摘要：为了更好地理解流域水环境机理过程,基于高效高精度水动力水质耦合模型,通过优化模型内、外边界以及耦合沉积物模块,提出了一个可用于模拟大区域复杂地形洪水演进及其伴随污染物输移转化过程的分布式河网水环境高分辨率数值模型,即基于图形处理器(graphics processing unit,GPU)加速的水动力及污染物输移数值模型(GPU accelerated surface water flow and associated transport,GAST)。模型充分考虑了复杂地形河道本底特征及沉积物对污染物的吸附解吸过程,区分了不同本底特征的参数异质性;多点位时变流量和时变浓度模拟功能为多模型耦合模拟水环境过程提供了接口,并引入GPU加速并行计算。最后基于复杂地形河网的多点位监测数据对模型进行了检验。结果表明:模型运行速度快且模拟精度高,为复杂地形河网水环境更深层次机理过程研究、水环境精准溯源、水质规划和管理政策制定提供一个高效、可靠的工具。

摘要：为研究降雨空间分辨率对城市内涝模拟的影响规律以及一、二维耦合的城市雨洪模型的敏感性降雨空间分辨率,本研究选取西安市小寨片区为研究区,以西安市气象局提供的3场降雨为基础,采用空间插值算法获取5种降雨(0.2、0.5、1.0、2.0和4.0 km)空间分辨率,引入洛伦兹曲线、基尼系数判断不同降雨空间分辨率的不均匀程度,驱动一、二维耦合的城市雨洪模型进行模拟分析。结果表明,3场降雨0.5 km降雨空间分辨率对应的基尼系数分别为0.163、0.201、0.165,评价结果均为均匀分布。随着降雨空间分辨率的降低,基尼系数逐渐减小,峰值积水面积相对误差、内涝积水水量相对变化范围、内涝淹没水深相对变化范围均逐渐增大。对于这3个水力要素评价指标,降雨空间分辨率为0.5 km对应的模拟误差最小,且该降雨空间分辨率为敏感性降雨空间分辨率。

摘要：为了研究小区尺度地表径流各组分占比随不同重现期降雨的变化规律,以西咸新区天福和园小区为研究对象,采用GAST-SWMM耦合模型,以模拟时长及地形边界条件为变量进行研究分析。研究表明:经两场实测降雨过程验证,模型确定性系数分别为0.83和0.82,表明构建的一二维耦合模型精度较高;在本文设置的两种工况下,小区地表径流外排率和管网排水率均随降雨重现期增大而以渐进曲线形式增大,土壤下渗占比和地表填洼率随降雨重现期增大而减小;小区地表径流外排和管网排水主要发生在降雨期间,分别占各自排水总量的94.88%和94.36%;小区地形边界条件对径流过程模拟的影响不容忽视,在有围墙及无围墙工况下平均地表径流外排率分别为9.42%、22.55%。本研究可为地势相对四周较低区域的排水防涝设计提供参考。

摘要：开展城区暴雨致涝风险评估对内涝整治及城市安全发展至关重要,以银川市310 km^(2)主城区为例,建立基于GPU加速技术的城市地表积涝及地下管网排水过程的GAST-SWMM高效高分辨率耦合模型。通过实测内涝积水点信息对模型进行验证,分别模拟20年和30年一遇24 h长历时暴雨条件下研究区域规划前后的内涝区位及风险等级,并分析其内涝削减情况,绘制内涝风险图。结果表明:与实测值相比,模型模拟误差<6%,具有较高的模拟精度;规划后与规划前相比,积水面积峰值削减率的平均值分别达到41.6%和45.03%,积水水深峰值削减率的平均值分别达到51.74%和56.05%,且高风险积水点全部降低为中风险与低风险。耦合数值模型在大尺度城区暴雨致涝风险评估中应用效果较好,研究结果对银川市暴雨易涝点防治及消除具有重要的参考价值。

摘要：为解决城市尺度雨洪模拟过程中常见的地块区域地形及管网资料不足、道路区域行洪与积水严重以及现有雨洪模型计算精度差或计算效率低等问题,提出基于地块概化模拟和路网精细模拟理念的城市雨洪过程分区自适应模型。对于资料不足的地块划分子汇水区单元,采用水文学概化方法计算产汇流过程;对道路区域划分精细网格,采用二维水动力学方法模拟水流运动过程;两者均与管网模型耦合连接,共同驱动管网模型进行汇流计算。以西咸新区沣西新城核心示范区为研究对象,搭建研究区域分区模型,对比分析整体区域均采用精细网格的全分布模型和整体划分子汇水区的半分布模型的模拟结果。结果表明:①分区模型综合考虑了地块管网排水与道路径流过程,可模拟出道路低洼区域在地表产汇流和管网溢流综合作用下的致涝过程,整体径流路径符合实际降雨水流运动规律;②相较半分布模型,分区模型在道路区域采用精细网格进行计算,可较好模拟道路区域的积水过程;③相较全分布模型,分区模型显著减少了计算量,在不同设计降雨下减少了28.2%~73.5%的计算耗时。该耦合模型有效地克服了数据条件和计算能力的限制,可为城市洪涝模拟提供一种新的耦合模拟思路。

摘要：为研究模态阶数对挠度和弯矩动力放大系数分析的影响,以标准跨径的简支T梁桥、箱梁桥和空心板桥为研究对象,基于模态叠加法推导了简支梁在三轴车作用下的动力放大系数表达式;采用MATLAB软件编制了车桥耦合振动分析程序进行数值计算,研究了桥面不平整度、车辆速度与车辆质量3种因素下挠度和弯矩动力放大系数随模态截断阶数的变化规律,分析了不同模态阶数下两者的比值关系,对一座30 m简支箱梁桥进行了实桥动载试验验证。研究结果表明:挠度动力放大系数受模态阶数影响较小,1阶模态对挠度动力放大系数的贡献率为99%,选取前5阶模态时,可以获得完整桥梁结构响应信息;弯矩动力放大系数受模态阶数影响较大,1阶模态对弯矩动力放大系数的贡献率为86%,前5阶模态贡献率为90%;当考虑前25阶甚至更多模态时能够得到弯矩动力放大系数可靠结果;车辆速度在一定程度上影响模态阶数对动力放大系数的贡献率,桥面不平整度与车辆质量对动力放大系数收敛阶数影响不甚显著;弯矩动力放大系数小于挠度动力放大系数,当取1阶模态时,两者比值为0.86,取前15阶模态时,两者比值为0.95;建议相同测试条件下采用挠度动力放大系数。

摘要：为实现水电开发和生态保护的和谐发展,科学、定量、高效地分析水电站运行对河流生态的影响,已成为当前水利科学研究的热点。本文将基于Godunov格式有限体积法求解的水动力模型与栖息地适宜模型相耦合,并引入GPU加速技术,建立高效高精度栖息地适宜模型。以野狐峡下游为研究河段,花斑裸鲤为目标鱼类,对不同流量下河段产卵生境进行模拟,以确定电站建成后适宜目标鱼类产卵的生态流量。结果表明:流量在87.5~139m^(3)/s和338~562.5 m^(3)/s时,适宜花斑裸鲤繁殖的有效栖息地面积占其最大值的90.0%以上。为保障产卵栖息地状态良好,建议生态流量在499.2 m^(3)/s附近。该成果对保护黄河上游土著鱼类栖息地具有重要的生态意义,也可为评价水利工程对水生生物的影响提供科学支持。

摘要：为了提高桥梁挠度及冲击系数测试的稳定性,在传统悬锤法基础上,基于弹簧预紧效应,提出了预紧弹簧法。首先依据车-桥耦合振动理论,以简支梁桥为对象推导了车辆-桥梁-预紧弹簧耦合振动方程,进行了室内试验和系统数值验证;在此基础上分别建立了车辆-桥梁-悬锤系统和车辆-桥梁-预紧弹簧系统的有限元模型,利用数值解法分析了横向风荷载对悬锤法和预紧弹簧法测量主梁挠度及冲击系数的影响;根据建立的车辆-桥梁-预紧弹簧耦合振动系统,研究了影响该方法精度的关键性因素,并给出系统参数选型优化经验公式。最后,以一座30 m预制装配式简支箱梁桥为例,在随机车载激励下,进行支架法、悬锤法和预紧弹簧法3种方法的对比试验。研究结果表明:预紧弹簧法与传统悬锤法相比,冲击系数受风荷载影响较小;无风环境下,预紧弹簧法易受铁丝抗拉刚度、弹簧刚度和悬挂长度的影响,而与初始预紧力值无关;通过合理选用参数,预紧弹簧法能够实现主梁与系统同相位振动;工程实例表明该方法与支架法挠度冲击系数平均误差为6.1%,精度高于悬锤法测量结果,该方法也可为桥梁结构静动载大位移测试提供借鉴。

摘要：为了解地下综合管廊的极限抗爆性能,基于LS-DYNA商用软件,建立了精细化数值计算模型,分析了内部燃气爆炸荷载作用下管廊结构的动力响应特征和受荷破坏全过程,揭示了其失效破坏机理。分析结果表明:当爆炸超压为80~140 kPa时,管廊结构墙缝、顶板跨中和边墙跨中位置出现裂缝;当爆炸超压为160 kPa时,边墙出现弯剪破坏;当超压达到180 kPa时,顶板在跨中位置明显破坏;当超压达到200 kPa后,结构发生倒塌破坏;基于超压峰值和结构破坏关系建立了管廊损伤预测方法,标定了管廊的损伤预测等级;提出了2种结构加固方法,将管廊结构抗爆性能提升了17.5%、146%,该加固方法为同类管廊提供了借鉴。

摘要：为有效评估城市雨洪管理效果,以西安市小寨区域为例,搭建耦合管网模型和地表漫流模型的绿-灰-蓝雨洪系统综合模拟模型,从径流控制、管网排水与城市防涝等方面解析城市雨洪管理现状。研究表明:小寨海绵城市改造区年径流总量控制率基本可满足要求;2 a一遇、3 a一遇降雨排水瓶颈的管网长度分别为145.02、181.91 km;20~50 a一遇暴雨条件下,海绵城市改造区无明显积水,大环河北岸、南三环中段和雁展路局部积水深度大于15 cm。该模型能够直观表现地表雨水漫流和管道水流运动过程,科学评估城市排水防涝与生态海绵城市建设效果。