江苏省降雨及降雨侵蚀力时空变化趋势研究_罗梦琦.pdf

2023.228科技论坛挖方量为 15471.2m3，填方量为 3253.3m3。4.3.2 DTM 法应用 DTM 法分别对两期高程数据进行建模，计算出该区域的清淤方量。图 2 为 DTM 法图。深色部分表示高程发生变化，即此区域已进行了清淤施工。通过软件计算，得到挖方量为 13918.5m3，填方量为 1430.7m3。4.3.3 方格网法利用方格网法对相同的区域进行清淤方量计算，方格网法生成的网格以及各个网格自动生成的挖填方量较为利于组织施工。为了计算准确，将两期河底目标高程均设置为-4m，施工前挖方量为 24551.1m3，填方量为 500.3m3；施工后挖方量为 11990.0m3，填方量为 2881.0m3。施工后部分区域存在超挖，方量约为 2380.7m3，实际的挖方量为14941.8m3。4.3.4 计算结果对比从计算结果显示，以 DTM 法 13918.5m3 为基值，方格网法误差 7.35%，断面法误差 11.16%。5结论通过以上四种计算方法的对比以及实例研究可以得出：在河道清淤方量的计算中，DTM 法在两期清淤土方的计算中具有无可比拟的精确度及速度优势，只要在外业中采集到足够的反应河床变化的高程数据，无论河床地形如何变化，DTM 法都可以迅速地计算出清淤方量，不仅提高了工作效率，还可以为清淤工程的准确结算提供有力支撑，因此 DTM法可以作为河道清淤方量计算的首选方法江苏省降雨及降雨侵蚀力时空变化趋势研究罗梦琦1，2蒋丹丹2齐斐3颜韬4李想2（1.南京林业大学南方现代林业协同创新中心江苏省水土保持与生态修复重点实验室南京2100372.江苏省水利工程科技咨询股份有限公司南京2100033.江苏省水利科学研究院南京2100174.河海大学大禹学院南京211106）【摘要】研究江苏省降雨及降雨侵蚀力时空分布特征，有助于开展土壤侵蚀定量评价工作，为该区域水土流失防治与生态环境建设提供科学指导。本文以江苏省为对象，基于雨量站点长系列日降雨数据，采用以半月为步长估算降雨侵蚀力的简易模型计算降雨侵蚀力，采用降雨集中度、回归分析、距平分析与克里金插值方法探索降雨及降雨侵蚀力的时空分布特征。降雨时间序列对研究降雨及降雨侵蚀力规律变化有较大影响，后续应延长时间序列长度开展降雨及降雨侵蚀力周期性研究。【关键词】江苏降雨量降雨侵蚀力时空分布江苏省位于我国大陆东部沿海，土壤侵蚀状况在全国范围内属于较低水平，受季节性集中降雨与人为活动频繁等多因素影响，土壤侵蚀问题仍需引起重视。降雨侵蚀力具有较强的地域特征，在江苏省的研究还较少，因此开展江苏省关于降雨侵蚀力时空特征的研究十分必要。本文利用江苏省 399 个雨量站点 19812017 年的逐日降雨量资料，采用章文波日雨量模型计算降雨侵蚀力。利用降雨集中度评价降雨量及降雨侵蚀力年内差异性，采用回归分析和累计距平法分析降雨及降雨侵蚀力的年际演变趋势，基于普通克里金插值法分析其空间变异性，加深对研究区降雨及降雨侵蚀力时空分布特征的系统认知，为降雨侵蚀力获取及土壤侵蚀定量评价工作的顺利开展提供理论依据。1研究区概况江苏省地处我国大陆东部沿海；介于东经116 18 121 57，北纬 30 45 35 20 之间；总面积 10.72 万 km2，占全国的 1.06%。研究区共辖 13个地级市，96 个县（市、区）。研究区地势平坦，平原辽阔，河网密布，湖泊众多；地处亚热带向暖温带过渡区，四季气候分明，气温起伏大；降雨量年际变幅大，年内分布不均，汛期降雨量较为集中；土壤类型多样，主要类型有棕壤土、褐土等；地带性植被类型为落叶阔叶林、2023.229落叶阔叶常绿阔叶混交林与常绿阔叶林，南北跨度大，植被呈纬度地带性分布规律。2数据和方法2.1 数据来源与处理该研究搜集了研究区及其周边雨量站点 441 个19812017 年逐日降雨数据。根据时间序列与站点数据完整性需求，经筛选统计，选取符合数据质量及空间分布要求的 399 个站点作为研究的基础数据。2.2 降雨侵蚀力计算本文采用章文波建立的基于日降雨数据以半月为步长估算降雨侵蚀力的简易模型，公式如下：式中：Rj为半月降雨侵蚀力（MJmm/hm2h）；Pi为第 i 个半月 12mm 的日雨量；m 是半月日雨量 12mm 的日数；、为回归系数；Pd指日雨量 12mm 的日平均雨量（mm）；Py指日雨量 12mm 的年平均雨量（mm）；Pdi表示时间窗口内第 i 日 12mm 的日雨量。通过逐日降雨量数据计算全年共 24 个半月的降雨侵蚀力，由此汇总得到年降雨侵蚀力。2.3 统计分析方法采用 CI（concentrationindex）指数进行降雨量及降雨侵蚀力年内集中程度分析。当 CI 10 时，表明在年内分布较为均匀；10 CI 20 时，表明在年内变化具有明显的季节性；CI 20 时，表明在年内分布具有异常的集中性。CI 指数的具体计算公式如下：式中：CI 为集中度指数；Mi为第 i 个月的降雨量或降雨侵蚀力。采用线性回归分析和累计距平曲线进行降雨及降雨侵蚀力年际变化趋势分析。其中，线性回归分析法是进行时间序列变化趋势分析的基本方法，主要是根据数据序列中自变量与因变量的变化，推算其线性规律，并建立回归方程。累计距平曲线可以通过曲线的起伏变化情况可以判断研究对象的增减趋势与持续情况，以及突变发生的大致时期。2.4 空间统计方法基于雨量站点降雨量及降雨侵蚀力数据采用地统计学方法空间插值进行空间变异性分析。普通克里金插值法是地统计学应用于空间预测的常用方法，主要根据区域化变量的原始数据与变异数据的结构特点对插值点进行线性无偏最优估计。3结果与分析3.1 降雨量时空分布特征3.1.1 降雨量时间演变特征（1）降雨量年内变化根据多年平均降雨量年内变化情况，降雨量呈“几”字形分布。其中：最低值为 12 月（12.63mm），最高值为 7 月（103.92mm），汛期（69 月）降雨量占全年比例为 59.79%，与研究区降雨多集中在汛期的实际情况相符。研究区降雨 CI 指数的平均值为 12.51，说明研究区整体降雨存在一定的季节性。CI 的变化范围为9.67（苏州市吴江区）到 17.26（连云港市赣榆区），研究区年内降雨集中程度南北差异较大，由南向北呈现递增的趋势。整体来说研究区南部降雨年内分配较为均匀，南部降雨量大，季节间差异较小。CI在研究区北部（徐州市、连云港市）高于 15，说明年内降雨最集中，季节差异较大。（2）降雨量年际变化对 19812017 年间研究区年降雨量均值进行回归分析（图 1），年降雨量均值围绕平均值 20%上下波动，降雨量整体呈现非显著上升的趋势。对 19812017 年间研究区年降雨量均值进行距平分析（图 2）。在研究时段内，共有 19 个年份年降雨量均值为负距平，18 个年份年降雨量均值为正距平，降雨量总体呈现丰枯交替的波动变化趋势。3.1.2 降雨量空间分布特征对研究区 399 个雨量站点 19812017 年多年平均降雨量采用普通克里金插值法进行插值，获取多年平均降雨量空间分布特征（图 3）。研究区多年平均降雨量的平均值为 1016.69mm，变化范围为 647.89mm（徐州市丰县）到 1511.95mm（无锡市宜兴市），研究区降雨量南北差异较大，整体呈现南高北低、阶梯状递减的趋势。科技论坛2023.230图 119812017 年年降雨量均值回归分析图图 219812017 年年降雨量均值距平分析图图 319812017 年多年平均降雨量空间分布图图 419812017 年年降雨侵蚀力均值回归分析图图 519812017 年年降雨侵蚀力均值距平分析图图 619812017 年多年平均降雨侵蚀力空间分布图3.2 降雨侵蚀力时空分布特征3.2.1 降雨侵蚀力时间演变特征（1）降雨侵蚀力年内变化根据多年平均降雨侵蚀力年内变化情况，降雨侵蚀力呈“几”字形分布。汛期（69 月）降雨侵蚀力占全年比例为 59.79%。与降雨量年内分布情况相比，降雨侵蚀力各月之间的差异相比降雨量各月之间的差异来看有显著增大，汛期降雨侵蚀力占比进一步增加，降雨侵蚀力主要受 12mm 以上侵蚀性雨量影响，研究区强降雨多发生在汛期，因此这几月降雨侵蚀力在全年占主导地位。研究区降雨 CI 指数的平均值为 17.4，说明研究区整体降雨侵蚀力存在一定的季节性，这与降雨的季节差异规律一致。CI 的变化范围为 12.96（常州市溧阳市）到 22.71（连云港市赣榆区），研究区降雨侵蚀力季节差异明显，由南向北差异显著性增大。（2）降雨侵蚀力年际变化对研究区 19812017 年年降雨侵蚀力均值进行回归分析显示（图 4），在研究时段内呈现波动的变化，主要在平均值 20%的范围内浮动，呈现上升-下降的起伏变化趋势；根据拟合趋势线显示，年降雨侵蚀力均值整体呈现非显著上升的趋势。由研究区 19812017 年年降雨侵蚀力均值的距平分析可知（图 5），研究时段内，年降雨侵蚀力均值共有19个年份为负距平，共有18个年份为正距平，总体经历了上升-下降的波动变化趋势，整体变化趋势与降雨量大体一致。3.2.2 降雨侵蚀力空间分布特征研究区 19812017 年多年平均降雨侵蚀力的空间分布如图 6 所示，多年平均降雨侵蚀力的平均值为 5870.02MJ mm/hm2 h1 a1，介于 3683.38（徐州市丰县）到 7664.69（无锡市宜兴市）之间，南北差异显著。研究区多年平均降雨侵蚀力与多年平均降雨量的空间分布并不重叠，存在一定的空间差异。多年平均降雨侵蚀力整体呈现由南到北递减的趋势。受侵蚀性降雨、地理位置等因素共同影响，研究区多年平均降雨侵蚀力出现多个极值区域。4结论与讨论4.1 结论（1）研究区降雨量年内分布具有集中性，南部降雨量季节差异不明显，北部季节差异较大。在19812017 年间，研究区降雨量年际间变化差异较科技论坛2023.231劈裂灌浆技术在高塘水库中的应用王丹志1汪洁晶2于际凯1马路兴1杨佳慧1（1.徐州市水利建筑设计研究院有限公司徐州2210022.盐城市水利勘测设计研究院有限公司盐城 224600）【摘要】本文分析了劈裂灌浆的原理，以高塘水库为例，根据高塘水库的工程水文地质条件，设计灌浆孔的孔深、孔距、孔口压力值，确定制浆的参数、施工工艺和终灌时的标准，并对灌浆成果进行检测，检测结果满足设计和规范要求，取得良好效果。【关键词】劈裂注浆劈裂原理初始应灌浆压力1工程概况高塘水库为一中型水库，大坝为 20 世纪 50 年代施工的均质土坝，以重壤土、粉质壤土为主，局部坝段混有较多风化岩碎屑，容重 17.321.1kN/m3，Cq、q分 别 为 1340kPa、11 27 ，Ccu、cu分别 为 2551kPa、2 18 ；坝 基 为 重 壤 土，容 重18.320.8kN/m3，Cq、q分别为 1230kPa、9 20，Ccu、cu分别为 1537kPa、9 18。坝长 5300m，最大坝高 13.0m，蓄水后坝体出现多处裂缝、坡面塌陷，虽经加固处理仍存在密实性差、浸润线过高、局部坝段坡面渗水、背水坝坡下长期渗水、积水，大沙河老河床坝段渗漏严重等问题，针对以上问题坝体加固选用劈裂灌浆方案。2劈裂灌浆原理劈裂灌浆是根据最小主应力面平行于坝轴线，施加于沿坝轴线布置的灌浆孔孔口压力值，大于岩土体的起始劈裂压力而产生劈裂，控制单孔最大压力和屈服压力，在回弹压力的作用下灌入岩土体中的浆液析水固结，使所有与浆缝连通的洞穴、裂缝和软弱夹层等一些坝体隐患，均能得到浆液的充填、挤密、压实，形成一道垂直的防渗帷幕，从而提高堤坝稳定性的一项技术。劈裂灌浆设计有两个控制目标：一是通过恰好的灌浆压力设计在坝体内产生理想的裂缝，而且变形在允许范围之内；二是灌浆完成后土体仍有较好的回弹力，裂缝闭合性好，浆液固结快。二者均受控于坝的初始应力状态和灌浆压力，因此，坝体的应力应变分析是灌浆设计的理论基础。2.1 堤坝初始应力分布堤坝的形态一般为相对规则的梯形，三个主应力相互垂直，小主应力作用面沿轴线