太湖流域河网水流运动模拟研究

本文在以往研究的基础上,利用距离提取陆域宽度,采用最短路径法,考虑河道过水面积、流量模数等因素,对陆域面上的调蓄作用进行相似模拟.为减少计算工作量,避免受计算机容量、计算工作量及资料的限制,对天然河网湖泊进行合并及概化,考虑区域工程情况及其运行方式以及破圩后的水流情况,建立了河网水流运动模型,在太湖流域防洪调度中得到了应用.     

人工阶梯-深潭破坏案例与稳定性分析

通过2006—2010年4个修建人工阶梯-深潭系统的治理山区河流案例,总结其治理效果和最终破坏原因.以单个阶梯为分析对象,给出其受力表达式,建立单个阶梯-深潭的简化稳定性模型,进而分析来流量和冲刷角变化对其稳定性的影响.单个阶梯的稳定性取决于关键石块粒径、河道坡降、流量和冲刷角.洪水期的洪峰流量和阶梯下游冲刷是阶梯破坏的主要原因,上游来流量增加和冲刷角越大,阶梯越易发生破坏.人工阶梯-深潭系统在洪水期的稳定性是其发挥长期治理效果的关键.     

软岩流变相似材料的研制及物理模型试验应用

目前能合理模拟软岩流变效应的相似材料很少,而采用模型试验法研究软岩工程的长期流变效应也处于探索阶段。为给软岩流变模型试验提供合适的相似材料,研制出一种以铁粉、重晶石粉和石英砂为骨料,松香酒精溶液为胶结剂,液压油为黏滞剂的软岩流变相似材料。该相似材料强度低,流变性强,不仅可模拟软岩的瞬时弹塑性性质,也能较好模拟软岩的流变特性。假定骨料比例恒定,调节松香酒精溶液浓度m和液压油含量w,开展了一系列梯度配比试验。研究表明：（1）该相似材料的主要瞬时强度变形参数和西原模型流变参数均受m和w两因素的双重影响;（2）松香酒精溶液浓度越大,试样强度越大,流变性越小;（3）液压油含量越大,试样强度越小,流变性越明显;（4）相比松香酒精溶液浓度m,液压油含量w对西原模型各参数的影响更大,起主控作用。最终,将该相似材料应用于神华新街软弱砂质泥岩煤矿盾构斜井的长期流变模型试验中,试验结果表明：该材料瞬时力学性能和流变特性均达到试验要求,为试验取得良好结果提供了材料保证。     

一种底座式ADCP流量自动监测探头支撑装置的研制与应用

在流量自动监测系统中,底座式ADCP设备探头位于河底,维修极为不便。该研制装置采用304不锈钢支架配合滑轮、钢索、绞盘等手摇传动系统,将底座式ADCP设备探头从河底传送到水上岸边检修台,实现对设备探头的维护、检修、更换、安装、调试等操作,再通过该装置将底座式ADCP设备探头传送到河底原位,经十里长街等站实际应用,运行稳定可靠,运用极为方便;该装置防磁、防锈、防腐性能良好,为底座式ADCP探头提供一个很好的工作环境,且结构简单,运输方便,可作为中小河流永久流量自动监测站装置使用。     

碰撞作用下单个阶梯-深潭稳定性模型

阶梯-深潭系统是山区河流广泛分布的控制性河床结构,泥沙输移过程中大颗粒碰撞阶梯关键石块,使其发生位移,强烈影响阶梯-深潭的稳定性。以单个阶梯-深潭的关键石块为研究对象,重点考虑碰撞对阶梯-深潭的影响,量化来沙中大颗粒碰撞作用并改进稳定性理论模型,利用新模型分析阶梯-深潭的临界条件和破坏机制。来沙颗粒对关键石块的碰撞作用受自身粒径、运动速度和阶梯下游冲刷程度影响且皆为正相关关系。颗粒撞击减小阶梯失稳临界流量,且参与碰撞的石块粒径越大,减小作用越明显。当η> 0.55时（η=D₁/D,D₁为碰撞石块粒径,D为关键石块粒径）,临界流量下降幅度达到50%以上,表明来沙中卵石漂石对阶梯-深潭稳定性发挥主要影响。山区河流发生低频率洪水或滑坡泥石流,向下游河道输运大粒径石块并与阶梯碰撞,显著增大转动合力矩并降低失稳临界流量,使得单个阶梯-深潭更易达到临界条件发生破坏。     

新安江产流模型与改进的BP汇流模型耦合应用

为提高新安江模型的汇流计算精度并减少经验因素对参数率定的影响,将新安江产流模型与改进的BP汇流模型相耦合,建立XBK(XAJ-BP-KNN)模型。该模型以前期模拟流量和新安江产流模型计算的产流量作为BP网络的输入,出口断面流量作为网络输出,拟合汇流的非线性关系,代替新安江模型的分水源、线性水库及河道马斯京根法的汇流计算;采用相似原理和K-最近邻算法,基于历史样本的模拟误差及相应影响要素对网络输出进行误差修正,实现了无前期实测流量的连续模拟;模型使用SCE-UA算法与遗传早停止LM算法相结合的全局优化方法进行参数优选。在呈村流域的验证表明XBK模型的模拟精度高于新安江模型,全局优化方法能找到最优参数,降低了模型的使用难度。     

泡沫油稳定性主控因素实验研究

泡沫油在天然能量开采过程中具有"原油粘度高、生产气油比低、原油日产水平高、产量递减慢、天然能量开采采收率高"等特有的开采特征;而泡沫的稳定性是决定"泡沫油现象"存在时间长短的最关键因素。为定量描述泡沫稳定性的主控因素,自主研制了高温高压泡沫油可视化稳定性测试模型,并利用该模型开展了温度、溶解气油比、降压速度及孔隙尺寸对泡沫稳定性的单因素影响规律评价实验。实验结果表明,泡沫油中泡沫稳定存在的最高温度为60℃,最低极限原始溶解气油比为5 m3/m3,最低降压速度为0.08 MPa/min;同时发现,在越接近油藏实际孔隙尺寸的多孔介质中,泡沫的存在时间越长,表明在实际油藏天然能量开发过程中,"泡沫油现象"将会长期存在。以上认识有效地指导了MPE-3油藏天然能量开发,对于类似稠油/超稠油油藏确定合理的开发操作策略,实现经济高效开发具有重要指导意义。     

基于透明岩土材料的可视化渗流实验及其应用前景

渗流模型实验能够模拟天然岩土体中的渗流过程以及流体在介质中的运动规律,因此被广泛地应用于岩土、石油工程等多个领域的研究中.然而在传统的渗流模型实验中,由于模型介质的不透明,流体在介质中具体的渗流过程、扩散规律和赋存状态并不能被直观地观测到.因此在总结了可视化渗流实验的研究进展,归纳了现有成果取得的进展与存在的不足;提出了一种基于透明岩土相似材料,并结合光学观测手段、数字图像处理技术和示踪技术的可视化渗流实验新技术,对比分析了该技术与传统可视化渗流实验的优缺点.结果表明相较于传统渗流实验,该技术除了可以实现具体渗流过程的可视化观测外,还具有装置简单、易于操作、经济适用等方面的优点.表明利用这种材料开展渗流实验的可视化观测是可行的,为基于透明岩土材料的可视化渗流模型实验的开展奠定了理论基础.      

前置掺气坎阶梯溢洪道近壁掺气特性

为更清楚地认识前置掺气坎阶梯溢洪道近壁面沿程掺气规律,对其掺气特性进行了研究,得到了在不同坡度、单宽流量、台阶体型条件下阶梯竖直面和水平面近壁处掺气浓度沿程分布规律,并与不设前置掺气坎但设置过渡阶梯溢洪道的掺气规律进行了对比分析。研究表明:前置掺气坎式阶梯溢洪道中阶梯水平面与竖直面掺气浓度沿程的分布规律相似,受前置掺气坎的帮助,掺气浓度很高,沿程逐渐减小,达到一定距离后趋于稳定;掺气浓度随单宽流量的增大而减小,随坡度的减缓而减小;前置掺气坎克服了过渡阶梯存在前几级的底部清水区的缺陷,能够用于更大单宽流量。     

阶梯-深潭系统的水力特性

阶梯-深潭系统是山区河流中常见的河床形态,具有稳定河床和消能减灾的作用,其水力特性较为复杂。在温峡水库下游温峡河修建典型的阶梯-深潭系统开展野外实验以研究阶梯-深潭系统的水力特性。利用先进的高频声学多普勒流速仪测量阶梯-深潭系统阶梯上游、阶梯上、深潭中和沿深泓线的水力特性。实验在10 L/s、50 L/s、100 L/s、150 L/s、290 L/s 和 420 L/s 6种流量工况下进行。实验结果表明:阶梯-深潭系统流场尤其是深潭流场具有很强的三维性,阶梯上与深潭中水力特性相差很大。阶梯上沿流向的时均流速远大于横向和垂向的时均流速,三向紊动强度处在一个量级且较小。深潭中的时均流速比阶梯上小,但紊动强度远大于阶梯,紊动强度随流量变大增大。实验工况下,阶梯上的相对紊动强度在0.1左右,深潭中则最大超过8.0。随着水流从阶梯上跌入深潭,机械能大量转化为紊动能消耗。实验流量范围内,雷诺应力随流量小幅增大,深潭中的雷诺应力约为阶梯上的50倍。阶梯-深潭系统消能率在实验工况下为64%~91%。     

底摩擦重力试验在倾倒变形岩体稳定性研究中的应用

底摩擦重力试验(底摩擦试验)是利用相似理论分析原理,将研究原形按几何比例和各种物理力学参数,制作相似模型及确定相应的边界条件。然后按照相似边界条件进行加载试验,再现曾经发生过或今后将会出现的物理力学现象,进而了解其发展演化规律及其对工程的影响。澜沧江某水电站坝肩主要为典型的倾倒变形岩体,为探讨倾倒变形岩体在天然重力场条件的变形破裂发展趋势。试验采用模拟重力场条件的岩体底摩擦模型试验技术模拟分析岩体倾倒变形进一步发展演变过程及特征。     

智能动态地气采样装置研制

为了自动控制动态地气采样中的抽气流量,监测采样点的环境参数,以便对采集的地气样品的质量进行有效控制和科学评估,设计开发了一种以32位STM32F103RBT6微控制器为平台的智能动态地气采样装置.这种装置在野外工作现场可以按照所设定的流量和时间来抽取地气,能检测采样现场环境的温湿度参数,绘制动态流量曲线并显示,可以将动态流量曲线及温湿度参数存储到SD卡内.     

应用CARMA模型评价矿井疏水对泉流量的影响

受控自回归滑动平均模型是用来描述随机现象中输入与输出关系的一类线性动态模型。本文以大柳塔井田双沟泉域为例,应用该模型分别对双沟泉域在天然条件和矿井疏水条件下的泉流量进行预测,并据此评价矿井疏水对泉流量的影响。     

基于泉流量过程线的管道流与裂隙流识别

??根据岩溶含水系统的双重特性,岩溶含水系统出口处泉流量可分为三个组成部分—前期蓄水量,快速径流和慢速径流,将快速径流和慢速径流视为两线性并联水库,经过系统的调蓄作用,得到一个单位降雨脉冲下快速流和慢速流的响应函数,建立了前期降雨和瞬时单位线之间的识别函数,识别降雨在岩溶不同空隙类型中的水量分配系数。将该函数模型应用到后寨河岩溶小流域,通过参数识别,结果表明从上游到下游前期蓄水量呈现增加的趋势,而水量进入到管道中的分配系数呈现递减的趋势,说明岩溶裂隙结构越往下游越发育,这一研究结果和实际情况相符,说明该模型有一定的适应性,但由于模型假设岩溶系统是线性变化的,所以该模型不适用于大流域以及长期的泉流量预测。      

WD智能天然源面波数据采集处理系统及其应用试验

我国自主研发的WD智能天然源面波数据采集处理系统,改变了迄今为止现场仪器只采集天然微振动波形记录的现状。该系统利用大数据计算、筛选、叠加、归一化等技术,创先性研制出现场仪器在采集微震信号的同时,可直接显示勘探成果的面波频散曲线;信号采集过程中,无需震源,无需人工控制;装置系统安置在地面,10~30 min可获得上百米深度地层的面波频散曲线,得知土层软硬。在不同岩性地区的试验结果证实,该系统能快速、准确地进行地层划分,操作便捷,适应性强,为天然源面波勘探广泛应用于工程勘查提供了技术保障。     

阶梯-深潭结构对沟道稳定性的作用机制

阶梯-深潭结构是山区河流中典型的高效消能结构,以消耗水能、增加阻力的方式提升沟道稳定性。通过水槽试验模拟沟道冲刷,探究阶梯-深潭结构稳定沟道的机制及效果,为山区河流消能减灾和稳定河床提供科学和技术参考。结果表明：阶梯-深潭结构能有效消耗水流能量、抑制泥沙输移和提升水流阻力,从而有效控制河床下切和边坡破坏;在阶梯-深潭结构的作用下,沟道的Darcy-Weisbach系数约增加为无结构条件下的4倍,时均输沙率降低20%～66%,但随着流量的增大,阶梯-深潭稳定沟道的效果降低;阶梯高度与长度比(0.1)相同时,结构提升沟道稳定性的效果接近。阶梯-深潭结构自身的稳定是其稳定沟道的关键条件,实际应用过程中需防止结构发生逐级破坏。     

利用位场数据进行物性填图的阶梯算子

将阶梯算子对重磁数据进行迭代运算,用实测场的局部曲率得到一种由陡边界分隔的均匀区域组成的场。这个结果大致正比于定义在一维(剖面情况)或二维(平面情况)水平区域的物性函数。如果任意的或是以局部地质条件为根据来确定某个模型在第三(垂直)铀上的特性,那么这个结果可以推广到这种物性模型上。该阶梯算法计算速度快并且适合于数据量很大的数据组。在重磁资料都可得到的地区,阶梯算法为两种数据组可以直接进行比较提供了有效的方法。阶梯运算结果有些类似于传统的磁化率(或密度)填图。然而,和传统的磁化率填图不同,阶梯函数是一个不能用等值线来表示的真正的台阶函数。通常情况下,由物性模型计算出的磁场和重力场,要做到同实测数据完全拟合是非常困难的。阶梯图类似一张地质图,在这张图中,多个区域是被陡立边界分隔开,并且域内的细小变化忽略不计。将阶梯算子分别应用于堪萨斯东部一个136km×132km面积上的航磁和重力资料。其结果对重力和航磁提供了一个合理的可靠物理图象。将两种数据结果重迭,看出有许多地区同已知的地下前寒武结晶基底的地质特征相符合。显示出的基底地质图比从狭小钻孔得到的资料或从地球物理数据直观解释得到的解要好得多。     

基于机器学习的水位流量关系模型参数估计

为了克服经典水位流量关系模型在刻画河流动态变化特性时所存在的局限性,提出采用局部加权回归算法估计模型参数;为了提高参数估计精度以及流量的计算效率,提出一种聚类树加权回归方法.首先对训练样本进行聚类,然后使用k-最近邻方法将新的水位样本划分进最恰当的聚类中,最后估计河流日流量.该方法在估计过程中,避免了不相关信息的干扰,从而提高了日流量数据估计的效率和精度.利用某水文站的实测数据对方法进行测试,仿真结果表明,方法估计精度高,为水位流量关系模型参数估计提供了新的有效方法.     

RG-30型雷达波流速仪在后峡水文站适用性分析

雷达波流速仪作为一种非接触式流量测试仪,具有操作简单,使用灵活,测试精度高的特点.非常适合在野外水电项目和水文站水文测试中使用.以乌鲁木齐河上游后峡水文站的出水试验为例,分析了使用RG-30雷达波流速仪计算断面流量的过程.在将雷达波流速仪测得流量与传统铅鱼测量值进行相关分析比较后表明,采用带截距的回归方程进行计算和研究...     

不同充填度下岩体剪切−渗流耦合试验研究

利用自主研发的煤岩剪切?渗流耦合试验装置,开展不同充填度下含结构面砂岩相似材料剪切?渗流耦合特性试验研究。结果表明：（1）在恒定水压情况下,充填度越大,相似材料的峰值剪应力越小,法向位移越大且发生剪缩现象,一定充填度范围内流量峰值也越大;（2）剪切过程中流量变化主要受充填物中产生的裂隙控制,剪切位移越大,裂隙越发育,流量越大。法向位移对流量变化有一定影响,但随着充填度的增大,影响越来越小;（3）随充填度的增加,充填物的破碎程度逐渐增大。充填度较小时,其主要受到裂隙开度的控制;充填度较大时,主要受法向力影响。由于渗透水的软化作用,结构面的磨损程度逐渐减小。