Late Holocene flood magnitudes in the Lower Rhine river valley and upper delta resolved by a two-dimensional hydraulic modelling approach

Palaeoflood hydraulic modelling is essential for quantifying ‘millennial flood’ events not covered in the instrumental record. Palaeoflood modelling research has largely focused on one-dimensional analysis for geomorphologically stable fluvial settings because two-dimensional analysis for dynamic alluvial settings is time consuming and requires a detailed representation of the past landscape. In this study, we make the step to spatially continuous palaeoflood modelling for a large and dynamic lowland area. We applied advanced hydraulic model simulations (1D–2D coupled set-up in HEC-RAS with 950 channel sections and 108 × 10³ floodplain grid cells) to quantify the extent and magnitude of past floods in the Lower Rhine river valley and upper delta. As input, we used a high-resolution terrain reconstruction (palaeo-DEM) of the area in early mediaeval times, complemented with hydraulic roughness values. After conducting a series of model runs with increasing discharge magnitudes at the upstream boundary, we compared the simulated flood water levels with an inventory of exceeded and non-exceeded elevations extracted from various geological, archaeological and historical sources. This comparison demonstrated a Lower Rhine millennial flood magnitude of approximately 14,000 m³/s for the Late Holocene period before late mediaeval times. This value exceeds the largest measured discharges in the instrumental record, but not the design discharges currently accounted for in flood risk management.     

Investigation of the elevation of saltwater wedge due to subsurface dams

Subsurface dams are rather effective and used for the prevention of saltwater intrusion in coastal regions around the world. We carried out the laboratory experiments to investigate the elevation of saltwater wedge after the construction of subsurface dams. The elevation of saltwater wedge refers to the upward movement of the downstream saltwater wedge because the subsurface dams obstruct the regional groundwater flow and reduce the freshwater discharge. Consequently, the saltwater wedge cannot further extend in the longitudinal direction but rises in the vertical profile resulting in significant downstream aquifer salinization. In order to quantitatively address this issue, field-scale numerical simulations were conducted to explore the influence of various dam heights, distances, and hydraulic gradients on the elevation of saltwater wedge. Our investigation shows that the upward movement of the saltwater wedge and its areal extension in the vertical domain of the downstream aquifer become more severe with a higher dam and performed a great dependence on the freshwater discharge. Furthermore, the increase of the hydraulic gradient and the dam distance from the sea boundary leads to a more pronounced wedge elevation. This phenomenon comes from the variation of the freshwater discharge due to the modification of dam height, location, and hydraulic gradient. Large freshwater discharge can generate greater repulsive force to restrain the elevation of saltwater wedge. These conclusions provide theoretical references for the behaviour of the freshwater–seawater interface after the construction of subsurface dams and help optimize the design strategy to better utilize the coastal groundwater resources.     

中国煤层气开发存在的问题及破解思路

复杂含煤地层顶板水平井射孔压裂是增加煤层透气性、提升瓦斯抽采效率的关键,而地层结构和射孔位置影响裂缝扩展形态。考虑地层结构特征及射孔位置,建立压裂工程地质模型;基于有限元方法构建数值模型,研究射孔位置、地层条件、垂向应力与水平应力差对裂缝扩展的影响,并进行工程验证,提出施工建议。结果表明：射孔孔眼位置存在全部位于煤层中、全部位于顶板岩层中和部分位于顶板部分位于煤层3种情况。孔眼位于煤层中,裂缝受到界面的“阻隔”作用,对煤层改造有利;孔眼位于顶板,当顶板层理发育,垂向应力与最小水平主应力差大于2 MPa时裂缝能够穿越层理和界面进入煤层,而顶板完整时,应力差大于−2 MPa裂缝即可在孔眼诱导作用下进入煤层,顶板层理和界面对裂缝垂向扩展具有“阻挡”作用,结构完整地层有利于裂缝的垂向穿层扩展;孔眼部分进入煤层,对裂缝起裂、扩展产生明显诱导作用,形成沿界面的水平缝和进入煤层的垂直缝,无论顶板是否完整,都能形成有效改造裂缝。当射孔孔眼距煤层较远、孔眼与煤层间弱面发育、水平应力大于垂向应力或压裂施工规模不足时,建议采用深穿透射孔、分支孔等能够沟通煤层的工程措施,以保证压裂效果。研究结果在陕西韩城某煤矿的井下分段压裂施工中进行了应用,试验孔瓦斯抽采效果良好,可为类似地质、工程条件下的压裂施工提供借鉴。

     

裂隙岩体的多孔介质水力等效性研究

工程岩体中数量众多的裂隙面限制了离散裂隙网络模型在岩体渗流中的应用,迫使人们寻找能够用理论上成熟的等效连续介质模型替代,这就要求进行岩体多孔介质的水力等效性研究。在野外大量实测裂隙的基础上,进行裂隙密度、方位、大小、延续性、开度等几何参数的统计分析,以Enhanced Baecher模型建立离散裂隙网络随机模型,采用Monte-Carlo随机模拟方法进行三维裂隙网络随机模拟。在所生成的一定尺度的三维裂隙网络图基础上,给出计算研究域REV的方法,通过判断REV是否存在,确定能否用等效连续介质模型分析岩体渗流。     

三峡某地区已治理高边坡安全评估工作的启示

通过对三峡某地区已治理高边坡防护工程进行安全评估,发现由于土压力作用、填土不均匀沉降、渗流潜蚀作用等引起部分防护工程出现不同程度的变形破坏。变形破坏产生的根本原因在于防护工程存在设计缺陷、施工质量没有保证及后期疏于维护管理等方面。由于这部分高边坡工程当时属于应急治理,没有统一的技术标准,引起的设计、施工和后期管理方面的问题在三峡库区具有普遍性。经过此次安全评估工作后,应对评估为不同安全等级的防护工程分类采取相应措施。不安全和局部不安全项目要严格按照国家有关标准实施彻底整改;基本安全项目和安全项目要进行定期巡查,以便及时发现隐患。另外,高边坡治理工程后期维护的好坏对于能否充分发挥防护效益至关重要,要改变以往重治理、轻维护的管理模式,切实做好防护工程的后期维护管理,确保防护工程及防护对象的安全。     

有限元强度折减法在边坡稳定性分析中的有效性及结果检验方法

有限元强度折减法的有效性及结果评价决定该方法是否能在工程上得到认可及推广的关键。本文基于有理论解的地基承载力问题和澳大利亚计算机应用协会（ACADS）边坡稳定性典型考题,通过计算值与理论解的对比以及塑性贯通区结果,对有限元强度折减法用于边坡稳定分析的有效性、失稳判据以及结果评价等问题进行了系统研究,提出了以塑性带宽度与长度之比检验计算结果的方法。结果发现,在足够且合理的网格密度下,有限元强度折减法分析边坡稳定性是有效的,不同类型的临界状态判据差异不大,而塑性区贯通判据最为客观;临界状态时塑性带的宽度与长度之比与安全系数的计算精度有很高的相关性,其值越小,精度越高,当塑性区相对宽度b/L小于0.05时,安全系数相对误差一般小于5%;对于强度折减法计算结果的精度评价,只要所得的等效塑性应变分布能确定滑动机制和大致的滑动面位置,其安全系数计算结果与更细密的网格的结果差异一般也在5%以内,精度就是足够的。     

一种改进的等高线断点连接方法

介绍了几种现有的等高线断点连接方法,并在最小点对法的基础上提出了一种改进的断点连接方法。此方法在判断断点间距离大小之前先对等高线进行预处理,即将各条目标等高线自动赋予不同的颜色值,然后将图幅进行格网划分,在不同网格内搜索断点,根据颜色的差异及距离的远近自动进行等高线连接。此方法连接的准确率高于一般的断点连接方法。     

供水管网GIS系统下水力计算设计与实现

随着城市化进程的不断加快,供水管网和城市地形都在发生频繁的变化,管网简化模型必须随时更新,保持与现实管网的对应,才能使得水力计算的结果保持准确。将水力计算嵌入给水管网信息系统,可以使水力计算中的大部分输入数据直接从GIS数据库中提取,并借助GIS的数据更新手段保持管网计算模型的现势性,还可以利用GIS的表现能力显示输出...     

海积软土的工程地质研究现状

我国沿海地区,广泛分布着性质极为软弱的近代沉积的欠固结软土。近年来,由于经济发展及对外开放的需要,巨型的工程建筑多修筑于软土地基之上,这样就带地多复杂的工程地质及岩土工程问题,同时也促进了软土和吹填土的开发和利用以及填海造陆工程的不断发展,就目前其研究现状进行了总结和介绍。     

溶液和温度作用下膨润土防水毯的渗透性能

以颗粒状和粉末状膨润土防水毯(GCLs)为对象,运用GDS (global digital systems)全自动渗透仪开展渗透试验,研究CaCl_2溶液作用下GCLs渗透性能的温度效应,初步探讨其机理。试验表明:当水化液为0.05mol/L的CaCl_2溶液时,两种GCLs渗透系数随温度升高呈现增大趋势;当水化液为去离子水时,颗粒状GCL渗透系数随温度升高而减小,粉末状GCL渗透系数随温度升高而增大。去离子水情况下,膨润土吸附结合水量随温度升高而减小;CaCl_2溶液作用下,吸附结合水量较去离子水情况大幅降低。当CaCl_2溶液浓度一定时,膨润土膨胀指数随温度升高而略有增大;当温度一定时,膨润土膨胀指数随CaCl_2溶液浓度升高而显著减小。以去离子水进行试验时:颗粒状和粉末状GCLs渗透系数随温度的变化主要影响因素为凝胶态蒙脱石数量,其次为流体黏滞系数和吸附结合水量;颗粒状GCLs膨润土孔隙结构越不均匀,凝胶态蒙脱石数量的影响就越显著,导致渗透系数随温度升高而减小、固有渗透率随温度升高显著降低。以CaCl_2溶液进行试验时,两种GCLs渗透系数随温度变化的主要受流体黏滞系数和吸附结合水量的影响,而受凝胶态蒙脱石数量的影响较小。孔隙溶液性质、温度和膨润土类型均对GCLs的防渗性能具有重要影响。