水盐运移对硫酸盐渍土盐-冻胀规律的影响

为研究水盐运移情况下硫酸盐渍土盐-冻胀规律,采用室内土柱冻融试验,利用teros-12传感器及位移计测定冻融循环过程中土体含水率、电导率、温度和位移的变化,分析了水盐运移规律及其对土体盐-冻胀变形的影响。试验结果表明:在自上而下的冻结方式中,土体底部水分向冻结锋面移动,带动盐分向上聚积,同时土体体积含水率和电导率随温度的升降循环存在明显“滞回”现象。冻结阶段土体发生膨胀,竖向变形可分为3个阶段:①调整阶段,由生成芒硝引起;②快速变形阶段,由生成芒硝与冰晶共同作用所致;③缓慢变形阶段,由生成少量冰晶所致。融化阶段土体竖向变形以一定融陷速率发生快速融沉。含硫酸钠盐渍土冻融循环过程中,竖向变形随时间的变化关系呈现“桃尖型”趋势,且每次冻融土体竖向变形速率基本一致。随冻融次数的增加,盐-冻胀率也不断增加。土体含盐量越高对土体竖向变形的影响越显著。本研究可为揭示含硫酸盐渍土盐分和水分随温度变化的“滞回”现象以及水-盐-热-力耦合模型的建立提供数据支撑。     

近60多年洞庭湖水沙演变特征及其与人类活动的关系

基于1955—2018年洞庭湖水沙数据,运用Mann-Kendall检验法、双累积曲线等方法分析了洞庭湖近60多年水沙演变特征及其与人类活动的关系。研究结果表明:①受长江荆江段河道变化以及水利枢纽建设等的影响,三口、四水入洞庭湖水沙呈显著下降趋势,其中以三口输沙量的变化最为显著,且受三口水沙变化的影响,城陵矶年径流量与输沙量均呈下降趋势;②1955—2018年,洞庭湖湖盆泥沙淤积量呈显著下降趋势,泥沙淤积量的减小主要与由水利工程建设等人类活动引起的三口输沙量的减小有关;③水利工程建设等人类活动降低了水体中的泥沙浓度,使得径流-输沙双累积曲线发生偏折,通过建立偏折前后累积径流-输沙关系,可定量评价人类活动对洞庭湖水沙的影响。水利工程建设等人类活动使得三口、四水以及城陵矶输沙量平均每年分别减少0.69×10⁸ t(2003—2018年)、0.22×10⁸ t(1986—2018年)和0.21×10⁸ t(1981—2018年)。     

消力池内双层悬栅对消能效果影响试验研究

针对在消力池内布置双层悬栅对消能效果影响鲜有研究,通过在消力池内未布置悬栅、布置单层悬栅和布置双层悬栅进行模型试验,对比分析布置悬栅前后消力池内流态、最大水深以及消能率。结果表明:在设计流量Q为15 L/s时,布置双层悬栅后,消力池内流态更加稳定,最大水深下降更加明显,但改变悬栅布置型式和栅条数,消能率变化不大。     

长江口徐六泾节点段河槽稳定性及其影响因素

徐六泾节点段控制着长江口的物质通量和南北支的分流分沙,其河槽稳定性和变化趋势在长江口的演变中具有重要地位。采用实测资料分析和物理模型试验相结合的方法研究了长江口徐六泾节点段河槽的稳定性及其影响因素。研究结果表明:①徐六泾节点段1992年前河槽呈右移态势;1992—2018年间,河槽演变趋缓,平面上主要表现为小幅度的上提下挫,垂向上呈缓慢刷深之势。②徐六泾节点段未来滩槽格局基本稳定,河槽仍以冲刷为主,且有向下游发展趋势,大洪水作用下局部河床会出现较大的调整(2009—2018年+百年一遇水文年试验条件下,在现有的-30 m深槽下游约910 m 处出现一个新的-30 m槽)。③徐六泾节点段河槽整体稳定性前期主要受两岸圈围工程、上下游河势、大洪水等的影响,近年来主要受流域减沙的影响,局部河床稳定性的主要影响因素是大洪水和人类活动。     

耦合高效高精度水动力模型的多组分污染物输移及衰减反应模型

为更好地模拟水污染事件中多组分污染物输移及衰减反应过程,全面耦合了基于图形处理器(GPU)加速技术的二维水动力模型与多组分污染物输移及衰减反应模型,通过改进模型源代码并在污染物输移控制方程中嵌入衰减项与反应项,建立了一个可应用于大区域复杂地形河道洪水演进全过程及多组分污染物输移和衰减反应的高性能耦合模型,同时引入GPU技术提升计算效率。将耦合模型应用于理想地形静水和两个复杂地形河道入流与溃坝算例的水质模拟,结果表明:多组分污染物输移及衰减反应过程在理想算例中的数值解与解析解基本吻合,在入流与溃坝算例中的模拟结果符合实际物理过程,模型运行速度快且计算效率高,可高效地模拟各类突发水污染事件并进行预警和评估。     

Sedimentary in-filling of an urban Great Lakes waterfront embayment and implications for threshold-driven shoreline morphodynamics,Montrose Beach,SW Lake Michigan

This paper addresses subaqueous and subaerial patterns of geomorphic change across Montrose Beach, an urban embayment along Chicago’s engineered SW Lake Michigan coastline. Our goal was to better characterize the urban littoral zone, its sediment-transport processes, and associated shoreline morphodynamics (from the early 1950s to present). Succinct beach geomorphic responses to decadal base-level changes (i.e., regression during lake-level fall and transgression during lake-level rise) occurred once a morphologic threshold in the subaqueous portion of the system had been crossed. Despite continuous sand trapping, nearshore elevations were initially not conducive to promoting expansion of the subaerial beach environment, regardless of water-level condition. Rapid beach expansion after 1990 (by a factor of four in <25 years) was facilitated by prior decades of nearshore accretion. Shoreline morphodynamic trajectories and degree of coupling to nearshore sedimentary processes are important considerations for developing long-term beach-management strategies. Rapid cross-shore movements of the shoreline in response to oscillatory base levels are expected to persist at Montrose and other urban beaches of similar design (and nearshore conditions). This has important implications for managing urban lakefront ecosystems, including coastal dunes and shore-bird habitats. Few datasets have thus far quantified time-variant and threshold-driven patterns of beach geomorphic development along engineered coastlines. Such insights should help coastal managers better understand littoral sediment interconnectivity across the urban lakefront and anticipate future geomorphic trajectories of beach environments with anticipated decadal-scale oscillatory patterns in lake level.     

新水沙条件下黄河下游泥沙均衡配置方案

由于自然气候条件的变化和人类活动的影响,黄河下游的来沙量大幅减少,为了维护黄河下游河槽均衡稳定、治理"二级悬河",合理利用泥沙资源,开展黄河下游泥沙均衡配置研究。采用黄河下游泥沙均衡配置数学模型,按照新水沙条件和配置模式,计算了黄河下游泥沙均衡配置方案,计算结果表明,来水来沙条件对泥沙配置状况的影响较大,一般年来水量约260亿m3条件下,如果年来沙量少于4亿t左右,黄河下游河槽不淤积萎缩,修建防护堤对增大平滩流量有一定作用,滩区放淤可以改善泥沙分布状况。通过对各配置方案综合评价,提出了建议方案及不同配置方式的泥沙配置比例。     

温度对黏性泥沙絮凝影响的机理研究

用格子玻耳兹曼方法,引入胶体作用理论(e Xtended Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek theory,XDLVO理论)模拟不同温度下两个黏性泥沙颗粒静水不等速沉降絮凝过程。结果表明,温度升高缩短泥沙絮凝时间,促进絮凝。同时分析了泥沙颗粒的运动轨迹、相对运动速度和颗粒间近距离作用力,探讨温度对泥沙絮凝的影响机理。分析结果认为温度升高一方面减小水体黏性系数,加大泥沙沉速,加快泥沙颗粒相互靠近;另一方面,增大泥沙颗粒表面吸附水膜厚度的同时,也增大泥沙颗粒之间的近距离排斥力,对吸附水膜厚度和排斥力影响的综合结果也促进了絮凝。     

晋西黄绵土坡面径流流态与输沙特征试验研究

为了探讨晋西黄绵土坡面径流流态与输沙特征,本研究采用室内人工模拟降雨试验方法,对降雨条件下坡长对该区坡面径流雷诺数、弗劳德数、径流量、产沙量与输沙率进行量测与分析。结果表明:在雨强30~125mm/h、坡长1~5m的情况下,坡面薄层径流为层流,且为急流;径流流态对坡面水流侵蚀力有显著影响,产沙量与雷诺数呈良好幂函数关系;雨强与坡长的增大可增强径流紊动性,输沙率随二者的增大呈增加趋势,当雨强大于60 mm/h、坡长由3 m延长到4 m时,输沙率增量较2~3 m与4~5 m时小;输沙率与径流量的关系可用幂函数描述。该研究结论能够为黄土陡坡面水土流失治理和水土保持措施的布设提供一定的依据。     

丁坝局部冲刷坑形态演变及冲刷平衡临界条件

丁坝局部冲刷坑垂向冲深、平面宽度及上下游边坡构成了冲刷坑几何形态的三维特征。局部冲刷达到平衡状态时,冲刷坑上下游边坡保持相对稳定的斜率。其与泥沙颗粒水下休止角大小及冲刷平衡临界条件的关系仍不太明确。一系列清水冲刷试验表明,不同来流强度条件下冲深与展宽速率存在非对称特征,坝体上下游边坡斜率随时间演变振荡衰减至相对稳定坡度。坝体上游坡度均较下游陡,比值近似常量为0.5。边坡斜率略小于泥沙颗粒水下休止角,比值下限近似为常量0.7。