华北水利水电大学学报(自然科学版)

Journal of North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power

干旱专题

  • 基于WHMLUCC水文模型的非一致性干旱频率计算方法(Ⅰ):原理与方法

    谢平;李析男;陈丽;雷旭;顾海挺;

    由于全球气候变暖、大规模人类活动等变化环境的影响,改变了干旱的成因和统计分布规律,造成干旱频率增加、重现期缩小,使得干旱序列失去了一致性。本文针对变化环境下形成的非一致性干旱问题,结合考虑土地利用/覆被变化的流域水文模型WHMLUCC,提出基于WHMLUCC模型的非一致性干旱频率计算方法,并从成因途径推求不同情景变化环境下的干旱频率分布规律,为流域干旱预测和干旱规划提供理论方法和科学依据。

    2016年01期 v.37;No.144 1-5页 [查看摘要][在线阅读][下载 733K]
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  • 典型干旱指标在海河流域的适用性评价

    韩宇平;马海娇;严登华;

    海河流域属温带半湿润、半干旱大陆性季风气候区。近年来,随着气候变化和人类活动的影响加剧,干旱灾害已经成为严重制约海河流域社会经济发展的主要因素之一。本文在国内外干旱指标研究的基础上,从气象和综合干旱指标中选取具有典型性且在我国应用广泛的降水量距平百分率、降水Z指数和帕默尔干旱指数(PDSI),综合参考海河流域历史资料,选取1965、1972、1999、1980—1982年作为典型旱灾年,将其史料记载与基于降水距平百分率、降水Z指数和帕默尔干旱指数的海河流域春、夏、秋3季逐月干旱评价结果进行对比分析。结果表明,3种干旱指标中帕默尔干旱指数与典型旱灾年都能很好地吻合。另外,选取典型研究区(北京市),对比分析3种干旱指标评价结果与北京市历史旱灾情况的吻合度,进一步验证了帕默尔干旱指数评价结果的适用性。

    2016年01期 v.37;No.144 6-14页 [查看摘要][在线阅读][下载 7542K]
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  • 基于马尔科夫过程的珠江流域干旱特征研究

    肖名忠;张强;孔冬冬;张正浩;

    对干旱转移概率的有效把握是干旱预报的关键,进而能够用于减轻干旱危害。基于此,根据Copula函数导出了马尔科夫链的转移概率矩阵。将干旱分为了6种状态,干旱事件和干旱状态不同,当干旱事件的严重程度不小于某一干旱状态时,在本文中就被定义为具有该严重程度的干旱事件。为了研究珠江流域的干旱特征,对某一严重程度干旱事件的平均历时、从任一干旱状态到没有干旱状态的平均首达时间、以及从没有干旱状态到某一严重干旱事件的平均首达时间进行了分析。研究结果表明:1非常极端干旱事件持续约1.5个月,轻微干旱事件持续约3个月;2从非常极端干旱状态恢复到没有干旱状态需要约3.5个月,从轻微干旱状态恢复到无旱情需要约1.7个月的时间;3一般来说,珠江流域平均0.5 a中有一次中等干旱事件,1 a中有一次严重干旱事件,1.5 a中有一次极端干旱事件,以及3.5 a中有一次非常极端干旱事件。此外,研究结果还表明,珠江流域东南部地区干旱风险较高,而该地区人口稠密、经济发达,特别是其中的珠三角地区,因而需要特别重视干旱风险。同时,珠江流域西部地区也是干旱风险较高的区域。

    2016年01期 v.37;No.144 15-23页 [查看摘要][在线阅读][下载 1757K]
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  • 衡阳盆地气象干旱频率的时空演变特征

    刘兰芳;陈涛;肖志成;周松秀;邓美容;谭青山;

    利用衡阳盆地7个气象站1960—2013年的气温、降水等数据,应用趋势分析法、Mann-Kendall检验与ArcGIS技术研究了衡阳盆地气象干旱频率的时空演变特征。结果表明:衡阳盆地54 a的干旱频率呈缓慢增加趋势,年增幅为0.099 7%,其中轻旱与中旱频率呈缓慢降低趋势,而重旱与特旱频率明显上升;衡阳盆地气象干旱以秋季干旱的频率最大,为40.26%,春季干旱发生的可能性最小,其频率仅为9.84%;盆地中部的衡南县、西部的祁东县及西北部的衡阳县属于气象干旱高危险区,盆地北部的衡山县、东北部的衡东县、南部的常宁市与东南部的耒阳市为气象干旱的低危险区。该研究得出的气象干旱的时空规律与农业旱情的时空特征有较好的吻合性,因此,利用综合气象干旱指数诊断干旱等级对农业防旱抗旱有一定的指导意义。

    2016年01期 v.37;No.144 24-28页 [查看摘要][在线阅读][下载 761K]
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  • 基于可变模糊评价法的辽西北地区干旱分区研究

    曹永强;邵文婷;张亮亮;郭明;

    选用辽西北地区1970—2014年14个气象站和水文观测站的数据以及历史资料信息,基于可变模糊评价法,通过变换参数模型准确、客观地反映自然因素引起的干旱事件,并通过对干旱事件时空变化特征的分析对该区旱情进行区域划分。结果表明:时间上,辽西北地区旱情整体呈现上升趋势,2000—2003年干旱集中发生且程度较重,2000年接近特大干旱,锦州市和葫芦岛市干旱情况整体趋于平稳,阜新市的干旱情况有所改善;空间上,轻度干旱高频区位于黑山县,低频区位于绥中县和兴城县,中度干旱发生的高频区位于建平县和凌源县,低频区位于锦州市;重度干旱集中在朝阳市。分区结果显示,辽西北地区干旱可以划分为4个区域,分别为重旱区、中度旱区、介于轻旱与中旱区、轻旱或不旱区。

    2016年01期 v.37;No.144 29-34页 [查看摘要][在线阅读][下载 944K]
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治河与防洪

  • 河道滩区风机群对漫滩洪水影响的数值模拟研究

    孙东坡;马腾飞;

    对于河道宽滩区修建的风电场工程,其风机塔筒群的阻水作用可能会对所在河段的洪水演进及河势稳定有所影响,必须予以了解和评估。本文基于MIKE21软件,建立了某风电场所在河段的二维平面水动力数学模型,并对模型进行了验证。在验证洪水条件下,特征断面模拟水位与设计水位的相对误差均小于1%,表明模型阻力参数设置比较可靠。对风电场所在滩区的水流阻力进行了概化处理,然后运用模型开展了风电场工程建设前、后两种条件下设计特征洪水的数值模拟,得到了该河段在设计特征洪水演进过程中的水深、流速等数据。通过对比分析工程壅水及主流线位置变化可知,该滩区风机塔筒群引起的工程壅水较低、流速变化较小、主流线位置变化不大,不会引起该河段河势的明显变化。研究成果对滩区风电场工程规划设计具有一定的参考价值。

    2016年01期 v.37;No.144 35-39页 [查看摘要][在线阅读][下载 834K]
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  • 小浪底水库坝区动床模型选沙与验证试验研究

    张羽;邢晨雄;

    小浪底水利枢纽自投入运行以来,由于受泥沙淤积的影响,出现了枢纽进水口淤堵、闸门启闭困难等问题,亟需通过模型试验来研究不同水沙条件、不同运行调度条件下坝区泥沙的淤积状况。本文运用实体模型,根据重力相似条件及阻力相似条件,结合模型沙的选择对坝区模型进行了验证。结果表明,以201×7阴离子交换树脂粉作为模型沙可满足起动和沉降相似条件,模型比尺设计也满足相似性及精度的要求,可以进行后续试验研究,并为小浪底水利枢纽进水塔群前防淤堵研究提供依据。

    2016年01期 v.37;No.144 40-44页 [查看摘要][在线阅读][下载 539K]
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  • 基于灰关联的黄河冰凌灾害风险评估研究

    罗党;吴佳林;陈晓蒙;

    考虑到黄河水文信息的灰色特性和评估者的心理行为,提出了一种基于后悔理论的灰关联评估方法,并将其应用于黄河巴彦高勒、三湖河口和头道拐3个河段的冰塞灾害风险评估中。首先定义了欣喜-后悔值函数,并计算各河段的欣喜-后悔值;然后以欣喜-后悔值最大原则建立优化模型,得到属性权重向量;最后以各河段的欣喜-后悔值大小进行排序。结果表明,三湖河口最易发生冰塞,巴彦高勒、头道拐次之,这个排序结果可为黄河防凌提供借鉴。

    2016年01期 v.37;No.144 45-49页 [查看摘要][在线阅读][下载 139K]
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水工结构与材料

  • 前坪水库坝壳砂砾料工程特性试验研究

    李永新;鲁琴;孙培欣;

    以前坪水库西沟—鸭兰沟砂砾石料场为例,在试验代表性级配和控制干密度的条件下,通过大型压缩试验、三轴压缩试验、渗透试验分析了坝壳砂砾石料的变形、强度、渗透特性。试验结果表明:砂砾石料具有低压缩性,饱和固结排水剪与非饱和不固结不排水剪的应力-应变关系均呈应变硬化型,曲线形状比较接近双曲线,无明显剪胀现象;三轴压缩试验过程中的颗粒破碎较为明显,颗粒级配越粗,颗粒破碎率越大,颗粒破碎越明显;坝壳砂砾料的级配宽度不大,各级配砂砾料渗透破坏形式为管涌破坏,渗透系数差异不大,均表现出强透水特性。依托试验研究成果提出了适用于大坝应力-应变分析计算的邓肯-张模型参数和物理力学指标,为坝体设计和稳定性分析提供重要的参考依据,为火成岩地区地质环境条件类似的工程提供借鉴。

    2016年01期 v.37;No.144 50-54页 [查看摘要][在线阅读][下载 513K]
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  • 钢筋混凝土牛腿拉压杆模型受剪承载力分析

    解伟;王小兵;李树山;李红梅;梅芃;

    根据塑性下限原理,拉压杆模型只需满足平衡条件和屈服准则,因此多用于结构截面应变呈非线性分布的情形。本文介绍了利用拉压杆模型进行混凝土结构"D"区承载力设计的原理,对比分析了欧洲规范EN 1992-1-1和美国规范ACI 318-11及我国现行规范中关于拉压杆模型的计算方法。结合试验实例,利用拉压杆模型进行了钢筋混凝土牛腿的受剪承载力计算和分析,该方法的计算结果与试验结果的符合性较好。

    2016年01期 v.37;No.144 55-59页 [查看摘要][在线阅读][下载 323K]
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  • 弗里敦东线道路改扩建设计关键方案研究

    殷爱国;刘建伟;何健;刘明辉;

    基于既有路的改扩建是现阶段非洲地区诸多国家完善路网结构、提升道路等级、强化道路功能的主要方式。通过对塞拉利昂首都弗里敦东线道路61.8 km沿线特点和控制条件的分析,综合考虑工程造价、沿线地质地形、房屋拆迁、老路利用等复杂因素,应用不同专业规范,拟定了总体设计方案,提出合理可行的道路加宽原则、平纵线形拟合与优化、路基路面搭接处理、桥涵改建以及分离式路基中央分隔带排水设计等关键设计方案,并对服务水平、交通安全、生态环保进行了统筹考虑。该文所取得的成果对国内外类似工程项目具有借鉴意义。

    2016年01期 v.37;No.144 60-63页 [查看摘要][在线阅读][下载 292K]
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  • 郑州饱和粉土动剪切模量的试验研究

    黄志全;郭芳洁;贾景超;吴超;张振华;

    土的动剪切模量是土动力特性非常重要的参数,动剪切模量与剪应变的关系是研究土动力特性规律的必不可少的内容之一。动剪切模量和动剪应变的关系模型可以用来描述土的动应力-动应变关系。试验选取郑州市粉土作为试验土样,并制备重塑土样,在不排水条件下使用GDS共振柱仪对饱和粉土进行动力试验,测得土样在10-6~10-3小应变范围内的动剪切模量与动剪应变。进而选用H-D模型和Davidenkov模型,对试验数据进行拟合回归分析,结果表明,Davidenkov模型能更好地描述郑州饱和粉土的动剪切模量比(G/Gmax)与动剪应变(γ)的关系。该研究可为粉土动力模型的选取和地震分析提供一定的参考依据。

    2016年01期 v.37;No.144 64-68页 [查看摘要][在线阅读][下载 597K]
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  • 软弱围岩隧道变形破坏机制及处治措施

    陶云平;

    为深入研究软弱围岩隧道产生变形破坏的机制及其处治措施,选取四方山隧道为工程实例,分析其产生局部掉块、拱架剪切变形、塌方等病害的特征。在此基础上研究了该隧道产生变形破坏的机制,从而有针对性地提出了相应的处治措施,并利用数值模拟手段对处治效果进行了全面评价。研究结果表明:1四方山隧道产生变形破坏的主要原因在于其受到水平岩层、地应力、地表防排水、人为因素等的影响;2采取加强初期支护及基底锚注加固措施后,该隧道水平、竖向位移得到有效控制,软弱破碎围岩中的节理、裂隙减少,避免了地下水渗入而引起的基底围岩膨胀;3处治后,隧道初期支护结构的水平位移大幅下降,围岩塑性区范围减小,竖向位移大幅降低,隧道处于稳定状态,塌方变形处治效果良好。

    2016年01期 v.37;No.144 69-72页 [查看摘要][在线阅读][下载 645K]
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  • 河口村水库坝肩灰岩力学特性试验研究

    刘海宁;张亚峰;

    从河口村水库坝肩取样制备完整的和含裂隙的灰岩试样,利用TAW-2000岩石三轴仪对制备的岩样进行不同围压下的岩石三轴压缩试验,得到了完整和裂隙灰岩在不同围压下的应力-应变曲线及其变形、强度和破裂特性规律。试验中,裂隙面与最大主应力夹角为0°~80°,围压为5~15 MPa。试验结果表明:完整灰岩的峰值强度和变形模量随围压的增大而增大,并且呈线性关系;裂隙灰岩在三轴压缩下有两种破坏形态,分别为穿裂隙面破坏和沿裂隙面滑移破坏;裂隙灰岩的强度和变形特性及破坏特征受裂隙面倾角θ的影响很大,当θ>60°时,沿裂隙面滑移破坏,当θ≤60°时,穿裂隙面破坏;其中穿裂隙面破坏的灰岩与完整灰岩均为岩体材料的破坏,并且与完整灰岩的破坏形态和强度变形特征相似。

    2016年01期 v.37;No.144 73-77页 [查看摘要][在线阅读][下载 597K]
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水电站设备

  • 基于超声波测流法的HLA855a-LJ-310型水轮机效率试验

    冯雁敏;常洪军;张恩博;

    水轮机效率特性是评价水轮机性能的一个重要指标,是进行机组间负荷优化分配的依据,故对水轮发电机组进行原型水轮机效率特性试验具有十分重要的意义。在试验机组投入商业运行前,应用超声波测流法对HLA855a-LJ-310型水轮机进行了现场效率试验。介绍了试验设备和计算机测试系统的配置,阐述了工况参数的计算方法,根据试验测试结果计算出试验水头下水轮机的效率特性及其耗水率特性,分析了引水水头损失与流量平方之间的关系,根据计算和分析结果修正了水轮机生产厂家给定的蜗壳压差流量系数。在对试验数据的分析计算中发现,超声波测流法的实时性好,操作简单。分析和计算结果表明,试验水头下水轮机效率和最大出力可以满足技术协议保证值的要求,但其他水头下的特性曲线还有待进一步的试验分析。

    2016年01期 v.37;No.144 78-83页 [查看摘要][在线阅读][下载 561K]
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水环境

  • 中牟县地下水生态水位研究

    陈南祥;杨杰;屈吉鸿;

    地下水位是生态控制性因素之一。根据中牟县地下水位、蒸发、土壤、土地利用等资料,采用动态资料相关法计算地下水生态水位下限值;根据各类土壤质地的毛细水上升高度实测结果,结合植被根系层厚度,通过对两者求和计算地下水生态水位上限值。经分析计算,研究区地下水生态水位下限值为4.00~13.00 m,上限值为1.30~4.50 m。通过所给出的地下水生态水位上、下限阈值对地下水位进行调控,既能防止土壤干燥、植被退化,又能维持植被(或作物)正常生长的需要、防止土壤盐渍化。研究得到的地下水生态水位上、下限值的空间分布可为区域地下水管理和调控提供依据。

    2016年01期 v.37;No.144 84-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 976K]
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  • 基于TCS3200D型传感器的色度分析仪的设计与实现

    王亭岭;王宽方;

    针对突发性水污染事件和非常态化下监测水质的需求,研制出了新颖的以智能色阶自动辨识系统为核心的多参数便携式色度分析仪,实现水源中待测物含量的快速、原地、定量测定及测试信息的实时无线远程传输。该分析仪以32位ARM Cortex-M3内核的微控制器STM32F107为系统控制核心,颜色传感器选用高分辨率数字式TCS3200D彩色光/频率转换器,并加入闭环反馈调节系统,同时整合北斗定位、GPRS短信服务功能和USB OTG主从功能。另外,μC/OS-Ⅱ在STM32F107上的移植减少了水质监测仪的运行时间,水质监测仪中多任务的调度也得到了合理高效的分配。测试结果安全稳定,可靠性强。该分析仪为市场提供了一种新颖、高效、廉价的水质分析仪器。

    2016年01期 v.37;No.144 89-92页 [查看摘要][在线阅读][下载 366K]
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