基于光滑粒子数值方法的坡面水动力过程模拟研究 被引量：2

1

作者 莫诗玙 田丽蓉 顾声龙 《水利水电技术（中英文）》 北大核心 2024年第10期124-136,共13页

【目的】为模拟降雨后在不透水边界层上的坡面流水动力过程,【方法】建立了一种基于浅水方程(SWE)的降雨-径流模型(SWE-SPH-RR)。SWE-SPH-RR模型采用光滑粒子数值方法求解一维浅水方程,该数值方法通过改变流体粒子质量来模拟降雨输入,... 【目的】为模拟降雨后在不透水边界层上的坡面流水动力过程,【方法】建立了一种基于浅水方程(SWE)的降雨-径流模型(SWE-SPH-RR)。SWE-SPH-RR模型采用光滑粒子数值方法求解一维浅水方程,该数值方法通过改变流体粒子质量来模拟降雨输入,采用粒子重构技术实现了无需新的入流粒子来模拟坡面径流过程。利用该模型分别模拟了四个不透水边界层上的降雨-径流案例,分析了不同降雨强度和地形坡度等变量对坡面径流水动力学特性的影响。【结果】结果表明:无论是恒定降雨或非恒定降雨时,模型都能够较好地捕捉坡面上的急流、缓流现象,模拟值与试验值在出口流量或水深等方面具有较好的一致性,平均相对误差均在5%以内。在三种不同坡度组合的地形上施加降雨时,陡坡上产生的径流动量较大,与缓坡上的径流相遇时会在流量图中出现凸起现象,这与试验得到的结果趋势基本一致,说明该模型对于复杂地形和混合流态同样适用,能够准确建模并表现出良好的性能。对于出口流量结果中出现了少数的数值振荡问题,可能需要调整人工粘性项的参数,或是使用其他出流边界,以抑制振荡波的发生。【结论】该模型框架简单,计算结果合理准确,能够较好地模拟不同地形和降雨模式下的坡面流过程,具有一定的可行性和可靠性。 展开更多

关键词 降雨 数值模拟 坡面水动力过程 光滑粒子数值方法(SPH) 浅水方程(SWE) 变质量粒子 粒子重构技术

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基于DIC技术的混凝土剪切力学性能研究

2

作者 王溧浤 孙新建 《混凝土》 北大核心 2025年第3期6-11,共6页

采用剪切液压伺服机,通过混凝土在不同应变率下(10^(-5)/s、10^(-4)/s、10^(-3)/s、10^(-2)/s)的直剪试验,研究混凝土的剪切力学性能和破坏模式.研究结果表明:混凝土的抗剪强度存在明显的应变率效应,随着应变率的提高,混凝土表现出更高... 采用剪切液压伺服机,通过混凝土在不同应变率下(10^(-5)/s、10^(-4)/s、10^(-3)/s、10^(-2)/s)的直剪试验,研究混凝土的剪切力学性能和破坏模式.研究结果表明:混凝土的抗剪强度存在明显的应变率效应,随着应变率的提高,混凝土表现出更高的抗剪强度.结合数字图像相关(DIC)技术,获取了混凝土受剪的裂缝发展全过程,揭示了混凝土在剪切过程中的骨料滑移现象,为混凝土在实际工程中的科学应用及新型混凝土材料的研发提供了理论依据。 展开更多

关键词 混凝土 抗剪强度 应变率 数字图像相关(DIC)技术 骨料滑移

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基于塑性损伤模型的坝基深埋混凝土防渗墙力学行为研究

3

作者 王兴辰 孙新建 李国超 《水电能源科学》 北大核心 2025年第1期122-126,共5页

深厚覆盖层中的防渗墙在多荷载共同作用下易产生较大变形,极端情况下甚至会出现严重损伤或开裂。为探讨不同防渗墙材料性能对其变形及损伤的影响,基于Lee-Fenves塑性理论,建立了坝基深埋混凝土防渗墙塑性损伤模型,揭示了防渗墙损伤规律... 深厚覆盖层中的防渗墙在多荷载共同作用下易产生较大变形,极端情况下甚至会出现严重损伤或开裂。为探讨不同防渗墙材料性能对其变形及损伤的影响,基于Lee-Fenves塑性理论,建立了坝基深埋混凝土防渗墙塑性损伤模型,揭示了防渗墙损伤规律及机理,并以新疆某土石坝设置的186 m深防渗墙为例,研究了5种弹性模量和3种泊松比对防渗墙墙体竖向位移、向下游水平位移及损伤分布的影响。结果表明,防渗墙的损伤主要集中于墙体与基岩接触区域;弹性模量对防渗墙的竖向位移、应力及损伤影响显著;泊松比仅对防渗墙的位移及应力状态有轻微影响,但对墙体损伤情况无显著影响。研究结果可为同类工程中防渗墙的前期设计及后期维护提供支撑。 展开更多

关键词 塑性损伤模型 深厚覆盖层 防渗墙 弹性模量

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帧差与时空图像测速相结合的非接触测流研究

4

作者 赵勤霞 顾声龙 +1 位作者 陈中华 柏文文 《测绘通报》 北大核心 2025年第2期28-34,共7页

天然河道流量监测工作是水文测验的重要工作之一,对水资源管理调度、防洪减灾等方面都发挥着至关重要的作用。时空图像测速(STIV)具有原理简单、实时性强、安全性高等优点。然而,该方法测量也具有一定的局限性,如在天然河道流速、流量... 天然河道流量监测工作是水文测验的重要工作之一,对水资源管理调度、防洪减灾等方面都发挥着至关重要的作用。时空图像测速(STIV)具有原理简单、实时性强、安全性高等优点。然而,该方法测量也具有一定的局限性,如在天然河道流速、流量较小、示踪不明显的情况下,生成的时空图不能产生有效的纹理结构,这极大地影响了纹理主方向的检测,从而影响了算法的准确性。针对上述问题,本文提出了一种帧间差分与局部傅里叶最大角度分析相结合的方法,利用帧间差分法计算出连续两帧图像之间像素差异,捕捉识别出河道发生细微变化的部分,得到的运动显著性图与原图像叠加,生成时空图像(STI),利用局部傅里叶最大角度分析的方法计算时空图的纹理主方向,因此,提高了时空图像测速算法的稳健性和准确性。最后利用天然河道拍摄的水流视频计算出的结果与流速仪法测得的结果进行比测试验。结果表明,在流速、流量较小、示踪不足的情况下,本文方法在纹理主方向、平均流速和流量计算上,精度有明显提升,流速测量的稳定性和实时性好。 展开更多

关键词 时空图像测速 帧差法 纹理主方向 局部傅里叶最大角度分析法

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青藏高原湖泊沉积物与水体细菌群落共发生网络和群落构建过程差异解析 被引量：7

5

作者 王丹丹 黄跃飞 杨海娇 《湖泊科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期959-971,共13页

研究高原湖泊沉积物和水体细菌群落结构的差异对于水生态治理与保护具有重要的科学意义。本文选取青藏高原中东部共19个湖泊为研究对象,采集沉积物和水体样本,使用高通量测序技术和统计分析,解析湖泊沉积物和水体细菌群落结构、空间分... 研究高原湖泊沉积物和水体细菌群落结构的差异对于水生态治理与保护具有重要的科学意义。本文选取青藏高原中东部共19个湖泊为研究对象,采集沉积物和水体样本,使用高通量测序技术和统计分析,解析湖泊沉积物和水体细菌群落结构、空间分布特征、共发生网络模式、群落构建过程的差异及其原因。研究结果表明沉积物细菌群落alpha多样性指数(Chao1指数、Shannon多样性指数、Faith s系统发育指数和Pielou均匀度指数)均显著高于水体细菌群落。沉积物和水体细菌的优势门均为Proteobacteria(相对丰度为45.33%和41.77%),而水体细菌群落结构具有较强的空间异质性。主坐标分析和相似性分析结果表明沉积物和水体中细菌群落结构差异极显著,海拔和纬度分别是青藏高原湖泊沉积物和水体细菌群落结构变化最显著的驱动因子。沉积物和水体细菌群落均具有明显的距离衰减模式,而沉积物细菌比水体细菌群落在空间上的周转率小。采样湖泊沉积物细菌群落共发生网络复杂度和稳定性高于水体细菌。沉积物和水体细菌群落的平均归一化随机率值分别为0.24和0.72,表明确定性过程在沉积物细菌群落构建的过程中起到了重要的作用,而水体细菌群落的主导构建过程为随机性过程。本文在高原湖泊沉积物和水体中细菌群落特征、空间分布模式、生态网络稳定性、群落构建过程及其差异方面的研究,为深入理解高原湖泊细菌多样性和群落结构形成机理提供了科学支撑。 展开更多

关键词 高原湖泊 细菌群落 空间分布 共发生网络 群落构建

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基于WEP-ISF模型的黄河源区径流演变特征及其驱动因素分析

6

作者 孙君文 黄跃飞 +2 位作者 甘永德 吴玉帅 刘欢 《水土保持通报》 2025年第4期173-183,共11页

[目的]量化径流深中各因素产流量的贡献率及构成,分析黄河源区下垫面、气候和工农业用水变化对径流变化的贡献率,为黄河流域生态环境保护和水资源开发提供参考。[方法]基于1970—2021年黄河源区气象水文数据,利用分布式水热耦合模型WEP-... [目的]量化径流深中各因素产流量的贡献率及构成,分析黄河源区下垫面、气候和工农业用水变化对径流变化的贡献率,为黄河流域生态环境保护和水资源开发提供参考。[方法]基于1970—2021年黄河源区气象水文数据,利用分布式水热耦合模型WEP-ISF分析不同时期黄河源区月均流量及其实际蒸散发、土壤温度、土壤含水量和径流成分动态变化过程,并运用多因素归因分析方法定量剖析各影响因素对径流量变化的贡献。[结果]①利用WEP-ISF模型对黄河源区1970—2021年流域水文及水热变化过程模拟验证,其土壤温度模拟值与遥感解译值的平均绝对百分比误差为69.78%~171.55%,Nash效率系数均超过0.70;土壤表层含水量模拟值与遥感解译值的平均绝对百分比误差为13.94%~20.97%,Nash效率系数基本达到0.5以上;月平均流量模拟值与实测值Nash效率系数和平均绝对百分比误差分别为0.80和25.85%;实际蒸散发模拟值与遥感解译值Nash效率系数和平均绝对百分比误差分别为0.80和53.39%。②冰川、融雪和降水产流多年平均为0.9,14.9,70.5 mm,分别占黄河源区径流深的1.0%,17.3%和81.7%。变化期1991—2021年相比于基准期1970—1990年,冰川、融雪和降水产流变化量分别为1.48,-3.8,-13.2 mm,这三者对黄河源区总径流深变化量的贡献率分别为9.53%,-24.48%和-85.05%。③唐乃亥多年平均径流量减少6.77×10^(9) m^(3),其中气候、下垫面以及工农业用水变化影响的贡献率分别为96.46%,2.49%和1.05%。[结论]在影响黄河源区径流变化的诸多因素中,气候因素是导致黄河源区径流衰减的主要驱动因子,其具体表现为冰川融水产流呈现增多趋势,而融雪产流和降水产流呈减少趋势。 展开更多

关键词 黄河源区 WEP-ISF模型 演变分析 水热耦合

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声波干预下微液滴群微物理变化及其与雷达反射率因子关系研究

7

作者 李岩 柏文文 《干旱区地理》 CSCD 北大核心 2024年第8期1388-1398,共11页

通过室内实验,探究了声波干预下微液滴群微物理变化特征,建立了滴群特征粒径与雷达反射率因子之间的关系,讨论了粒径增量与宏观雨强增量之间的量化关系。结果表明:(1)存在优选声波频率和临界声压级,实验重点关注的120 Hz声波频率(超过... 通过室内实验,探究了声波干预下微液滴群微物理变化特征,建立了滴群特征粒径与雷达反射率因子之间的关系,讨论了粒径增量与宏观雨强增量之间的量化关系。结果表明:(1)存在优选声波频率和临界声压级,实验重点关注的120 Hz声波频率(超过临界声压级)干预实验滴群,引起微液滴群特征粒径增大、粒径谱右移变宽,粒子数浓度减小,雷达反射率因子增大,该结论对于30~280 Hz声波同样适用。(2)D90-Z相关系数在0.9以上,大粒径对雷达反射率因子贡献较大,拟合参数a、b范围分别为[2.84×10^(-8),1.104]和[0.6713,9.2000]。(3)滴群特征粒径增量与宏观雨强增量呈线性正相关关系,相关系数均在0.98以上,并且声压级越大,拟合的线性斜率越小。研究结果对外场试验效果评价具有重要的参考意义和指导价值。 展开更多

关键词 声波 微液滴群 临界声压级 粒径谱 雷达反射率因子

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基于SPHAM方法的流体在多孔介质中流动的数值模拟

8

作者 王科浩 顾声龙 +3 位作者 田丽蓉 吴海涛 李一帆 姚东泽 《水电能源科学》 北大核心 2024年第7期62-67,共6页

为了深入研究流体在多孔介质中的渗流过程,结合SPH和体积平均方法,并引入过渡区界面处理、新的边界条件及密度噪声处理方法;同时,在质量方程和动量方程中使用本征平均的物理量,构建了SPHAM渗流模型。利用该模型模拟了不同孔隙度的多孔... 为了深入研究流体在多孔介质中的渗流过程,结合SPH和体积平均方法,并引入过渡区界面处理、新的边界条件及密度噪声处理方法;同时,在质量方程和动量方程中使用本征平均的物理量,构建了SPHAM渗流模型。利用该模型模拟了不同孔隙度的多孔介质内的流动,包括U型管试验(饱和渗流)和溃坝试验(非饱和渗流),并对多孔介质内流体的水力学特性进行了分析。结果表明,在两种模拟结果中,水面线与试验结果及解析解吻合良好;同时,在不同模拟工况中均保证了体积守恒。 展开更多

关键词 SPH 多孔介质 水动力学特性 体积平均

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青藏高原东北部湖泊细菌群落结构特征季节性差异及驱动机制 被引量：10

9

作者 王丹丹 黄跃飞 杨海娇 《湖泊科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期267-278,I0010-I0013,共16页

微生物是湖泊生态系统重要的有机组分。了解不同时期青藏高原湖泊细菌群落特征、环境驱动因子及其群落构建过程的差异,对高原湖泊水生态管理具有重要的指导意义。分别于2020年6和12月采集青藏高原东北部5个湖泊水样,基于高通量测序技术... 微生物是湖泊生态系统重要的有机组分。了解不同时期青藏高原湖泊细菌群落特征、环境驱动因子及其群落构建过程的差异,对高原湖泊水生态管理具有重要的指导意义。分别于2020年6和12月采集青藏高原东北部5个湖泊水样,基于高通量测序技术、统计分析和模型分析,解析高原湖泊群在非冰封期和冰封期细菌群落结构、环境驱动因子和中性过程、确定性过程以及随机性过程在细菌群落构建过程的贡献。结果表明:(1)非冰封期湖泊细菌群落的Chao1丰度指数、Simpson和Shannon多样性指数低于冰封期,Spearman相关性分析结果表明非冰封期细菌群落的Chao1丰度指数和多样性指数与水温和海拔显著相关,而冰封期细菌群落的Chao1指数和多样性指数与总氮显著相关;(2)水体细菌群落的优势门均为变形菌门(Proteobacteria),非冰封期细菌中拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)的平均相对丰度明显高于冰封期。另外,主坐标分析和相似性分析结果表明非冰封期和冰封期的细菌群落组成差异极显著;(3)冗余分析结果表明不同时期湖泊群细菌群落结构的驱动因子不同,非冰封期环境因子影响的大小顺序为:总氮>纬度>总溶解固体>经度>溶解有机碳,冰封期为:海拔>溶解氧>溶解有机碳>pH;(4)Sloan中性模型计算结果表明冰封期高原湖泊细菌群落比非冰封期更易受到中性过程的驱动,并且冰封期细菌群落的迁移率也大于非冰封期(冰封期:0.289;非冰封期:0.130),反映冰封期细菌菌群扩散能力较强。随机性的扩散限制过程是非冰封期(贡献率=54.74%)和冰封期(贡献率=55.56%)湖泊细菌群落的主要构建过程。本文解析了不同时期高原湖泊细菌群落特征及其驱动机制,为高原湖泊水资源保护和管理以及深入理解细菌群落构建过程提供了基础。 展开更多

关键词 青藏高原 湖泊 细菌群落结构 驱动因子 中性模型 零模型

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基于SPH的台阶式溢洪道最优消能率参数研究 被引量：1

10

作者 吴海涛 郑温刚 +2 位作者 田丽蓉 高仁祖 顾声龙 《水资源与水工程学报》 CSCD 北大核心 2023年第2期107-113,120,共8页

为研究台阶式溢洪道的消能规律,明确台阶式溢洪道的最优消能率参数,利用DualSPHysics对台阶式溢洪道水流特征进行模拟,并通过与典型案例的对比分析验证了SPH方法对台阶式溢洪道水流模拟的适用性与准确性,模拟结果表明SPH方法可以较好地... 为研究台阶式溢洪道的消能规律,明确台阶式溢洪道的最优消能率参数,利用DualSPHysics对台阶式溢洪道水流特征进行模拟,并通过与典型案例的对比分析验证了SPH方法对台阶式溢洪道水流模拟的适用性与准确性,模拟结果表明SPH方法可以较好地模拟台阶式溢洪道上的水流特征。通过建立不同单宽流量、台阶段坡度和台阶数目的共计288种工况对台阶式溢洪道消能规律及其影响因素进行了研究。结果表明:在其他条件一定的情况下,台阶式溢洪道的消能率与单宽流量呈负相关关系;台阶数目对台阶式溢洪道消能率的影响并不显著,但是存在一个台阶数目能使台阶式溢洪道的消能率达到最大值,该最优消能率对应的台阶数目在78~81阶范围内,此结论对指导实际工程应用有一定的参考价值。 展开更多

关键词 台阶式溢洪道 最优消能率 光滑质点水动力学(SPH) 数值模拟

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基于SPH方法的渠道冰的热弹塑性本构模型研究

11

作者 牛恒岗 顾声龙 田丽蓉 《水电能源科学》 2025年第7期69-72,共4页

青海地区的输水渠道在冬季会出现结冰现象,冰体积伴随温度变化而发生变化,这一过程引发的拉压应力作用于输水建筑物,可能导致局部损伤。因此,针对渠道冰的动力学和热力学特性进行深入研究显得尤为重要。目前,涉及渠道冰本构模型的探索... 青海地区的输水渠道在冬季会出现结冰现象,冰体积伴随温度变化而发生变化,这一过程引发的拉压应力作用于输水建筑物,可能导致局部损伤。因此,针对渠道冰的动力学和热力学特性进行深入研究显得尤为重要。目前,涉及渠道冰本构模型的探索相对较为薄弱。为此,在已有研究的基础上建立了一种热弹塑性本构模型,并采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法对所建立的本构方程进行离散化,通过自主开发的C++程序,模拟了恒温条件下冰的三点弯曲破坏过程以及在表面温度升高影响下渠道冰温度应力的变化过程。为验证模拟结果的有效性,将模拟数据与试验数据及相关文献模拟数据定量对比。结果表明,在三点弯曲模拟中,模拟结果与试验数据具有较小误差,而在渠道冰热膨胀模拟方面表现出较好的一致性。这表明基于SPH方法的热弹塑性本构模型在渠道冰动力学和热力学数值模拟中具有较高的可靠性和准确性。 展开更多

关键词 SPH 热传导 热弹性 冰力学 数值模拟

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