从满足京杭大运河穿黄工程高效通航的竖向条件、同南北两岸对接、对黄河防洪及对东平湖污染影响等方面比选,确定黄河下游路那里大断面主槽上游约 330 m处作为推荐线位.通过综合分析,隧道顶采用 400 mm厚、经防腐抗磨处理的高强度微拱形钢板,底部高程为 24.1 m、净高 12.5 m、长约 3 500 m、单向航道净宽 25 m、双向驶船总宽为 55m的"上黄(河)下运(河)"立交平穿过黄隧道方案,能够实现京杭大运河全线通航高效穿黄的目标.为便于航船往来,既能让游客看到运河行舟的美景,又不影响超标准洪水行洪,可进一步提升为隧道(南部河槽)+玻璃观景平台(北部滩地)立交平穿过黄方案.为使通航有充足水源,须将位山水利枢纽遗址南岸区域恢复到枢纽修建前黄河、汶河洪水自然进出东平湖的状态,将梁济运河改造为北流后,即可依靠南四湖、东平湖、金堤河、引黄渠系及沿黄平原水库等对京杭大运河黄河以北段有效配水,充分发挥其灌溉、分洪、排涝等功能,产生巨大的经济、社会与生态效益.
人类活动导致下垫面发生变化,黄河天然径流量的系列一致性受到影响,难以支撑流域现状条件下的水资源配置.以黄河中游下垫面变化剧烈、天然径流量减少程度显著的典型支流无定河为例,采用曼-肯德尔检验法和年降水径流双累积曲线法对天然径流量系列一致性进行判别,采用降水径流相关法开展现状下垫面条件下的一致修正,修正结果表明,白家川断面现状下垫面条件下多年平均天然径流量为 9.58 亿m3,较第二次全国水资源调查评价(简称"二调")成果减少 1.93 亿m3,减少幅度为 16.8%.将上述方法推广至黄河流域,分析得出黄河流域现状下垫面条件下天然径流量为 490 亿m3,较天然时期下垫面条件下 580 亿m3减少了15.5%,较"二调"下垫面条件下 534.8 亿m3减少了 8.4%.
林冠对降雨雨滴的汇聚与分散影响林下雨滴的质量和动能.定义一个新的指标"雨滴聚散比"来描述林冠对雨滴汇聚能力的大小,通过量化有多少个林外小雨滴汇聚成 1 个林内大雨滴来研究不同降雨强度和降雨量条件下,北京西山林场样地林冠对雨滴的汇聚作用.研究结果表明:降雨出现在侧柏林时,林内穿透雨量占林外总降雨量的比例最大,其次为林冠截留量,最后为树干茎流量.小径级雨滴(＜1 mm)对林内外降雨量的贡献率始终最大,大径级雨滴(＞3 mm)对林内外降雨强度的贡献率始终最低.雨滴聚散比曲线在不同雨强条件下呈单峰变化趋势,在不同雨量条件下则呈双峰变化趋势.在雨强为 2.20 mm/h时,雨滴聚散比为9,即林外 9 个小雨滴转化为 1 个林内大雨滴.北京北部山区侧柏林冠对降雨雨滴主要起汇聚作用,其汇聚能力大小随降雨强度呈单峰变化趋势,随降雨量呈双峰变化趋势.
作为汽车承载基体,车架在装载、运输和卸载等过程中承担主要载荷,车架的质量对整车的使用寿命有着直接的影响.因此,车架必须具备足够刚度,以确保在装袋机行驶过程中各部件之间的相对位置保持不变,且尽量减少车身变形;同时,车架还应具有足够强度以确保其可靠性和使用寿命.采用有限元分析方法分析了车架受力情况,主要对车架在静态弯曲、扭转工况下进行了研究,并对车架进行动态模态分析,从而校核计算车架的刚度、强度;最终建立了防汛抢险装袋机车架的多目标优化数学模型,并对其进行优化设计,以确保机器在满足使用需求的同时具有最佳的效率和性能.通过优化设计,在确保车架强度、刚度满足要求的前提下,能够有效地减少车架的质量.
人类活动造成的用地类型变更影响区域生境质量.采用InVEST模型对河南省前坪水库建设前后库区生境质量进行评估,并结合CA-Markov模型对研究区2025 年、2035 年生境质量状况进行模拟和预测.结果表明:耕地、林地、草地为前坪水库库区主要用地类型,占比为 90%左右;2000-2020 年耕地面积萎缩,水域 20a内涨幅高达 116.94%;研究区生境质量平均值由 2000 年的0.550 595增大为 2015 年的0.557 727,但在2020 年下降为0.556 880,表明前坪水库建设前库区生境质量整体呈上升趋势,建设后生境质量下降;2020-2035 年研究区土地利用和生境质量演变趋势与 2000-2020 年的基本一致,耕地削减速率减小,建设用地扩张速率明显减缓,生境质量整体仍呈略微下降趋势.
为探究黄河流域碳排放状况及实现"双碳"目标的路径,并为制定黄河流域碳减排策略等提供参考,通过探究 1997-2019年黄河流域九省(区)逐年碳排放量的空间分异格局,判定碳排放趋势及碳达峰状态,并对黄河流域碳排放主要驱动因素进行分析.结果表明:1)1997-2019 年黄河流域碳排放量多年平均值为 23.61 亿t,从各省(区)碳排放量看,山东、河南、内蒙古、山西排放量较大(占比合计达 72.95%),四川、陕西、甘肃、宁夏、青海排放量相对较小(占比合计为 27.05%);2)研究期黄河流域碳排放量经历了无增长、快速增长、缓慢增长 3 个阶段,2012 年以后增长速率降低,但尚未实现碳达峰;3)黄河流域九省(区)碳排放量变化态势在2011 年以前类似,在 2012 年及以后出现分化,甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西、山东碳排放量在高位徘徊,四川、河南分别于 2013年、2011 年碳达峰,青海碳排放量于 2016 年达到最大值后呈下降态势但仍属未达峰状态;4)黄河流域碳排放的主要碳源是煤炭消耗,其占比达 79.93%,除宁夏和山东外其他 7 个省(区)源于煤炭消耗的碳排放量占比呈现下降趋势,其中四川、青海、河南下降率较高;5)经济发展是黄河流域碳排放的主要驱动力,能源结构改善、能源消费强度降低、能源利用效率提高是黄河流域碳减排的重要途径.黄河流域各省(区)"双碳"目标的实现路径因其自然禀赋、资源状况、经济发展水平及对能源的依赖程度等差别较大而具有差异性.
黄河哺育了中华民族亿万儿女,也孕育了黄河文明. 近年来,我国提出了建设文化强国战略,黄河文化作为中华传统文化的重要组成部分,其艺术价值极高,挖掘其艺术价值有助于人们感受黄河文化的艺术底蕴与文化内涵,进一步传承与弘扬历史文脉,进而帮助国人树立文化自信,助力中华民族的伟大复兴. 《黄河文化》深刻阐述了孕育黄河文明的自然条件、地理特点,并进行了文化溯源,向读者展示了黄河文明形成与发展的全过程,有利于读者深入了解黄河的文化内涵、探寻黄河文化的艺术价值与传承路径.
《水利水能规划——水资源规划及利用》一书详细介绍了水资源的综合利用,重点说明了水库兴利调节、调洪计算、水能计算以及水电站和水库主要参数选择的原理和方法,为水利工程相关技术人员进行水资源的合理规划与配置提供了指导.
早在 20 世纪 70 年代黄河上游实测输沙量就开始大幅减少,其中黄河下河沿站 1970-1999 年和 2000-2022 年年均输沙量分别较天然时期减少 50%、76%,但迄今有关该区沙量锐减的研究极少.以黄河李家峡大坝至青铜峡区间的黄土高原为重点,分析了该区水沙和有效降雨变化情况、水库和淤地坝在不同时期的拦沙作用,还原了 1960 年以来流域实际产沙量,研究了梯田和植被变化情况,计算了现状下垫面在设计降雨情景下的产沙量.研究结果表明:20 世纪后期水库拦沙是研究区输沙量大幅减少的主要原因,2000 年以来梯田建设和植被改善逐渐成为主要减沙因素、水库拦沙次之;基于 2021 年下垫面推算的下河沿以上产沙能力为5 800万～6 600 万t/a、较天然时期降低约 62%,清水河流域产沙能力为1 920 万～2 743 万t/a、较天然时期降低约53%;未来植被改善潜力很小,新建梯田仅可弥补老旧梯田田埂损毁的负面影响,因此产沙能力进一步降低的潜力极小.
银川市外滩区域属黄河宁夏段的游荡型河段,河道右岸设置格宾石笼用于保护外滩景区,但石笼断裂加速了水下根石的侵蚀.为研究该河段岸坡失稳后的河势发展,对布设护岸工程后的脆弱区河岸变形情况进行监测,利用"河猫"系统等仪器对 24 个预设典型横断面的水动力学要素进行实测,并采用地形断面法进行河道冲淤分析.结果表明:在研究时段内,河道水下地形左低右高,右岸受护岸作用保护,岸线基本稳定,近岸处河床淤积;左岸岸线及主流线不断左移且摆动剧烈,左岸冲刷严重,发生崩岸现象;沿程断面形态由W形演变为V形;河段横断面流场基本朝向左岸,未形成螺旋运动;河道在 10 个月的时间内总淤积量为 5.694 0万m3,平均淤积厚度为 1.20 m.因此,护岸的水下根石可以有效阻止河岸的冲刷下切,但在一定程度上会造成淤积,应做好排淤工作.
黄河流域是我国最早孕育文明的地区,在漫长的中华民族发展史中,黄河不仅为中华民族繁衍生息提供了物质基础,也逐渐成为激励中华儿女不断前行、自强不息的精神力量. 当今时代,国家大力发展文化事业,高度重视传统文化在实现中华民族伟大复兴过程中的重要作用. 因此,蕴含几千年历史的黄河文化,理应成为国家文化事业发展的重要内容,了解黄河文化的精神内涵意义重大. 高等教育作为我国教育的最高层次,在中华民族的伟大复兴中扮演着重要的角色,是研究与传承黄河文化精神内涵的重要阵地.
为解决高海拔高土石坝工程施工过程复杂、施工周期长等因素引起的施工进度和质量管控难题,采用数字孪生理论与技术体系建立高土石坝工程数字孪生模型,模型包括基于三维GIS和BIM融合技术建立的表达工程施工动态过程的虚拟模型、基于循环仿真网络和贝叶斯修正技术建立的反馈优化施工方案的进度分析模型、基于物联网和大坝填筑全流程跟踪管理模型建立的大坝填筑质量跟踪和管控模型.以西南某高海拔地区高心墙土石坝工程为例,对高土石坝工程数字孪生模型开展工程应用.实践表明:建立的高土石坝工程数字孪生模型可实现高土石坝工程所在地区地形地貌和工程施工进度面貌的三维动态展示,快速追溯出现质量问题的工程部位的施工过程,同时借助现场GPS监测和移动端输入等信息采集手段实现平台虚拟模型与现场工程实体模型的双向联动.
基于 1990-2020 年青海省 4 期土地利用数据,构建"三生"空间分类体系,探究青海省"三生"空间格局演化及影响因素.结果表明:1990-2020 年青海省各空间类型间均发生不同程度的转化,2010-2020 年整体表现为潜在空间转向生产-生态空间和生态空间、生产-生态空间与生态空间之间相互转移的特征,高程与坡度对空间类型分布影响较大;2020 年青海省生产-生态空间面积占全省面积比例最高,面积为 408 011.90 km2,而生产-生活空间面积仅为 1 769.47 km2;30 a间青海省"三生"空间景观格局破碎化、复杂化的趋势有所减缓,异质性降低、连通性升高;经济规模、城镇化水平、交通条件、碳排放强度是青海省"三生"空间格局的主要影响因子.
为确定复阻抗法测量土壤密度及含水率标定试验的影响因素及合理参数,采用室内试验与现场验证相结合的方法进行研究.通过配置多组干密度及质量含水率的土样样本,并选取不同样本数量及样本组合方式,构建土样干密度—复阻抗、体积含水率—电容电阻比的标定关系.结果表明:选取合理的土样干密度与质量含水率范围、样本数量能够显著提高标定关系的拟合程度,而样本组合方式影响相对较小.此外,基于上述试验得到的标定关系应用于工程现场测试的结果准确程度较高,验证了上述参数的合理性.
为明晰河南省卫河流域蓄滞洪区水资源供需情势,构建最小二乘法与灰色预测模型相结合的组合模型,预测 2025 年、2035年该区域的需水量与供水量,并对其开展供需平衡分析.结果表明:河南省卫河流域蓄滞洪区2025 年50%、75%保证率的农业需水量占比分别为 68%、73%,2035 年 50%、75%保证率的农业需水量占比分别为 61%、67%,农业需水量在总需水量中占比较大;2025年、2035 年研究区均处于缺水状态.建议研究区落实最严格水资源管理制度,合理利用南水北调水,加强雨洪水资源利用,逐步改善水资源供需不平衡状态.
浅水方程的求解难点在于存在间断问题.研究具有高分辨率且对间断有效模拟能力强的求解方法,对提高方程求解精度具有重大意义.以WENO差分格式为基础,对全局光滑因子进行拆分和泰勒级数展开,并引入调节耗散性的参数p,建立了求解浅水方程组的三阶WENO新格式.通过数值模拟验证表明,所建立的新格式的优势主要是在函数的极值点处可以保持三阶精度且捕捉间断的能力强;通过增大间断模板分配权重,可以降低数值耗散、提高对间断点的分辨率;修改带源项浅水方程的动量项,重构源项后浅水方程能够满足静水条件下的和谐性.
黄河水在山前河道渗漏补给地下水过程中,水和悬浮泥沙的运动特征与在平原河道显著不同.以济南市黄河流域玉符河回灌补源工程为背景,设计二维砂槽试验模拟黄河水流经由砂卵砾石和灰岩组成的强渗漏带河床处时地表和地下径流的变化规律以及悬浮泥沙的迁移特征.结果表明:流经强渗漏带的黄河水转化为地表水、浅层孔隙水和深层岩溶水 3 部分;仅岩溶水是有效补给,转化效率为 60%～70%,悬浮颗粒物的存在使补给效率降低 21～37 个百分点;地表水和孔隙水受河床坡度和强渗漏带河床结构的影响流向下游;黄河水中 96%的悬浮泥沙被砂槽滤除,砂槽的表层和浅层泥沙沉积最严重;橡胶坝可促进高流速地表水向低流速孔隙水转化,但会加重泥沙在砂槽内沉积.
针对现行《水工混凝土结构设计规范》(DL/T 5057-2009)短期刚度公式背景资料钢筋强度较低的问题,进行了 10 根配置HRB400 钢筋的混凝土简支梁受弯试验,试验量测了梁在每级荷载下的跨中挠度,分析了跨中挠度随荷载的变化规律,对试验梁在(0.5～0.7)Mu荷载下跨中挠度实测值与水工规范计算值进行了对比.结果表明:跨中挠度随荷载的变化与普通钢筋混凝土梁基本一致,荷载-挠度曲线分为裂缝出现前、裂缝出现后和钢筋屈服后 3 个阶段;跨中挠度实测值比水工规范计算值偏大;对本文试验使用荷载下 24 个挠度实测值和收集整理的其他研究者简支梁受弯试验 95 个挠度实测值的统计分析表明,高强钢筋混凝土梁短期刚度与αEρ为线性关系,根据本文试验数据采用线性模型对水工钢筋混凝土规范的短期刚度公式有关系数进行了修正,其结果与实测挠度符合良好.
为降低青藏高原山地河谷区突发性暴雨引发的山洪泥石流灾害带来的影响及损失,基于灾害系统理论,从致灾因子、承灾体与孕灾环境三个维度分析大通"8·17"山洪灾害的成因,结果表明:1)从致灾因子来看,灾害由成灾当日及 3d前两次极端降水引发,前期极端降水时地表土壤吸收了一定量的水分,使得当日极端降水易于形成超渗产流,在地表快速汇流成灾.2)从承灾体来看,灾害发生时,人口、建筑、牲畜以及耕地等各类承灾体在河流出洪口高度集中,砖混结构的建筑和简易搭建的棚圈对于山洪、泥石流的承受能力十分有限,同时灾区的耕地广布于河流下游宽广谷地,山洪挟带大量泥沙运移至下游时造成漫灌,使得九成以上的耕地绝收.3)从自然孕灾环境来看,V形河谷陡坡和黄土的"气阻效应"使得地表超渗产流迅速成洪,上游的多条支沟汇水使得山洪流量陡增,而沿程河流比降大、产生的重力势能又为山洪的运移提供了足够的动力,因此在当地形成了汇流速度快、成洪流量大、运移冲击力强的罕见山洪;从社会孕灾环境来看,主要是生产、生活场所选址不合理,增加了本可避免的灾害损失.据此为青藏高原河谷区山洪灾害的预防与应急响应提出了建议.
淤地坝是黄土高原水土流失严重地区的主要水土保持工程措施之一,准确计算淤地坝的拦沙量,对预测未来黄河输沙量、确定新时期黄河治理开发方略等具有重要意义.为探索更精确、实用的淤地坝拦沙量计算方法,基于收集到的典型淤地坝设计文件中的库容曲线数据和实测淤积资料等,通过点绘淤地坝库容曲线(即库容V与坝高H关系曲线)和函数拟合,分区(黄土丘陵沟壑区各副区和黄土高塬沟壑区)建立了基于坝前淤积厚度的拦沙量计算公式.研究表明:黄土高原地区淤地坝库容曲线符合幂函数关系,对 35 座典型淤地坝按幂函数V=aHb进行拟合,确定系数R2均在0.940 0 以上,式中系数a与指数b成负相关的对数函数关系且a、b值可由淤地坝总坝高、总库容来确定;分区建立的淤地坝拦沙量计算公式,确定系数R2均在 0.880 0 及以上,用 20 座有设计资料的淤地坝对建立的拦沙量计算公式进行验证,最大误差在 30%以内、平均误差为 4.22%,能够满足淤地坝拦沙量估算的精度要求.
