The permeability of the natural geology plays a crucial role in accurately analyzing seepage behavior in the project area. This study presents a novel approach for the inverse analysis of the permeability coefficient. The finite element model (FEM) combined with orthogonal experimental design is used to construct a sample set of permeability coefficient inversion. The established random forest (RF) algorithm surrogate model is applied to determine the optimal values of permeability parameters in the project area using the Harris hawk optimization (HHO) algorithm. This method was used to explore and verify the distribution of natural seepage fields for the P hydropower station. The results showed that the RF model outperformed the classical CART and BP models at each borehole regarding performance evaluation indices. Furthermore, the water head prediction results were more accurate, and the RF model performed admirably in terms of prediction, anti-interference, and generalization. The HHO algorithm effectively searched for the optimal permeability coefficient of the geology. The maximum value of the relative error of the borehole water head inverted was 1.11%, and the accuracy met engineering standards. The initial seepage field distribution pattern calculated followed the basic distribution pattern of the mountain seepage field.
Based on the good adsorption and reducibility of Cr(vi) of lignite and nano-FeS, the lignite supported nano-FeS adsorption material (nFeS-lignite) was prepared by ultrasonic precipitation method to treat acidic chromium-containing wastewater.
This study explores the response of daily extreme precipitation (PEX) to local mean temperatures (T) of the previous 0-day (T0), 1-day (T1), and 1 to 9-days (T1-9) in the Yangtze River basin (YRB) using the non-stationarity test, binning method and copula theory. Results show that the annual scaling rate of PEX with T during 1961-2020 exhibits positive, negative and positive changing trends from southwest to northeast with the maximum magnitudes in the west, and experiences significant abrupt change only at 14.1% grids. The PEX-T scaling relation in the entire study period is predominantly characterized by a peak pattern over the YRB, with precipitation peaking at about 8 degrees C in the western highlands and at 25 degrees C in the east-central lowlands. However, the use of T1-9 yields a positive PEX-T pattern at more grids compared to T1 and T0, which highlights the important role of atmospheric moisture residence time in minimizing cooling artefacts in the scaling estimation. Generally, the full scaling rate of PEX with T in the study period is larger in the west-central part but smaller in the eastern YRB, and more sensitive to antecedent temperatures, with the ranges of - 8-20%/degrees C, - 8-30%/degrees C and - 10-30%/degrees C against T0, T1 and T1-9, respectively. As precipitation intensifies, the full scaling decreases in plateau-mountain areas but increases in low-lying regions, gradually approaching the ClausiusClapeyron (CC) scaling and exhibiting a "super-CC, CC-like and sub-CC scaling" pattern from west to east. Additionally, heavier precipitation events are most likely to occur at higher local temperatures in most areas even with peak structure. These findings provide new insights into the PEX-T relationships, which is conducive to understanding future changes in precipitation extremes and assessing precipitation-related risks under climate change.
基于随机有限元方法(RFEM)和Monte-Carlo模拟,建立了能够模拟具有深度依赖性的土体强度参数边坡或具有软弱夹层边坡的非平稳随机场模型.通过辐射扫描方法获取最危险滑动面,得到非平稳随机场边坡滑动深度和滑动体积.将该方法与均质边坡和平稳随机场边坡获得的滑动深度和滑动体积进行对比,研究土体强度参数深度依赖性的非平稳随机场边坡的不同坡度和各向异性对滑动深度和滑动体积的影响.结果表明:基于RFEM的非平稳随机场滑动深度和滑动体积结果为地质灾害风险及后果评估提供了一个参考分析的新角度;参数的深度依赖性程度越高(变化率b越大),则边坡平均滑动深度和滑动体积越小;在大坡度滑坡风险后果评估中,可以基于均质边坡分析结果进行初步预估;在非平稳随机场中,随着各向异性的增大,所有坡度边坡的滑动体积变异系数增大;不同坡度下,水平方向的相关程度越大,则土坡内软弱夹层的不确定性越强,滑动体积的变异系数也不断增大.
泵前无压过滤器可以有效解决传统泵后过滤器能耗高、压损大等问题,为更加准确和全面评价其过滤效果,以新疆地区常用的泵前网式过滤器为研究对象,分别在实验室和工程现场开展观测试验,并提出有效过滤效率概念,对过滤效率进行了计算.结果表明:过滤前含沙量越大,全沙平均过滤效率就会越大,但某一时刻全沙过滤效率并不一定随着过滤前含沙量的增大而变大,反映出过滤效率除了与泥沙含量有关外,还与滤网孔径大小、泥沙粒径大小和粒组组成等有很大关系;过滤前后细沙的粒组变化不明显,而粗沙变化明显,说明滤网主要对粒径大于网孔直径(本文为0.180 mm)的泥沙过滤有效;根据提出的有效过滤效率概念,计算得到粗沙和细沙平均有效过滤效率分别为95.5%和98.1%;随着粒组直径的增大,粒组的有效过滤效率也逐渐增大,说明同一种滤网在相同条件下对较大粒组的过滤效率要明显大于较小粒组,这充分证明了本文提出的有效过滤效率的合理性.研究结果可补充网式过滤器现有规范中缺乏过滤效率计算方法的不足,为更加准确和全面地评价过滤器的过滤效果提供计算依据.
为降低实际工程基坑失稳事故发生率,通过室内模型试验研究了支撑失效、土体渗漏等局部破坏对内撑式排桩支护基坑的影响机理.试验结果表明:支撑轴力随基坑开挖加深而增大,靠近基坑中部的支撑轴力增量最大,坑角附近最小;支撑局部失效时,一部分荷载通过围檩传递到邻近支撑,另一部分荷载转换为支护结构的位移协调.当支撑全部失效后,支护结构整体刚度降低,支护体系变为悬臂排桩支护,支护桩位移、弯矩及坑外土体沉降量较支撑全部失效前明显增大;桩后局部土体发生渗漏时,土体迅速垮塌流进坑底形成土堆,同时坑外产生大范围的塌陷区,对周边环境及施工影响较大.
为探究华北平原不同种植模式的作物耗水与生产能力以评价其缓解地下水超采的潜力,于2021-2022 年在中国农业科学院北京市顺义试验站进行了冬小麦-夏玉米、冬小麦-夏大豆和冬小麦-夏休闲3 种种植模式的对比试验.利用大型称重式蒸渗仪监测各种植模式的蒸散、土壤储水和渗漏,使用FAO-56 推荐的双作物系数法估算不同种植模式的蒸散量,同时分析了估算效果和蒸散与环境的响应特征,并比较不同种植模式的水分利用效率和产量、效益的相对关系.结果表明:3 种种植模式的实测蒸散量与净辐射呈指数函数关系、与气温呈二次函数关系、与水汽压差呈线性函数关系,可以使用双作物系数法或非线性拟合公式较好地估算不同种植模式的蒸散量;冬小麦-夏玉米种植模式的产量、水分利用效率和经济效益最高,耗水量也最高,地下水净消耗量为 197.52 mm,而冬小麦-夏休闲模式净地下水消耗量最小,比冬小麦-夏玉米模式低72.28%.未来需要结合华北平原不同区域可利用和开采的地表水、地下水资源量和土壤储水能力以及作物耗水量优化作物种植模式,以达到地下水的采补平衡.
根据土石坝渗流原型观测,厘清水位、降水等因素的影响,模拟大坝渗流的真实状态,合理评估其渗流监测结果,是土石坝安全监控亟待解决的关键问题.基于此,根据数理统计原理,采用随机森林算法构建无降水条件下渗流量与上下游水位的回归模型;考虑渗流量受前期累积降水的综合影响,引入广义可加模型(GAMLSS-GLO),模拟降水影响下土石坝渗流监测值的波动区间,并将其与渗流-水位回归模型叠加,预测土石坝渗流监测的可靠区间;最后,将该方法应用于糯扎渡心墙堆石坝的渗流监测.结果表明:所提模型方法对渗流的水位、降水响应表现出良好的适用性,显著提高了渗流模拟预测质量.同时求解了渗流量置信区间,有利于土石坝的运行工况判断及安全监控.
为探究太湖流域圩内小微水体综合整治工程的水系连通成效,在考虑水系格局、结构连通性、水力连通性准则层的基础上,针对小微水体在生态系统保护和水质净化方面的突出功能,进一步提出景观连通性和水质改善两大准则层.根据小微水体的形状特征修正传统指标,使其能更好地适用于多形态水系;因小微水体受水工建筑物调度而形成不同的连通通道与水力条件,结构连通性与水力连通性均按照不同工况分别计算,再由工况时长加权得到较为稳定的年内平均值.应用该小微水体水系连通性评价指标体系对溧阳市同字水系整治前、后的水系连通性进行评价.结果表明:综合整治工程对水系连通性提升效果显著,该评价指标体系能较为客观、全面地体现小微水体与各类水工建筑物协同运作下的水系连通性.
为进一步提高深部地下工程中煤岩失稳破坏监测预警的针对性和准确性,采用自主研发的多通道电荷感应和微震综合监测系统,监测和分析在不等幅循环荷载作用下煤岩变形破裂过程中电荷感应和微震信号的时、频特性和能量特征,并与单轴压缩实验进行对比.结果表明:循环荷载下煤岩在不同阶段的电荷感应和微震信号各具特点,卸载段会产生较多微破裂和损伤,煤样在发生多裂纹贯穿劈裂破坏前会频繁出现峰值较小的电荷感应信号,需特别注意.对微震信号傅里叶变换进行频谱分析,发现微震信号频谱特征能够很好地反映煤样内部裂隙的扩展状态,并且主频幅值的增高与微震信号的增强具有同步性.采用电荷感应和微震信号共同划定煤岩的受载阶段,可以得到更加准确的失稳预警信息.
为研究嘉陵江流域潜在蒸散发(ET0)的时空格局变化特征以及变化气候条件对流域潜在蒸散发量的影响,选择45 个国家级气象测站的1970-2019 年逐日气象数据计算ET0,采用线性倾向率、Mann-Kendall趋势检验和反距离加权插值分析时空变化特征,通过敏感性分析和贡献率量化ET0 变化的主导因子,用地理探测器分析其影响因子的交互作用.结果表明:年尺度上,嘉陵江流域平均气温以0.20℃/10a的速率呈上升趋势,相对湿度、平均风速和日照时数分别以 0.239%/10a、0.048(m·s-1)/10a 和 0.100(h·d-1)/10a 的速率下降.年 ET0 以0.133 mm/10a的速率减小,春、冬季ET0 呈上升趋势,夏、秋季相反,空间上年ET0 整体北高南低.年ET0 变化主导因子为平均气温,嘉陵江流域ET0 变化是多因子共同作用的结果,平均气温和相对湿度交互作用下的空间解释度达到68.4%.研究结果可为研究区生态水文过程变化深入分析提供一定的科学依据.
DEM和土地利用的数据精度影响水文模型的模拟效果.以泾河流域为对象,选取毛家河、杨家坪和张家山3 个水文站作为控制站,分别利用9 组不同分辨率的DEM和土地利用数据(分辨率范围均为30～3 000 m)构建了100 个SWAT模型,探究输入数据精度对水沙模拟效果的影响,并采用TOPSIS理论方法对模型进行综合评价.研究表明:DEM分辨率会影响流域的边界和河网提取,且流域特征信息会随分辨率的降低而发生丢失;当DEM分辨率低于1 000m时,需使用SWAT中的Burn in工具,才能完成流域边界与河网的准确提取;HRU的数量随DEM分辨率的下降而减少,而土地利用分辨率对HRU数量的影响不显著;当分辨率变化较大时,DEM对参数敏感性造成的影响要大于土地利用;在构建的毛家河、杨家坪和张家山3 个站点的模型中,DEM和土地利用分辨率的最优组合分别为750 和300 m、30 和90m以及150 和3 000 m.该研究可为流域水沙模型构建与模拟精度提升提供方法与技术参考.
梯级水库群调度下多目标矛盾突出,为实现利益的协同与均衡保障,首先识别多目标关键利益与非关键利益,并基于协同学构建了梯级水库群多目标协同优化调度模型;其次提出了基于满意边界的时段内多目标利益均衡调控方法,并引入以混沌时间序列分析的关联维数及Kolmogorov熵对水库群多目标调度系统进行混沌特征识别与引导.在黄河上游梯级水库群多目标调度中的应用结果表明:在不降低多目标利益保障水平的情况下,所提理论与方法实现了梯级水库群调度下多目标利益在时段间形成协同有序、在时段内达到利益均衡;最终方案中黄河上游梯级水库群多目标调度系统的总协同度为0.64,各目标的关键利益保障程度明显高于非关键利益.研究成果为存在多目标竞争关系的流域水资源高效利用提供了新的理论与方法,拓展了水库群多目标优化调度的研究范畴,促进了水资源系统工程学与协同学、混沌学的交叉与融合.
级配碎石广泛应用于高速公路路面基层填料,作为测定路基土及路面材料强度的重要手段——加州承载比(CBR)试验可反映路基或路面结构层的承载能力.基于颗粒流软件PFC3D对CBR试验展开细观参数影响研究,并借助PFC3D中力链模型对试样内力演化进行观测,探讨颗粒刚度比kn/ks、摩擦系数μ、法向黏结强度Tσ、切向黏结强度Sσ 等颗粒细观参数对试验结果的影响.研究结果表明:颗粒刚度比kn/ks 对CBR值无显著影响,摩擦系数μ和颗粒黏结强度Tσ均与CBR值呈线性正相关.另借助黏结强度比Tσ/Sσ,对比切向与法向黏结强度对CBR试验结果的影响,得出切向黏结强度Sσ对CBR值影响较大;切向黏结强度Sσ主确定接触键切向塑性,法向黏结强度Tσ主控制其表面法向黏附性.
为探明来流变化条件下溪洛渡水库生态调度时的水温垂向分布特性,运用水温现场监测和CE-QUAL-W2 模型对水温进行数值模拟的研究方法,基于实测地形和水文等数据建立溪洛渡库区的立面二维水温模型,模拟了水库在2021 年1 月15 日—4 月30 日的水温动态变化过程,重点分析了生态调度期(3-4 月)库区的立面二维水温分布规律及不同泄水口高程对下泄水水温的影响.结果表明:溪洛渡水库坝前水温于 3 月中旬开始出现温差,3 月下旬表底最大垂向温差为2.02℃,垂向温度梯度在0.10℃/m以内.4 月上旬、下旬水库表底最大垂向温差分别为2.41 和2.81℃,垂向温度梯度在0.15℃/m以内.通过比较无叠梁门、1 层叠梁门两种泄水运行工况得出,当设置1 层叠梁门稳定运行时水库的平均下泄水水温提高了 0.13℃.本研究可为溪洛渡水库后续的水温生态调度试验提供科学依据.
非点源污染是目前水体污染防治的主要对象,土地利用方式与污染物流失量密切相关.以桃林口水库流域为研究对象,通过构建SWAT非点源污染模型对流域非点源污染负荷进行模拟,研究不同土地利用结构对子流域TN、TP流失率的影响,并定量分析了研究区在 2014 和 2019 年土地利用类型下TN、TP流失量的变化.结果表明:构建的SWAT非点源污染负荷模型适用于该流域的非点源污染模拟,在单一的土地利用类型中,污染物流失率排序为耕地>草地>住宅用地>林地,与相对应的单一土地利用类型相比,林地的组合能有效降低子流域的污染物流失率;不同土地利用类型的产污能力差异较大,林地的单位面积产污量最低,耕地最高,与 2014 年相比,2019年流域林地面积增加而耕地和草地面积减少,TN、TP负荷分别减少了 34.43%、23.75%.研究结果可为桃林口水库流域的水环境管理提供科学依据.
针对黄河流域内蒙古段十大孔兑地区地下水超采、"粮能争水"导致的黄河流域局部地区水资源短缺问题,基于"量、质、域、流"多维水资源承载力评价框架,利用层次分析法和熵权法对评价指标进行主、客观组合赋权,应用TOPSIS模型对区域水资源承载力进行多维度综合分析.结果表明:2000-2020 年研究区水资源综合承载力呈上升趋势,但整体处于临界可承载状态;水资源维度承载力:量>流>质>域,水资源承载子系统承载力:利用方式>承载体>承载对象.总体来看,国家最严格水资源管理制度"三条红线"的刚性约束以及河(湖)长制的全面推行,倒逼区域水资源"质"和"流"维度承载力提升,但持续高强度的水资源开发利用,使得"量"和"域"维度承载力下降显著;未来需要进一步优化农业与工业用水格局,重点解决"粮能争水"问题,加大对现有河湖水资源引入等措施来实现经济社会的可持续发展与水资源荷载平衡.
采用三维非线性有限元法,对Ⅷ度强震区某拟建抽水蓄能电站坝高 161 m的上库高沥青混凝土面板堆石坝开展静动力应力变形计算.结果表明:静力条件下大坝变形分布规律合理,蓄水期坝体水平位移和沉降量极值分别为62.64 和151.85 cm,面板拉应变极值为0.56%;在Ⅷ度设防地震作用下,坝体顺沟谷向、坝轴向和竖向动位移极值分别为22.88、21.90 和 13.76 cm,加速度极值分别为 12.31、12.26 和 12.14 m/s2,震后坝顶震陷极值为30.01 cm,震陷率为0.19%;在面板反弧段和挖填交界处为拉应变峰值区,极值为0.85%.综合评价大坝整体安全性能良好,地震时不会出现重大安全问题.
为研究极端洪涝作用下乐平市乐安河沿岸地下水化学组分来源及环境健康风险,综合应用图示法、数理统计、主要离子比等方法,对研究区洪涝期间及洪涝后期24 组浅层地下水样品的22 项指标进行了分析.结果表明:不同时期地下水主要化学组分无显著差异,均属弱酸性的低矿化度淡水,优势阴、阳离子分别为HCO-3、SO42-、Ca2+、Na+、K+.地下水水化学类型空间差异明显,洪涝期间以HCO3-Ca·Na型和HCO3·SO4-Ca·Na型为主,洪涝后期出现Cl型及NO3 型水.地下水主要组分的形成主要受控于水-岩相互作用、硅酸盐矿物溶解、阳离子交替吸附作用,局部地区受农业施肥、污水排放等人为活动干扰.洪涝灾害发生后地下水水质较差,不适宜直接饮用,污染指标主要为氨氮、NO-3、Mn、Cd,污染物来源于地表-地下水混合、洪水对土壤中含锰矿物的溶滤以及乐安河上游采矿活动.
深埋水工隧洞通常会面临高地下水位问题,为准确分析高外水隧洞围岩变形稳定性,需合理模拟外水内渗的力学作用.现阶段,学者们虽已认识到在饱和岩体渗流-应力耦合分析中考虑岩石基质压缩的必要性,但针对岩石基质压缩对高外水隧洞变形稳定性影响的相关研究尚未见报道.基于饱和多孔介质有效应力原理和孔压修正系数,并考虑围岩渗透特性动态演化,建立了高外水隧洞渗流-应力耦合分析模型,并在ABAQUS中进行了数值实现.依托某深埋引水隧洞,在分析其渗流场和变形稳定性的基础上,开展了不同岩石基质可压缩性条件下的高外水隧洞渗流-应力耦合分析,揭示了高外水隧洞围岩变形稳定性随岩石基质可压缩性的变化规律.结果表明:岩石基质压缩直接影响着高外水隧洞的外水内渗过程,对高外水隧洞围岩变形稳定性不利,岩石基质可压缩性越大,则围岩变形和塑性区范围越大,在分析中忽略岩石基质压缩将得出偏于危险的结果.
