边距等因素,同时在极限上限分析法的公式推导中考虑了土体各向异性对基坑抗隆起稳定性的影响。将该方法与HASHASH和WHITTLE提出的波士顿蓝黏土深基坑开挖有限元模型进行对比,通过数值算例研究了挡墙入土深度、基坑深度、土体各向异性、最下一道支撑到坑底距离及偏压荷载等因素对抗隆起安全系数的影响。研究表明:基坑抗隆起稳定性系数随着土体各向异性比的增加而增加,随着最下一道支撑到坑底距离增加而增大,发现偏压作用距离坑边在2倍基坑深度之内对抗隆起安全系数影响较大。最后结合案例分析验证了该方法的有效性。     

基于钻孔图像的结构面分布分维数计算方法

在工程实践中,对岩体结构面分布的分维数进行实测往往存在一定的难度,但是采用钻孔摄像技术既能够准确获取布设的钻孔内各项地质信息,而且形成的钻孔图像能够直观地反映钻孔中岩体结构面的特征参数,因此提出了一种基于钻孔图像的岩体结构面分布分维数计算方法。该方法的原理是:首先,通过钻孔图像获取研究区域内各钻孔内的岩体结构面的特征参数(包括倾角、倾向、隙宽、间距);然后,根据各钻孔之间的连通判断准则,判断区域内各钻孔结构面的连通性,并估算出研究区域内结构面的迹长值,同时参照钻孔的孔位及深度信息,来界定研究区域模型的范围;最后,结合Monte-Carlo法,建立岩体结构面分布的三维网络模型,根据分维数计算方法,求解模型各研究面的分形维数,并将3个钻孔的整体连通模型和各钻孔模型所得到的分维数开展对比分析。结果表明,该方法的计算结果与其他评价方法的结论一致。     

基于核磁共振成像的混凝土冻融损伤特征

为研究多次冻融循环过程中材料内部孔隙分布的变化特点,采用低强度磁场核磁共振成像扫描仪对经过0,50,100和200次冻融循环的混凝土试件进行扫描,获得了弛豫时间T₂分布谱和扫描图像。研究结果表明:随着冻融循环次数的增加,表征材料孔隙率大小的T₂谱面积呈现初期增速较快,后期增速减小的规律;小孔隙含量随循环次数增加而减小,大孔隙含量随循环次数增加而上升;不同损伤程度的混凝土试件的核磁共振(NMR)扫描图像与T₂分布谱的变化特点具有较好的同步性,体现了扫描结果的准确性。研究成果有助于加深对混凝土在冻融循环过程中结构损伤演化规律的认识。     

基于水流与地质双因素的险工险段成因调查研究

在河势水流对险工险段成因研究成果的基础上,重点分析了堤基地质条件的影响。对广东省省管河道范围内的历史险工险段进行调研,梳理出了不同成因险段占比。以此为基础,选取江新联围进行水流与地质双因素的险工险段成因调查研究,通过水文测试、河床质取样以及室内试验,分析了各历史险段的成因。结果表明除水流条件较差外,各险段堤基也多以软土为主。基于此,增选了3个河势条件较差的非险段作为参照对比组,结果显示若地质条件较好,即使水流条件较差也不会形成险段。调查分析表明,河道险工险段的成因与河势水流和地质因素均密切相关,尤其是分布于软土地基区域的堤段,地质因素更是不可忽视。     

考虑接触行为的U型渠道冻胀数值模拟

U型衬砌渠道具有良好的整体性和冻胀适应性,但在冬季仍极易因土体冻胀而导致破坏。考虑渠基冻土与衬砌接触面冻结的非线性特性和冻土、混凝土材料的塑性特征,建立能分析渠道基土与衬砌间挤压、脱开及滑移等接触力学行为的渠道冻胀破坏热力耦合数值模型。以宝鸡峡灌区塬下北干渠为原型渠道,按照模型是否考虑接触分别进行冻胀数值模拟,并对模拟结果进行对比分析。结果表明:考虑接触的模型模拟结果与原型实测值更相符,更能合理地解释U型渠道冻胀在渠底与阴坡衔接处冻胀量最小;考虑接触的混凝土塑性应变最大值是不考虑接触时的3.76倍;考虑接触的法向冻胀力和切向冻结力更均匀,最大值均减少1.5~3.0倍,应力集中现象减弱,更能反映混凝土衬砌板与渠基土之间的滑移变形与破坏准则的相互作用。研究结果为U型衬砌渠道冻胀破坏规律提供了分析方法。     

大型抽水蓄能电站地下厂房围岩变形时效特征和反馈分析

丰宁抽水蓄能电站地下厂房洞室群的施工期围岩变形具有量值大、时效特征明显、不同深度围岩均可能发生变形的特点。为研究该地下厂房围岩变形时效特征,基于工程地质条件和监测数据,开展围岩变形机制研究。分析结果表明:地下厂房围岩变形的分布特征和时效特性,既与围岩在开挖卸荷后所出现的岩体质量下降、围岩强度减小、岩体蚀变现象有关,也与围岩内存在节理裂隙或断层等不连续地质结构在开挖卸荷作用下易发生张开或错动有关。采用由伯格斯流变模型与带拉伸截止限的摩尔-库伦塑性屈服准则组合而成的复合黏弹塑性模型,进行围岩流变力学参数反演,获得了与监测值吻合较好的围岩变形和变形时程曲线计算结果。根据洞室群围岩开挖支护稳定性分析结果,可知截至主厂房第V层开挖支护完毕,洞周围岩局部变形和塑性区深度均较大,且塑性区贯穿主厂房和主变室洞间岩柱,围岩稳定性总体较差。因此,主厂房在第V层开挖完毕后暂停继续下挖,专门进行洞室群的系统性加强支护是必要的。     

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。     

不同耕作措施及玉米生育期对黄壤坡耕地土壤团聚体稳定性的影响

为探讨耕作措施和玉米季对黄壤坡耕地土壤团聚体稳定性的影响,以横坡垄作坡面为研究对象,顺坡垄作坡面为对照,研究野外自然降雨条件下玉米季黄壤坡耕地土壤团聚体组成及其稳定性的变化特征,以期为山地黄壤区土壤抗蚀性研究提供理论依据。结果表明:①不同耕作措施对玉米种植土壤团聚体组成和稳定性影响显著,横坡垄作坡面较顺坡垄作含有更多大粒级团聚体;以(10,0.25]mm水稳性团聚体(WSA_>0.25)、平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、结构体破坏率(PAD)、水稳性团聚体分形维数(D)、团聚体稳定性系数(ASI)为指标进行分析,得出横坡垄作坡面土壤团聚体稳定性较顺坡垄作坡面好。②随玉米生育期的推进,土壤大粒级团聚体含量及团聚体稳定性均呈现出显著升高的趋势,且在成熟期达极大值,表明玉米生育期也显著影响土壤团聚体组成及稳定性。③相关性分析得出,团聚体稳定性与根系密度、根表面积、根体积呈极显著正相关关系,根系的发育对增强研究区土壤团聚体稳定性具有重要的贡献。适宜的耕作措施和合理的种植模式均有助于研究区水土流失的有效防控。