高坝工程总溶解气体过饱和预测研究

随着越来越多的高坝工程建设, 伴随高坝泄水而存在的总溶解气体过饱和问题及其对鱼类的影响成为在我国日渐突出并日益受到关注的环境生态风险之一. 本文在理论分析基础上, 将高坝下游总溶解气体的生成过程概化为气体过溶及瞬间释放两个过程, 建立了高坝挑流消能下游总溶解气体过饱和风险预测模型. 采用紫坪铺、二滩、漫湾等已建高坝原型观测资料对模型进行了验证, 并对西南某待建高坝工程总溶解气体过饱和风险进行了预测. 本文作为高坝挑流消能过饱和总溶解气体预测方面的开拓性研究工作, 对于定量预测评价高坝工程总溶解气体过饱和问题, 建设生态环境友好型高坝水利工程具有重要意义.     

KDP(DKDP)晶体中液相包裹散射的形成

利用原子力显微镜(AFM)观察、研究了杂质对KDP (DKDP)晶体中液相包裹散射形成的影响. 对液相散射形成机理和溶液过饱和度的影响进行了探讨, 结果表明杂质和溶液的过饱和度是加重晶体散射的重要原因.     

波浪对浅海近岸污染物输移扩散规律的影响

通过对浅海缓坡近岸区大面积波浪场的演化、破碎, 近岸流的生成和波浪对潮流场结构影响的研究, 提出了波浪应作为这类海岸附近污染物输移扩散的重要动力因素. 数值实验证明, 在波浪以一定角度斜向入射时, 近岸排放的污染物在波浪破碎区内将沿岸输移, 排污口在波浪破碎区内这种趋势非常明显. 因而在改善近岸环境的研究和污水海洋处置工程的设计中, 波浪是不能忽略的动力因素, 应加以充分考虑.     

大坝服役状态的合评判方法

针对我国已建8.7万多座大坝中约1/3大坝为工程以及在部建一批高坝、特高坝的状,结合大坝建往往注重会经济效益而忽视环境、生态以及我国大坝定检偏重大坝安全等问,出了大坝服役状态评估应遵循会经济效益最大,对环境与生态的负面影响最小或互为和谐共处的原则,应具体考虑会经济效益、大坝安全、环境与生态四个方面.在分会经济效益、大坝安全、环境与生态评估的基础上,评述了大坝服役状态的分方法,进而建立了基于证据理论的层间评估的融合算法和基于模糊数学的模糊合分法,构建了大坝服役状态合评判模型.实例分表明,上述方法可以对大坝的服役状态作出科学评估.     

不同pH值下KDP晶体{100}面生长的AFM研究

通过对40℃时、不同pH值和不同过饱和度下磷酸二氢钾(KDP)晶体{100}面生长的原子力显微镜(AFM)的非实时研究,发现在低过饱和度下,{100}面台阶化明显,台阶形貌差异较大;高过饱和度下,KDP晶体生长以二维成核机制为主.对于pH=4.2和pH=2.5,在过饱和度较低时,位错生长机制控制晶体的生长;当σ≥0.05时,二维成核机制起主导作用.而pH=5.0时,在低过饱和度下同样是由位错机制控制生长,但当σ≥0.03晶体生长即以二维成核机制为主.通过对25℃时、不同pH值、低过饱和度下KDP晶体{100}面台阶推移的原位实时AFM的研究,估算了KDP晶体{100}面的法向生长速度,发现pH=5.0时生长速度最快,晶体生长主要受螺旋位错生长机制控制.另外,发现随着过饱和度的降低,台阶的密度也随之减少,宽度变大.最后,通过原位实时AFM,观察到一种各向异性生长的台阶推移现象.     

湿地甲烷排放研究进展

甲烷是一种仅次于二氧化碳的重要温室气体,对全球变暖的贡献率为25%。近年来大气中甲烷浓度显著增加,湿地甲烷释放量约占全球甲烷通量的20%,是大气甲烷的主要自然来源之一。甲烷主要通过产甲烷菌在厌氧条件下产生,在氧化条件下,甲烷通过土壤中的甲烷氧化菌氧化,并通过气泡、扩散和植物传输三种途径释放到大气。湿地甲烷通量在时间和空间两个方面有较大的变化,这与甲烷产生、氧化和传输过程有关,同时受到不同环境因素的影响,如:土壤质地、氧化还原电位、有机物、土壤酸碱度、植被条件、气候因素、农业管理措施等。文章还对湿地甲烷排放的观测方法和排放模型进行了简单介绍,并对今后的研究提出了几点建议。     

高混凝土坝气幕隔震控制的模拟分析理论与试验验证

针对高坝动力灾变过程控制这一核心科学问题,首次提出高坝气幕隔震控制的液-气-固三相耦合建模理论和数值实现方法,给出三相强耦合-热力学状态-材料-接触/非接触双重非线性的复杂动力学问题的理论描述和气幕隔震高坝工程的动力灾变关键效应的全过程数值模拟;给出刚性坝-平面波简化情况的解析解.完成了高305m锦屏拱坝的地震灾变过程控制与非控制的对比模拟,结果与振动台实验相互印证,基本相符.提出整体式气室和变厚度优化气幕,发展了高坝控制优化方法.首次完成大型振动台拱坝隔震的模型实验并满足基本动力相似准则,实验数据合理可信,并与模型坝的动力模拟结果基本符合,为模拟理论方法提供了实验验证.数值模型与物理模型相结合的试验表明,动水压力削减可达70%以上,坝体第一/第三主应力峰值降低20%～30%以上,有效地提高了高坝工程的整体抗震能力,表明气幕减震是高混凝土坝防震控制的优先发展方向.     

泄水建筑物过流面掺气设施的空腔长度

泄水建筑物过流面掺气是一种有效的减蚀方法．在掺气设施设计中有许多因素需要考虑，其中之一是空腔长度，它对掺气减蚀效率起着重要作用，而决定空腔长度计算精度的一个主要参数就是水流出射角．本文分析了影响水流出射角的结构参数和水力学参数，通过引进权重系数提出了考虑上述参数影响的4个改进的出射角计算公式；根据6个工程12个掺气设施的68组试验资料，包括模型和原型实测资料，运用误差理论，对4个改进的计算公式进行了比较，推荐了出射角的计算公式；用本文推荐的公式计算的空腔长度，与当前流行的5种公式的计算结果相比，本文推荐的计算公式具有较高的精度．     

汶川特大地震灾后重建工程工期影响因素分析

从灾后重建工程的建设规模、投资金额、延续周期及项目类型等四个方面,探究灾后重建工程进度的系统性、紧迫性、动态性和阶段性等工程进度特征;依据多国建设工期影响因素的比较分析结论,探讨时汶川特大地震灾后重建工程工期影响因素,其结果表明:工期主要影响因素是资金、物资、环境、管理;并对灾后重建工程的进度管理提出相应措施建议,以期为重建建设工程的实践提供一些参考.     

火星壳磁场对电离层影响的综述

火星壳磁场对电离层的影响是火星电离层研究的热点之一.本文总结了国际上针对火星壳磁场对电离层影响的研究.早期的火星电离层数据主要来自无线电掩星观测.根据无线电掩星观测结果,火星壳磁场主要影响电离层的电子密度标高和峰值电子密度.强水平磁场可以有效阻止等离子体的垂直扩散,导致顶部电离层电子密度的标高与光化平衡区域相近;而在类似极尖区的强垂直磁场区域,由于等离子体的垂直扩散增强,会导致扩散平衡区域电子密度标高的增加.MGS的无线电掩星观测发现在火星壳磁场比较强的南半球区域电离层主峰值电子密度平均略高于在北半球弱磁场区域的观测结果.MEX首次利用顶部探测雷达对火星电离层进行观测,其观测结果证实电离层主峰值电子密度的异常增加只发生在火星壳磁场中类似极尖区的开放磁场区域,而且峰值电子密度增加的幅度远大于无线电掩星观测的结果.造成在火星壳磁场类似极尖区的开放磁场区域出现电离层主峰值电子密度异常增加的可能机制有两种：一种与能量粒子的注入有关;而另一种与等离子体不稳定性的激发和波动加热有关.目前还无法确定是哪种机制起主要作用.在此基础上,本文提出了火星电离层和等离子体环境需要深入研究的几个问题.     

基于自由溶液量的水泥-减水剂系统相容性研究

通过改变水灰比、减水剂掺量,测定不同时间水泥浆体中的自由溶液量、浆体流动度与流动度经时损失,并利用光学显微镜直接观测新拌水泥浆体中水的分布情况以及水泥颗粒的絮凝情况,研究自由溶液量的变化情况及其对浆体流动度和泌水的影响规律.研究结果表明,吸附水对水泥-减水剂系统的初始流动度、流动度经时损失和泌水等相容性表现有重要影响.增加水泥浆体中的吸附水,能够改善水泥-减水剂系统的相容性.掺加减水剂,在打破絮凝结构的同时增加吸附水,从而提高浆体的流动性.聚羧酸减水剂增加吸附水的能力要高于萘系减水剂.过掺减水剂不是导致泌水的主要原因,过大的水灰比和水泥颗粒表面吸附水的能力不足才是导致泌水的根本原因.     

基于广义可靠指标相对安全率的高土石坝坝坡稳定设计安全判据

坝坡稳定对土石坝安全至关重要,现行规范规定应对坝高200 m及以上的高坝坝坡抗滑稳定设计安全判据进行专门研究.现行土石坝设计规范采用安全系数作为土石坝坝坡稳定的安全判据,难以合理地考虑土石坝堆石料强度参数等不确定性因素的影响,亟需发展对应的可靠度设计方法.可靠度设计中采用目标可靠度作为安全判据,因此研究高土石坝的目标可靠度是发展可靠度设计方法的重要前提.广义可靠指标相对安全率搭建了确定性设计安全判据和可靠度设计安全判据之间的桥梁,本文将广义可靠指标相对安全率应用于超过200 m高土石坝坝坡稳定安全判据研究,验证高土石坝坝坡稳定确定性设计与可靠度设计安全判据之间的等价关系,并提出了软岩土石坝和硬岩土石坝坝坡稳定可靠度控制标准.结果发现,《水利水电工程结构可靠性设计统一标准》(GB50199-2013)中规定的硬岩堆石坝的目标可靠度符合所标定目标可靠度要求,建议提高软岩堆石坝的目标可靠度.     

我国城市轨道交通环境振动影响的研究现况

明确给出了交通环境振动的一般强度、频率与传播特征.分析了城市轨道交通环境振动问题的12个主要影响因素,总结了目前我国正在研究的8个主要方面和面临的3个主要问题,即行业标准与评价方法、振动传播与辐射噪声的预测以及减隔振技术工程的实施.作为当前城市轨道交通发展最快、规模最大的国家,我们必须开展交通环境振动相关标准的基础性研究工作,完善相应的规范编制;深入开展列车振动、道路交通振动振源输入谱及其传播计算方法的理论研究工作,结合大数据及云计算技术,推动交通环境振动预测的可视化进程;促进轨道交通行业在项目可行性研究、初步设计及工程实施的全过程中,将交通环境振动的综合减振降噪优化工作纳入其方案规划、线路布局、产品准入、结构设计以及工后验收评估等关键工作环节中.     

炎热多雨和突降暴雨气候影响下玄武岩残积土的崩解试验研究

气候环境是影响玄武岩残积土崩解特性的重要因素.为研究高温湿热与突降暴雨气候影响下玄武岩残积土的崩解特征,我们开展了反复干湿循环过程后的大气崩解试验与浸水崩解试验,通过崩解率、崩解速率及崩解物的颗粒组成评价了崩解特性的气候影响控制因素.研究结果表明,高温湿热气候引起的反复干湿交替会破坏颗粒团聚性,增强土的分散性,随着干湿循环次数的增加,崩解率与崩解速率增大,崩解物由粗颗粒为主逐渐转为细颗粒为主,气温越高、气候变化越剧烈,这种影响越显著.突降暴雨气候会引发玄武岩残积土剧烈的崩解现象,随着干湿循环次数的增加,崩解物由碎屑状向泥状过渡,崩解速率增大,崩解程度逐渐增强.研究还发现,除了气候环境影响,施工扰动也会促进崩解的发生,施工中应加强监测气候环境变化对崩解性的影响,必要时需对玄武岩残积土工程进行保湿、防水措施.     

致密砂岩气层水锁机理及控制因素研究

致密砂岩气已成为非常规天然气勘探开发的重点领域,但由于自身的特性,在钻完井、生产、增产等作业过程中极易造成水锁损害,目前致密砂岩水锁评价方法主要关注水相侵入前后岩心尺度的渗透率变化,未从微观尺度上刻画其水相侵入过程.在深入认识水锁机理的基础上,利用克深J井区巴什基奇克组致密低渗天然岩心,基于毛管自吸实验和水相返排实验,采用核磁共振成像和T2谱技术对水相侵入过程进行了可视化、定量化研究,探讨了水锁过程的微观机理及控制因素.获得了以下认识:(1)离心法建立的初始含水饱和度主要占据相对较小的小孔喉;而T2100 ms这部分孔喉,代表岩心中相对大的孔喉,自吸水速度快,易于饱和,当含水饱和度Sw=45%~60%时,这部分孔喉吸水就基本达到饱和;(2)核磁共振成像表明,致密岩心(渗透率≤0.02 m D)水相侵入过程中自吸速率较慢,水相饱和度在岩心中呈均匀增加;低渗岩心(渗透率0.1 m D)水相侵入呈段塞式均匀推进,且自吸速率相对较快;裂缝-基质双重介质岩心水相优先沿裂缝推进,然后基质沿缝面自吸,微裂缝自吸速率最快.(3)物性、微裂缝、初始含水饱和度、侵入流体矿化度、黏土矿物类型及含量和生产压差是影响水相侵入及水相滞留的重要因素.深入认识了致密砂岩水锁机理,完善了水锁效应的控制因素研究,对有效勘探开发致密低渗气藏具有指导意义.     

CBERS-02卫星CCD与WFI的NDVI影响因子的分析与比较

CCD和WFI是CBERS-02星上可见光及近红外的载荷.主要探讨它们在植被监测中的应用潜力.比较分析了辐射定标、大气条件及观测几何等因素分别对CCD及WFI传感器观测的NDVI的影响.并分析比较了CCD与WFI红波段及近红外波段的光谱差异对它们NDVI的影响.分析结果表明辐射定标的影响最大,如果不进行辐射定标,NDVI值很难用于植被的监测,而且不同传感器之间的NDVI不具可比性;地表NDVI与TOA的NDVI值相差较大,TOA的NDVI值随着大气条件而改变;地物的非朗伯性及大气路径随观测几何的变化对NDVI值也有影响.CCD与WFI之间由于光谱差异,它们的NDVI值也不同,WFI的NDVI值普遍高于CCD的NDVI值,但两个传感器的地表NDVI值具有很好的线性相关关系.     

基于自主运动状态估计及信息交互的多移动机器人协作定位

主要研究了未知动态环境中多移动机器人利用环境信息交互完成协作定位的问题.考虑移动机器人自身运行状态对协作定位的影响,提出基于自主运动状态估计的协作定位周期自适应选择算法.为避免机器人相互直接观测需要配备特定标识的局限,并充分利用处于同一场景中多机器人观测信息的可交互性,论文提出基于MbICP算法的多机器人观测信息交互方法,同时利用扩展Kalman滤波实现多机器人变速运行中的协作定位.通过应用于Pioneer3-DX机器人平台所获得的协作定位实验结果及数据分析,验证了所提方法的有效性和实用性.     

月面巡视器遥操作中的任务规划技术研究

任务规划技术是嫦娥三号任务中月面巡视器遥操作中的一项关键技术.本文首先分析了各种月面环境因素对巡视器月面工作过程的影响机制,综合考虑月面地形因素、太阳能量、光照阴影以及对地通信条件等,建立了面向任务规划的综合月面环境.在该环境模型基础上,提出了一种月面巡视器遥操作中的任务规划方法.通过定期更新环境模型,将动态环境模型下的路径规划问题转换为一系列静态环境模型下的路径规划问题,实现任务层的动态路径规划;在路径规划过程中进行实时约束检查,实现行为规划并将其影响效果迭代入动态路径规划过程中,最终实现巡视器任务规划.针对不确定性,本文引入弹性计划提高任务规划输出结果在实际工程中的可行性.仿真实验结果表明:月面综合环境模型全面描述了影响巡视器任务规划的各种环境因素及其影响;任务规划方法可生成全局最优路径,以及沿路径安排的满足约束条件的巡视器行为序列,最终生成巡视器的月面工作序列,作为地面遥操作实施的依据.     

一种表征煤储层压力与流体饱和度关系的数学模型

目前,针对生产过程中煤储层内部气、水两相渗流的研究尚薄弱,已建立的煤层气产能预测模型或产能分析方法中,一部分假设煤储层内部为单相渗流即单相水或单相气,一部分忽略流体饱和度和压力变化梯度,另一部分通过物质平衡方程建立平均地层压力与平均含水饱和度间关系,进而研究储层饱和度分布对气井产能的影响,但平均含水饱和度无法表征储层内部的饱和度分布.故现有模型均未考虑储层流体饱和度分布特征对气井产能的影响,导致现有产能模型预测值与实际煤层气井产出动态始终存在较大误差.鉴于此,根据气、水两相渗流微分方程,考虑应力敏感、基质收缩与气体解吸效应,建立了一种能够表征煤储层压力与流体饱和度间关系的数学模型.结合气、水两相相渗曲线与各生产时刻的储层压力分布曲线,提出迭代算法求解该模型,得到各生产时刻的流体饱和度分布规律.该模型的可靠性通过与商业数值模拟软件结果对比得到验证.该模型的提出填补了目前煤层气开发理论的空白,有助于准确计算气、水两相拟压力,为煤层气藏产能的准确预测奠定理论基础.     

地磁暴侵害我国高铁和油气管道的观测研究

为研究地磁暴会不会对中低纬地区的铁路和输油气管道的安全造成严重的影响,通过对我国高铁地磁暴地磁扰动(GMD)侵害的观测实验和油气管道侵害的调研,获得了GMD侵害京港客运专线鹤壁东站电气系统的地磁感应电流(GIC)和西气东输管道的管地电位(PSP)的数据.本文分析了高速铁路和油气管道观测数据与观测点附近地磁台地磁数据的相关性,GMD侵害铁路和油气管道的物理过程和响应机制与公共电网遭受到GMD侵害的异同,以及所观测的GMD侵害事件对高铁电气设备安全和油气管道腐蚀的可能影响.结果表明,2015年3月18日和6月23日地磁暴在京港客运专线鹤壁东站轨道电路回路产生的GIC最大值分别为1.30和1.80 A,中、小地磁暴产生的PSP会超过油气管道的阴极保护装置的启动限值;说明纬度的高低只是地面管网地磁暴灾情、灾害的影响因素之一,高铁电气系统和油气管道的构成及结构的影响是主要原因,地面管网系统的地磁暴影响是全球性的问题.