Morphodynamics of a bedrock‐alluvial meander bend that incises as it migrates outward: approximate solution of permanent form

In meandering rivers cut into bedrock, erosion across a channel cross‐section can be strongly asymmetric. At a meander apex, deep undercutting of the outer bank can result in the formation of a hanging cliff (which may drive hillslope failure), whereas the inner bank adjoins a slip‐off slope that connects to the hillslope itself. Here we propose a physically‐based model for predicting channel planform migration and incision, point bar and slip‐off slope formation, bedrock abrasion, the spatial distribution of alluvial cover, and adaptation of channel width in a mixed bedrock‐alluvial channel. We simplify the analysis by considering a numerical model of steady, uniform bend flow satisfying cyclic boundary conditions. Thus in our analysis, ‘sediment supply’, i.e. the total volume of alluvium in the system, is conserved. In our numerical simulations, the migration rate of the outer bank is a specified parameter. Our simulations demonstrate the existence of an approximate state of dynamic equilibrium corresponding to a near‐solution of permanent form in which a bend of constant curvature, width, cross‐sectional shape and alluvial cover distribution migrates diagonally downward at constant speed, leaving a bedrock equivalent of a point bar on the inside of the bend. Channel width is set internally by the processes of migration and incision. We find that equilibrium width increases with increasing sediment supply, but is insensitive to outer bank migration rate. The slope of the bedrock point bar varies inversely with both outer bank migration rate and sediment supply. Although the migration rate of the outer bank is externally imposed here, we discuss a model modification that would allow lateral side‐wall abrasion to be treated in a manner similar to the process of bedrock incision. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

Evaluating river morphology change with a geomorphic form variation approach

Geomorphic river design strives for natural resilience by encouraging geomorphic form complexity and morphological processes linked to greater habitat diversity. Increasing availability of high-resolution topographic data and spatial feature mapping methods provide advantages for morphological analysis and river restoration planning. We propose and evaluate an approach to quantifying topographic variability of geomorphic form and pixel-level surface roughness resulting from channel planform geometry differences using spatially continuous variety computation applied to component metrics including flow direction, aspect and planform curvature. We define this as the geomorphic form variation (GFV) approach and found it scalable, repeatable and a multi-stage analytical metric for quantifying physical aspects of river-bed topographic variability. GFV may complement process-based morphological feature mapping applications, hydraulic assessment indices and spatial habitat heterogeneity metrics commonly used for ecological quality evaluation and river restoration. The GFV was tested on controlled synthetic channels derived from River Builder software and quasi-controlled sinuous planform flume experiment channels. Component variety metrics respond independently to specific geometric surface changes and are sensitive to multi-scaled morphology change, including coarser-grained sediment distributions of pixel-level surface roughness. GFV showed systematic patterns of change related to the effects of channel geometry, vertical bed feature (pool-bar) frequency and amplitude, and bar size, shape and orientation. Hotspot analysis found that bar margins were major components of topographic complexity, whereas grain-scale variety class maps further supported the multi-stage analytical capability and scalability of the GFV approach. The GFV can provide an overall variety value that may support river restoration decision-making and planning, particularly when geomorphic complexity enhancement is a design objective. Analysing metric variety values with statistically significant hotspot cluster maps and complementary process-based software and mapping applications allows variety correspondence to systematic feature changes to be assessed, providing an analytical approach for river morphology change comparison, channel design and geomorphic process restoration.     

基于向量式有限元的黏滞阻尼减震结构抗竖向连续倒塌动力反应分析

向量式有限元是以向量力学为基础的一种新的结构分析方法,在处理结构大变形等复杂行为时具有较大的优势。基于向量式有限元理论建立了黏滞阻尼单元,对附加黏滞阻尼器的平面钢框架结构进行了抗竖向连续倒塌动力分析,结合拆除构件法,采用MATLAB编制可以考虑初始变形的瞬时卸载法程序,实现结构在构件拆除前的静力分析和构件拆除后动力分析的全过程统一。研究了阻尼器布置位置和参数在结构抗竖向连续倒塌中的性能需求,以失效点竖向位移时程曲线、梁端转角、动力放大系数和结构塑性铰分布为参考指标,对比分析布置阻尼器前后钢框架结构的抗连续倒塌能力。结果表明向量式有限元是一种研究结构竖向连续倒塌动力响应的有效方法,合理布置阻尼器能够有效控制剩余结构的变形和振动,降低构件内力,减少塑性铰个数,较大地提高结构的抗竖向连续倒塌能力。     

河口有机碳研究综述

河口作为陆地生态系统和海洋生态系统的交汇处,是陆海相互作用和全球碳循环研究的焦点之一.河口区物质来源的多样性,有机碳输入、生成、降解、再生及相互转化等行为是近年来关注的热点,国内外许多学者对河口有机碳的来源及其相互转化机制等方面开展了一系列颇具成果的研究.文章主要从判别河口有机碳来源的研究方法及其盐度、最大浑浊带、生物活动等环境因子对有机碳形态转化的影响等角度对国内外河口有机碳研究状况作了综述,并展望河口有机碳生物地球化学研究的发展趋势.     

乌江磷浓度与通量变化及来源解析

磷(P)是长江流域备受关注的污染物。乌江是长江八大支流之一,位于三峡水库近库尾江段。武隆断面是乌江入长江控制断面。对1998—2019时期武隆断面径流量、悬浮泥沙浓度(SS)与输沙量、磷浓度与通量(包括总磷(TP)、溶解态磷(DP)和颗粒态磷(PP))年际变化及季节特征进行研究,并基于河流基流分割原理对磷的来源进行了解析。结果表明,(1)1998—2019年,乌江武隆断面径流量在一定幅度内上下波动,而悬浮泥沙浓度和输沙量下降剧烈。(2)22年来,乌江TP和DP浓度与通量总体上呈先升高后下降的趋势,2009—2013年为磷污染峰值期,TP和DP浓度与通量远高于其它时期。(3)2007年是一个重要的时间节点,该节点前,TP的赋存形态以颗粒态为主,颗粒态磷在总磷中的占比均值为65%;该节点后,TP的赋存形态转变为以溶解态为主,颗粒态磷占比均值下降为16%,相应地,溶解态磷占比由35%上升为84%。水沙条件改变是磷形态发生显著变化的主要驱动力,磷污染程度亦是磷形态变化的重要影响因素。(4)磷通量在年内的季节分布发生了显著变化,丰水期磷通量减少,枯水期磷通量增加。(5)1998—2012、2009—2013和2014—2019年3个时期点源负荷占比分别为23.5%、36.8%和62.1%,呈增加趋势。(6)建议制定适宜的总磷控制目标,结合目前所存在的磷污染风险点,进一步强化监管,侧重源头治理。     

缢蛏(Sinonovacula constricta)生物扰动对养殖废水处理系统中沉积物磷赋存形态垂直分布的影响

为研究缢蛏(Sinonovacula constricta)生物扰动在养殖废水生态处理系统中对沉积物不同垂直分层的各种磷形态迁移转化的影响,于2016年5—7月在养殖废水处理池的贝藻处理区采集不同缢蛏养殖密度下的实验围隔箱内的底泥,测定不同垂直方向上的磷形态、微生物活性(FDA)以及碱性磷酸酶活性(APA)。结果表明,在底栖动物缢蛏生物扰动作用下,改变了沉积物内部的微环境,促进了微生物的生长,增大了沉积物中总微生物活性以及碱性磷酸酶活性。而沉积物中有机磷(OP)含量显著减少(P0.05);非磷灰石态无机磷(NAIP)、磷灰石态无机磷(AP)和无机磷(IP)含量显著增加(P0.05),这表明在缢蛏的生物扰动下OP可能转变成为AP、NAIP等无机磷成分;总磷含量呈降低趋势。本试验结果表明,缢蛏生物扰动下对于养殖废水生态处理系统沉积物垂直方向上的磷赋存形态具有显著的影响,且高密度组的生物扰动作用对沉积物中磷形态迁移转化的影响强于低密度组。     

围堰防渗墙与复合土工膜联接型式试验研究

防渗墙上接土工膜是围堰常用的防渗体系,两者变形是否协调是决定防渗成败的关键。以某围堰工程为例,通过围堰防渗体系中复合土工膜的受力分析和复合土工膜与砂砾料界面的直剪摩擦试验,研究了土工膜与填料之间的相互作用,提出了保证土工膜不被拉断应满足的条件。另外,通过离心模型试验监测复合土工膜在堰体与防渗墙变形过程中的应变,揭示了复合土工膜的受力性状和联接部位的破坏机制。结果表明,在一定上覆荷载作用下复合土工膜与堰体之间的摩阻力超过其所承受的拉伸力,导致预留伸缩节不能发挥作用;复合土工膜下部风化砂的固结变形使之与刚性防渗墙之间产生较大的差异沉降以及防渗墙与上游堰体的水平脱离,两种变形不协调均可导致与防渗墙联接部位的土工膜因受拉而破坏,在该基础上提出了改进的土工膜与防渗墙的联接型式和铺设方法。试验成果为指导围堰防渗体系的分析和设计提供了可靠的依据。     

如何开展地震现场科普宣传工作初探

地震科普宣传工作多是在地震发生之前开展,主要偏重的是如何地震避险。地震灾害发生后对灾区民众如何有效地减轻地震灾害及合理地配合外来救援力量的科普宣传缺乏系统性。本文从地震现场科普宣传的形式、内容及如何更好地实现现场科普宣传三个方面对地震现场科普宣传工作进行分析,旨在为利用地震现场科普宣传维护震区的社会稳定、减轻灾害损失及顺利地开展地震现场救援提出建议。     

天然与风干状态下冷生亚黏土的崩解形态特征

土的崩解形态是描述土的崩解过程及探讨其崩解机理重要的必要条件之一,选取了一种高孔隙率、粉黏粒含量较高,且不具有湿陷性的原状冷生轻质亚黏土作为研究对象,对其天然含水量及风干含水量状态下的土样品进行崩解试验. 结果表明：天然状态的土样呈块状崩解,而风干状态下的呈鳞片状崩解,且鳞片状崩解的强度及平均速率都大于块状崩解;块状崩解的速率随时间变化较为缓和,而鳞片状崩解的速率随时间变化起伏较大. 崩解形态与崩解速率有着紧密的对应关系,与崩解形态相对比,发现崩解速率降低的过程是水侵入土样,且土样中空气压力增大的过程,而速率上升的过程则是土样崩解的过程.     

沈阳市部门企业地理集聚与城市结构

基于产业空间聚集分布情况探寻城市结构特征,是当前大都市区实证研究中的聚焦点所在,但由于方法论的限制而无法真正揭示产业地理集聚之间的内在关联性。基于已有研究基础,试图通过完善潜力模型、设置距离参数、结合主成分分析法实现对产业地理集聚测度方法论的完善与发展,并选取极具代表性大都市区核心城市——沈阳市为样本单元,以2008年的经济普查部门企业数据开展实证检验。结果表明：沈阳市部门企业之间除了交通运输、仓储和邮政中心产业属于地方化经济外,其余的均为企业关联;水利、环境和公共设施管理业产业依附于制造业呈临街抑或隔街集聚,而与公共管理和组织产业之间同街道集聚;支配主角之间,存在中心CBD主宰制造业的布局,而制造业又在很大程度上影响着交通运输、仓储和邮政中心的布局;企业地理集聚形成的城市结构依然是一个明显的“单中心圈层”结构,没有表现出“去中心化”抑或多极化或分散化演变趋势。研究成果与现实情况基本吻合,侧面说明该模式对揭示城市产业地理集聚模式以及由此形成的城市结构特征具有一定的解释力。