水利工程思考题。
第一次作业：
本次作业要求初级职称学员答题，中高级职称学员答题）
污染物，英文为pollutant。通常，污染物可以定义为：进入环境后使环境的正常组成发生变化，直接或者间接有害于生物生长、发育和繁殖的物质。
混合过程：（1）竖向混合阶段：污染物质排入河流后，因分子扩散、湍流扩散和弥散作用逐步向河水中分散，由于一般河流的深度与宽度相比较小，所以首先在深度方向上达到浓度分布均匀，从排入口到深度上达到浓度分布均匀的阶段称为竖向混合阶段。
在竖向混合阶段也存在着横向混合作用。（2）横向混合阶段：当深度上达到浓度分布均匀后，在横向上还存在混合过程。
经过一定距离后污染物在整个横断面达到浓度分布均匀，这一过程称为横向混合阶段。（3）断面充分混合后阶段：在横向混合阶段后，污染物浓度在横断面上处处相等。
河水向下游流动过程中，持久性污染物浓度将不再变化，非持久性污染物浓度将不断减少。
2、什么是渗透反应墙修复技术？与抽出-处理法相比有什么优缺点？
渗透反应墙技术是目前在欧美等发达国家新兴起来的用于原位去除污水中污染物的方法。prbs 是一个填充有活性反应介质材料的被动反应区，当受污染的地下水通过时，其中的污染物质与反应介质发生物理、化学和生物等作用而被降解、吸附、沉淀或去除，从而使污水得以净化。
prbs 修复技术较目前应用比较广的p&t 技术而言具有更高的优越性。抽出-处理技术在将污染地下水抽出的过程中需要泵产生动力，因而要花费大量的电费，在地面污水处理过程中需要费用，最后在回灌过程中又需打井的费用。而渗透反应墙技术是一次性投资，不需要用泵将受污染水抽到地面处理，无须安装地面处理设备，且在安装后可自动运行，一般情况下不需要再进行追加投资。
prbs 技术不但经济，而且对污染物处理效果较好。而利用prbs 技术处理地下水中tce 的效率可达90 %以上。但是，渗透性反应墙也具有易被堵塞、地下水的氧化还原电位等天然环境条件易遭破坏、工程措施及运行维护相对复杂等缺点，加上双金属系统、纳米技术成本较高，这些因素阻碍了渗透性反应墙的进一步发展及大力推广。
3、规范和设计手册中坝内埋管设计方法的要点有哪些？
第一，按钢管单独承受全部设计内水压力作为校核条件，据此确定管壁厚度，钢管的允许应力取为(0.9~1.0)σs。
第二，假定配筋方案，将钢管与坝体混凝土简化为轴对称多层圆环，按钢管与坝体混凝土联合承载的原理，分析在内水压力作用下，坝体混凝土的应力状态，判断坝体混凝土是否开裂、裂多深、是否裂穿等，从而确定钢管传至坝体混凝土的内水压力，并计算钢管和钢筋的环向拉应力，这些拉应力值应小于材料各自的允许值。第三，按线弹性假定，将钢管周围坝体混凝土作为平面应变问题，计算在内水压力(取上述第二步计算得到的钢管传至混凝土的内水压力)和坝体荷载作用下孔口附近的应力分布，按sdj20一78《水工钢筋混凝土结构设计规范》(试行)的规定，按拉应力图形计算钢筋用量。第四，温度应力一般不作计算，而只是对混凝土允许拉应力取较大的安全系数，或在配筋计算中将钢筋设计强度降低20一40mpa，也有的是增加一定的钢筋用量，以作为抵抗温度应力的配筋。
同时要求在钢管周围混凝土浇筑时采取严格的温控措施，以降低温度应力。
4、简述钢衬钢筋混凝土岔管构造？
对于不同结构形式的钢岔管，国内许多学者做了大量的研究工作。研究结果表明，当岔管hd值很大时，如果仍然采用明钢岔管结构，将需要尺寸很大的加强梁，而且管壁厚度很大，或需要采用高强度钢材，这将给选材及制造安装工艺带来很大困难，同时还要增加投资。为此，可以参照钢衬钢筋混凝土管道的工作原理，在钢岔管外围布置钢筋混凝土，与钢岔管共向承载，这种岔管形式我们称之为钢衬钢筋混凝土岔管。
前苏联已成功地将这种钢衬钢筋混凝土岔管应用于努列克等水电站中。国内也已经在贵州大七孔水电站和云南柴石滩水电站采用这种岔管结构，取得了一定的经验。
为了使钢衬和外围钢筋混凝土更好地联合工作，钢衬的外周要尽量平滑，即尽可能采用贴边岔管、内加强月牙肋岔管或无梁岔管，而不应采用局部刚度很大的三梁岔管或球形岔管。对于贴边岔管，外围钢筋混凝土结构可以做成如图2-20所示的形式，为了减少材料用量，可以做成2或3个阶梯。
5、简述暗渠（管）防渗材料及特点？
用于暗渠（管）的防渗材料，不仅要满足防渗输水的要求，同时要承受外部荷载与内部水压力的作用。1、砌石暗渠特点是能够就地取材，成本较低，施工简单。其缺点为抗拉、抗渗性能差，阻力大。
一般适用于自流无压输水暗渠。2、石棉水泥管具有重量轻、耐腐蚀、使用年限长、承压能力高、便于搬运和铺设、内外壁光滑、切削和钻孔加工容易及施工简单等优点。但质脆，抗冲击与动荷载的性能差。
3、素混凝土暗渠（管）它具有较好的水力性能，水流条件好，可在工厂内预制，施工方便，成本较低。但存在抗拉应力性能差，承受压力水头低。4、钢筋混凝土管可分为预应力混凝土管和自应力钢筋混凝土管。
预应力钢筋混凝土管是通过机械张拉钢筋产生预应力的钢筋混凝土管。自应力钢筋混凝土管是利用自应力水泥的膨胀力张拉钢筋产生预应力的钢筋混凝土管。5、塑料管具有重量轻、管壁光滑、水头损失小、有一定的强度、耐腐蚀性好、挠性好、连接敷设容易等优点。
去电视外露容易老化，具有敏感的热膨胀性能，成本较高，因此，一般用于较小管径。
6、简述防渗抗冻新型材料及其特点？
1、 土工合成材料黏土垫（gcl）是一种新型的复合土工合成材料，它是在压实性黏土衬垫（compacted clay liner，简称ccl）的基础上发展而来的。还具有以下优点：1、柔性极好，抗张应力的能力强。
2、具有极强的自愈合功能。3、抗干湿循环和抗冻融循环的能力强。4、比土工膜搭接方便，安装简单，施工速度快。
2 、土壤固化剂应用于渠道防渗工程上，具有可就地取材、工程造价低、施工简单方便、防渗抗冻效果较好等优点。
固化土的物理力学性能随土壤性能、固化剂类别及掺量、含水量、施工条件等有所不同。固化剂用于渠道防渗其抗压强度和抗渗性较好，但抗冻性较低，直接用于北方地区，其耐久性较差。
3 、聚氨基甲酸酯/土工织物复合材料它由两层土工织物内嵌柔性固体材料聚氨基甲酸酯橡胶组成。它与土工膜相比，除具有柔性好、防渗效果强等优点外，还具有较强的抗刺穿能力；能与下部接触面粘附成一个整体，抗冲刷能力强；能根据渠道断面自动调节自己的形状；施工方便。
第二次作业：
本次作业只要求初级职称学员答，中高级职称学员不答）
1、什么是湿地？人工湿地净化技术的基本原理是什么？
湿地是由土壤基质及其浅水潮湿环境和水生植物、微生物、鱼虾类等水中栖息的动物共同组成的生态系统，通过物理、化学和生物作用的优化组合，起到污水处理、净化环境的目的。
人工湿地一般由人工基质和生长在其上的水生植物（如芦苇、香蒲、苦草等）组成，形成基质-植物-微生物生态系统。当污水通过该系统时，污染物质和营养物质被吸收、转化和分解，从而使水体得到净化。人工湿地是一种开发、发展、自我设计的生态系统，涉及多级食物链，形成了内部良好的物质循环和能量传递。
2、何为水体自净？水体自净按作用的机制可分为哪几类？
以河流为例，河流的自净作用是指河水中的污染物质在河流向下游流动中浓度自然降低的现象。这种现象从净化机制来看，可分为以下几类：
1）物理净化：是指污染物质由于稀释、扩散、沉淀或挥发等作用而使河水污染物质浓度自然降低的过程。其中稀释作用是一项重要的物理净化过程。
2）化学净化：是指污染物质由于氧化、还原、分解等作用而使河水污染物质浓度降低的过程。
3）生物净化：是指由于水中生物活动，尤其是水中微生物对有机物的氧化分解作用而引起的污染物质浓度降低的过程。
3、试述坝下游面钢衬钢筋混凝土管道结构计算方法？
对于坝下游面钢衬钢筋混凝土管道，简化成多层圆环的轴对称结构进行计算基本上是合理的。为此，在全面分析管道混凝土在内水压力作用下经历弹性——塑性——开裂整个过程的基础上，董哲仁教授级高工又提出了钢衬钢筋混凝土管道正交各向异性状态分析方法[3]。该方法从求解正交各向异性体的基本微分方程入手，系统地导出了管道混凝土开裂但末裂穿和已经裂穿两种状态下的显式应力计算公式。
这种方法避免了计算中解多元线性方程组的繁琐步骤，使计算更加简洁，而且可以保证计算精度，为设计人员提供了一种比较实用的设计方法。
4、论述我国渠道防渗技术的研究发展方向？
1、以提高渠道防渗、防冻和耐久性为重点，积极开展渠道改性防渗材料、新材料及应用技术研究。
1）改性混凝土防渗材料性能的研究。（2）新型固化土材料的研究。（3）新型复合土工膜的研究。（4）特殊土渠道防渗技术研究。
2、以防治冻害为中心，开展渠道新型防冻胀结构形式与新材料的研究。
1）建立渠道冻胀指标及分区信息系统（2）防冻胀最佳结构形式研究（3）新型保温复合材料及应用技术研究。
3、以提高渠道防渗工程质量和施工速度为目的，加大渠道防渗工程施工机械的研究。渠道衬砌施工机械化是今后的发展方向。
4、积极开展暗渠、暗管（管道输水）防渗的研究力度。
采用暗渠、暗管输水，防渗效果最佳，一般可减少渗漏损失95%以上，管道埋入冻土层以下，彻底解决了防冻问题。同时，具有适应地形能力强、节地、对交通和耕作更加便利等优点。虽然一次性投资较高，但使用年限长，一般可使用30年以上。
管道输水在发达国家已广泛应用，我们应加大暗渠、暗管输水防渗技术研究，如渠道与管道串并联水力性能及设计方法、分水控水设施、低成本大口径的新型管材及配套设备等方面的研究，进一步提高我国渠道防渗工程质量。
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