黄河河口流路多目标联合运用方式研究
于守兵1, 2
(1. 黄河水利委员会黄河水利科学研究院, 河南 郑州 450003； 2. 水利部黄河下游河道与河口治理重点实验室, 河南 郑州 450003)
摘要: 黄河河口流路运用方式面临着新形势下保障防洪安全、维持生态功能和减缓海岸蚀退等多目标需求。采用实测水文资料和现场调查资料，分析河口河道防洪形势、黄河口国家公园建设需求和备用流路现状情况。清水沟流路在小浪底调水调沙运用后防洪形势明显改善，然而仍面临着大洪水的威胁；目前河道滩地呈现约6‱的倒比降，加剧了大洪水时的防洪压力。黄河口国家公园清水沟片区在清四控导工程以下无整治工程，规划的科研平台和大量基础设施要求洪水尽量不漫滩。刁口河片区规划的生态补水量为0.55亿m3，附近海岸因缺乏泥沙补给处于蚀退状态。刁口河主槽淤积萎缩，滩地开发建设侵占严重，亟待长期过水加强保护。新形势下黄河河口流路运用方式为“联合运用、常态过水、平滩分流、双河行洪”。刁口河常年维持一定的过水流量。当清水沟流量达到3 500 m3/s时向刁口河分流，大洪水时两条流路作为5 000 m3/s流量的泄洪通道。
关键词：黄河河口； 多目标； 流路运用； 清水沟流路； 刁口河流路
黄河流域黏性泥沙群体沉速计算分析
丰 青1, 2，肖千璐2，郑艳爽2，张晓华2
(1. 北京大学 环境科学与工程学院，北京 100084； 2. 黄河水利委员会黄河水利科学研究院，河南 郑州 450003)
摘要: 针对黄河流域由黏性矿物组成的黏性泥沙群体沉降特征展开研究。基于泥沙颗粒受力分析和能量守恒定律，以处于稳态的泥沙颗粒为参照物，构建了泥沙颗粒水沙界面能量耗散物理图形；建立了考虑挟沙水流运动黏性系数和紊动黏性系数的泥沙群体沉速显式表达式，并采用黄河流域典型黏性泥沙红色砒砂岩颗粒开展了泥沙群体沉速试验研究。结果表明：红色砒砂岩组成的含沙水体中泥沙群体沉速整体随含沙量增大而减小并逐渐趋于定值；当垂向平均含沙量为0.34~0.45 kg/m3时，泥沙群体沉速表现为随含沙量的增加而增大。采用试验数据对建立的公式进行验证，公式能较合理地表达水流黏性和尾流分离对泥沙颗粒沉降阻力的影响。研究结果可为黄河流域黏性泥沙淤积和输移规律研究提供参考。
关键词：黏性泥沙； 沉降速度； 能量耗散； 黏性系数； 黄河流域
长江口盐和泥沙密度分层对垂向紊动扩散的影响
王心雨1，顾峰峰2，李俊花1
(1. 上海海事大学 海洋科学与工程学院，上海 201306； 2. 上海河口海岸科学研究中心 交通部河口海岸重点实验室，上海 201201)
摘要: 为研究河口水域盐和泥沙的垂向密度分层对垂向紊动扩散的影响，基于长江口北槽12.5 m深水航道南侧的实测水沙盐资料，分析长江口北槽水域的盐度及含沙量垂向分布特征，并利用richardson数和pp81方案的零方程模型计算垂向紊动扩散系数，研究北槽水域盐和泥沙的垂向密度分层对垂向紊动扩散的影响。结果表明：盐和泥沙垂向密度分层影响下，长江口北槽河段沿程水体的垂向紊动扩散系数由近底层向近表层增大，水体中盐和泥沙等物质的垂向密度分层在北槽中下游河段对水体垂向紊动扩散产生较为明显的抑制作用；盐的垂向密度分层对水体垂向紊动扩散系数的抑制影响程度为大潮小于小潮、涨潮大于落潮；泥沙垂向密度分层的抑制影响为大潮大于小潮、涨潮大于落潮；盐的垂向密度分层是抑制水体垂向紊动扩散的主要因素，清水和盐水条件下的垂向紊动扩散系数比值最大可达5；泥沙的抑制作用相对较弱，清水和浑水条件下的水体垂向紊动扩散系数比值最大为2，垂向紊动抑制影响最大区域出现在近底层；盐和泥沙综合作用下的垂向密度分层，对物质垂向紊动扩散抑制程度更为明显，抑制前后物质垂向紊动扩散系数的比值在北槽中段的近底层达到最大值（约22）。
关键词：扩散系数； 垂向紊动； 密度分层； 长江口
堤防弯道决口逐渐溃决三维数值模拟
王 姣1，吴泽亮2，熊 威1，王萱子1，胡 强1
(1. 江西省水利科学院，江西 南昌 330029； 2. 南昌大学 工程建设学院，江西 南昌 330031)
摘要: 针对堤防弯道溃决溃口全过程扩展规律及溃口水流水力学特性难以获取的问题，基于flow-3d 软件，采用rng k-ε湍流模型和泥沙模型，建立堤防弯道逐渐决口三维数值模型，模拟水槽内弯道的溃决过程，室内试验验证了所建立的逐渐溃决模型具有较好的精度与可靠性，并对某实际堤防弯道决口进行数值模拟计算。结果显示：位于诱导溃口的背水坡侧最先溃决，溃口呈v形向临水坡堤脚线发展，且每当溃口发展到地基后，溃口呈倒梯形横向展宽；在垂直溃决水流方向，溃口处的水深在溃口处呈两侧高、中部略低的波浪形，溃口处的流速中部快两侧慢，在平行溃决水流方向，水深沿溃决水流方向逐渐降低，水面线随时间逐渐平缓；流速变化规律为溃口下游50~100 m范围流速最大，最大流速的出现位置随着溃决时间沿水流方向推移。
关键词：flow-3d； 弯道堤防； 溃决； 溃口； 水力学特性
感潮河段城市湿地水动力模拟及改善方案研究
丁 磊1，陈黎明2，王逸飞1，缴 健1
(1. 南京水利科学研究院 港口航道泥沙工程交通行业重点实验室, 江苏 南京 210029； 2. 南京水利科学研究院水灾害防御全国重点实验室, 江苏 南京 210029)
摘要: 湿地具有固碳释氧、涵养水源等作用，改善水体交换能力是湿地研究热点之一，但关于潮汐变动水位条件下湿地水体调控措施的探究相对较少。以长江南京段绿水湾湿地为例，建立平面二维水动力模型，开展感潮河段城市湿地水动力模拟及改善方案研究。计算不同水文条件及闸泵调度方案下湿地流场，分析潮位变动对绿水湾湿地水动力的影响，分析不同闸泵调度措施对水体流动性的改善效果。研究表明，闸泵联合调度可使枯季大部分区域水动力明显增强，但仍存在主槽外坑塘等局部滞水区，需通过湿地植被重构的方式提高水体自净能力。对易暴发藻类的4—5月，闸泵联合调度可较好改善绿水湾内上游区域的水动力条件，对于改善效果并不明显的下游区域建议增设补水点，降低水体富营养化风险。本研究可为绿水湾湿地的设计、建设与管理提供科学依据。
关键词：城市湿地； 二维水动力模型； 感潮河段； 闸泵调度； 生态补水
台风天气下通州湾港区附近海域风暴增水分布研究
陈自怡1，潘 毅1，罗广胜2，于普兵3
(1. 河海大学 港口海岸与近海工程学院，江苏 南京 210098； 2. 湖南省湘水集团有限公司，湖南 长沙 410000；3. 浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020)
摘要: 为规划通州湾港区建设，考虑极端天气下海域风暴增水的影响。以holland台风模型和era5再分析气象资料作为驱动，基于delft3d模型与adcirc模型构建大小嵌套的风暴潮数学模型。根据移行路径对1945—2021年间影响通州湾海域的台风进行科学分类，包括北侧掠过型、东侧掠过型、南侧掠过型、西侧掠过型和直接穿过型，每类选取3场典型台风，复演选取的15场典型台风过程，计算分析极端天气下通州湾港区海域的风暴增水分布特征。研究结果表明：通州湾港区附近海域在台风风暴极端天气下最大增水为0.5~1.0 m，以大洋港深槽、冷家沙外侧水道为中心往外海逐渐减小，南侧掠过型台风期间出现风暴增水极大值。通州湾增水大小与台风风场引起的风暴流场时空变化直接相关。
关键词：台风； 风暴增水； 通州湾港区
浙江沿海风暴潮增水对台风移速的响应研究
刘文龙1，梁慧迪2, 3，蒋茗韬4，李 博1，陈 维1, 2
(1. 浙江海洋大学 海洋工程装备学院，浙江 舟山 316022； 2. 自然资源部海洋空间资源管理技术重点实验室，浙江 杭州 310012； 3. 自然资源部第二海洋研究所，浙江 杭州 310012； 4. 上海大学 力学与工程科学学院，上海 200400)
摘要: 基于mike21建立东中国海-浙江沿海嵌套潮流模型，采用修正的holland风场对1509号台风“chan-hom”产生的风暴潮进行模拟，通过与实测数据对比验证表明该模型模拟结果合理可靠。基于验证模型，对1949—2020年间2个极端移速台风（低移速台风“mary”和高移速台风“kai-tak”）进行模拟分析，为剥离单一移速变量对增水的影响，以1509号台风“chan-hom”为基础，设置3种台风移速（2倍移速、实际移速及50%移速）对风暴潮增水影响进行研究，得到如下结论：（1）低移速台风尽管登陆时强度低于高移速台风，但对浙江沿海海域的增水影响时间更长，台风“kai-tak”增水0.5 m及以上的持续时间仅4 h，而“mary”却长达12 h；（2）台风移速越慢，向岸风影响时间越长，舟山群岛以西至钱塘江海域的增水随着移速的减小呈上升趋势，杭州湾南岸具有较大洪水及内涝隐患；（3）在台风登陆点朱家尖，3种移速下的增水及风速相差不大，最大增水出现在台风登陆前风速最大时刻，而在舟山外海，增水大小受潮位波动影响呈现周期变化，低潮位时增水较大，高潮位时增水较小。
关键词：风暴潮； 移动速度； holland 风场； mike21； 台风
不同生态流量需求下雅砻江中下游梯级电站联合优化调度
俞 雷，张陆陈，骆少泽，吴修锋，吴时强
(南京水利科学研究院 水灾害防御全国重点实验室，江苏 南京 210029)
摘要: 为协同雅砻江干流水力发电与河道生态流量需求，以中下游 7 座电站为研究对象，进行不同生态流量需求下雅砻江中下游梯级电站联合优化调度。基于改进型可变月径流法，计算了雅砻江主要生态控制断面最小、适宜及最佳生态流量过程；构建了以梯级发电量最大化为目标的雅砻江中下游梯级电站联合优化调度模型，并用遗传算法对其求解。结果表明：（1）随河道生态流量需求的提高，梯级电站发电效益和水资源利用效率均下降，其中锦屏二级电站发电量下降最为显著；（2）梯级电站保障发电效益正常发挥的同时，实施联合优化调度，其下游河道能维持更高层次的生态流量，一定程度缓解了流域水能开发利用与河道生态保护间的关系。
关键词：生态调度； 联合优化调度； 梯级电站； 生态流量； 雅砻江中下游
中国水文区划及水文分区方法综述
孙周亮1, 2，王 婕1，刘艳丽1, 3, 4，陈 鑫1，刘翠善1, 3, 4，王国庆1, 3, 4
(1. 南京水利科学研究院 水灾害防御全国重点实验室，江苏 南京 210029； 2. 水资源工程与调度全国重点实验室（武汉大学），湖北 武汉 430072； 3. 水利部应对气候变化研究中心，江苏 南京 210029； 4. 长江保护与绿色发展研究院，江苏 南京 210098)
摘要: 水文区划是水资源规划的重要依据，也是无资料地区水文研究的有效手段。中国早期的水文区划工作主要是适应水资源规划的需求，全国性的水文区划主要出现在1950s，20世纪末集中出现了更精细、完善的省级水文区划研究。水文分区是水文区划工作的核心内容，主要包括分区指标和分区方法的确定。当前采用的水文分区指标主要包括气候、水文、下垫面三类，水文分区方法以聚类方法为主。目前主要用于解决水文缺资料问题，同时也发展出生态水文分区方法，提高了生态性评价的合理性。基于当前研究进展，提出未来研究重点如下：（1）在水文分区中纳入水文相似理论；（2）水文区域性规律研究及其在水资源、环境、生态等领域的应用；（3）水文分区结果的检验与科学解释。本研究可为区域水资源规划、水文模型参数移植、生态环境保护等提供理论依据。
关键词：水文分区； 聚类； 流域特征； 水文相似
深度学习法检测大坝安全监测异常数据
杨关平1，李登华2, 3，丁 勇1
(1. 南京理工大学 理学院，江苏 南京 210094； 2. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 3. 水利部水库大坝安全重点实验室，江苏 南京 210029)
摘要: 有效检测出异常数据在大坝安全监测领域具有重要意义，但传统方法检测时受异常数据偏离大小和数量影响，鲁棒性较差。提出一种基于深度学习的大坝安全监测异常数据检测算法，模拟人工识别异常数据的过程，按分类和识别两个阶段检测异常数据，适用于检测变化趋势不确定的数据，其中标签数据集采取自动制作方式，具备反馈机制。试验结果表明该算法对各类异常添加模式的试验数据查准率平均达到0.97以上，查全率平均达到0.97以上，准确率平均达到0.99以上，尤其能有效找出小数值异常，比传统异常数据检测方法具有更好的检测稳定性、鲁棒性和实用性。
关键词：大坝监测； 异常数据； 深度学习； 检测
盐冻条件下纤维混凝土耐久性及强度预测
徐存东1, 2, 3，陈家豪1, 3，李 准1, 3，连海东1, 3
(1. 华北水利水电大学 水利学院，河南 郑州 450046； 2. 浙江省农村水利水电资源配置与调控关键技术重点实验室，浙江 杭州 310018； 3. 河南省水工结构安全工程技术研究中心，河南 郑州 450046)
摘要: 为探明玄武岩纤维细石混凝土在盐冻条件下的耐久性，准确预测混凝土在非线性特征及外界多因素影响下的强度变化，以甘肃景电灌区盐碱地的水工建筑物群及其服役环境条件为验证原型，通过开展室内材料试验，改变冻融介质（清水、3%nacl溶液、5%na2so4溶液）及玄武岩纤维体积掺量（0、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%），初步探究玄武岩纤维细石混凝土在不同盐冻环境下的单轴抗压强度变化规律。基于室内试验结果，通过构建天牛须搜索算法（bas）与bpnn结合的 bas-bp模型，预测了盐冻条件变化下玄武岩纤维细石混凝土的抗压强度；为验证bas算法的准确性，同时构建经两个智能算法改进的bpnn模型，对不同模型计算得出的性能指标进行分析及误差对比。试验结果表明：适量的玄武岩纤维掺入可以提高细石混凝土的抗盐冻性能，纤维体积掺量为 0.15%时，细石混凝土的各方面性能最优；nacl溶液中的试件比na2so4溶液的冻融损伤更严重。模型预测误差对比表明，bas-bp模型具有较好的准确性和稳定性。
关键词：细石混凝土； 玄武岩纤维； 抗压强度； 神经网络； 天牛须搜索算法（bas）
聚灰比对丙乳水泥基涂层性能的影响
章陶然1，葛津宇1，肖怀前2，林 立2，岳彬彬2，李怀森1
(1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 2. 江苏省淮沭新河管理处，江苏 淮安 223005)
摘要: 环氧涂层钢筋与混凝土保护层黏接力不足会引起混凝土整体结构稳定性不足，聚合物水泥基涂层与钢筋的黏接力更强。采用丙乳与p·o 52.5水泥，按不同质量比配置聚合物水泥基涂层，通过交联度测试、涂层拉拔试验、抗氯离子渗透试验及machu试验探索聚合物与水泥质量比（聚灰比）对涂层工程性能的影响，利用扫描电子显微镜-能谱法（sem-eds）分析聚合物与水泥水化产物的交互作用。试验结果表明：聚灰比对涂层工程性能存在较大影响且存在最优值（22%~27%），过高或过低的聚灰比均会降低生成膜状物的强度与致密性，进而削弱其工程性能。扫描电镜结果表明：丙乳水泥基涂层提升钢筋耐腐蚀性能与工程性能的机制，可以归纳为聚合物充分交联成膜并逐渐包裹水泥水化产物形成的连续膜状物改善了涂层致密性，从而提高涂层工程性能。通过调节聚合物水泥基涂层聚灰比可制得性能较好的钢筋阻锈涂层。
关键词：丙乳； 水泥基涂层； 耐腐蚀性能； 工程性能； 微观特性
滩海吹填粉细砂地基长期承载力特性试验研究
杨 杰1, 2，李景林1，孙大权3，王岩峻1，邵 帅2
(1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 2. 南京水科院瑞迪科技集团有限公司，江苏 南京 210029； 3. 中国石油天然气股份有限公司冀东油田分公司，河北 唐山 063000)
摘要: 对某运行10年以上出现沉陷冒水现象的滩海人工岛吹填粉细砂地基承载力进行分析，基于螺旋板载荷试验结果，研究了标贯击数、动探击数与地基承载力的关系，拟合了经验公式，在此基础上综合分析粉细砂地基承载力现状，探究地基长期承载力特性。研究结果表明，吹填粉细砂形成的滩海人工岛地基在长期反复的水力作用下可进一步密实，承载力有所提高，有利于场地的运行安全。但鉴于其松散特性，水力作用下易流失，防渗措施不到位可能导致沉陷脱空、冒水等工程问题，影响场地安全运行。因此，针对本工程沉陷冒水现象，需采取原位固化、帷幕封闭等防渗措施进行处理。
关键词：粉细砂地基； 承载力； 水力作用； 沉陷； 防渗
沥青混凝土心墙堆石坝心墙拱效应研究
李 勇1，李炎隆1，温立峰1，李维妹2
(1. 西安理工大学 省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室，陕西 西安 710048； 2. 中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南 昆明 650051)
摘要: 心墙拱效应是影响土石坝安全稳定运行的重要因素，心墙力学特性复杂且受众多因素的影响，复杂地形地质条件对心墙拱效应具有重要影响。首先对比了直心墙、斜心墙、下直上斜式心墙拱效应的差异，在此基础上选取岸坡坡度、河谷宽度、覆盖层厚度以表征坝体所处的地形地质条件。基于数值计算定量研究复杂地质条件对沥青混凝土心墙拱效应的影响规律。结果表明：心墙应力拱效应主要集中在心墙中部3/4坝高附近及靠近岸坡处；斜心墙应力拱效应相对较小，可以很好地改善心墙的整体受力状况；岸坡变陡，斜心墙整体的拱效应强度增加，应力传递的核心区域由心墙中部拓宽至心墙两岸坡；随着河谷宽度的增加，应力传递的重心逐渐由底部转移到心墙两岸及心墙中上部；斜心墙整体的应力拱效应并非随着河谷宽度的增加单调变化，当坝轴线长度与坝高比值增加到3~4时，河谷产生的河谷效应对斜心墙变形及拱效应的影响大幅下降；随着覆盖层厚度的增加，斜心墙底部的拱效应明显增强，底部的拱效应系数分布逐渐集中化、区域化，容易产生局部破坏。
关键词：沥青混凝土心墙； 地形； 地质； 拱效应； 土石坝
树根桩与预应力桩联合加固边坡稳定分析
成潇博1，姚华彦1，汪明武1，李远荣2，丁 飞2，梁国超2
(1. 合肥工业大学 土木与水利工程学院，安徽 合肥 230009； 2. 中煤第三建设（集团）有限责任公司市政工程分公司，安徽 合肥 230031)
摘要: 目前对树根桩与预应力桩联合加固边坡的研究相对较少，对其稳定性与敏感性的分析也不够深入。以徐州奎河边坡加固工程为例，基于强度折减方法，利用flac3d软件建立数值模型，分析树根桩与预应力桩联合加固边坡的稳定性及桩体受力与变形情况，并与预应力桩加固、树根桩加固、不加固3种方案进行对比分析，最后通过正交试验分析树根桩与预应力桩联合加固后边坡稳定性影响因素的敏感性。结果表明，采用树根桩与预应力桩联合加固边坡时：（1）比其他加固方案的边坡水平位移与支护桩水平位移更小，安全系数更高，达到了较好的加固效果；（2）边坡潜在滑动面为绕过坡脚的经过土岩交界处的深层滑动面，边坡下滑力主要由预应力桩承担；（3）边坡安全系数对各影响因素的敏感性顺序为预应力桩边长>树根桩桩长>预应力桩桩间距>预应力桩桩长>树根桩桩间距>树根桩直径。研究结果可为类似工程设计提供参考依据。
关键词：边坡； 树根桩； 正交试验； 强度折减法； 桩身内力
饱和土不排水柱孔扩张计算的通用半解析解
刘贯飞1, 2，雷胜友1
(1. 长安大学 公路学院, 陕西 西安 710064； 2. 中国十九冶集团有限公司, 四川 成都 610031)
摘要: 基于修正剑桥模型建立的不排水柱孔扩张解答仅适用于正常固结和弱超固结饱和黏土，不适用于严重超固结土和颗粒材料。采用统一状态参数模型（casm）和rowe剪胀方程推导土的弹塑性应力应变关系，结合大应变理论并引入辅助变量，用拉格朗日分析法推导了弹塑性土体有效应力和超孔隙水压力的相似解，在此基础上结合弹塑性区的边界条件，最终建立通用的饱和土中不排水柱孔扩张半解析解。计算结果表明，选择合适的间距比和应力-状态参数，所得结果与修正剑桥模型结果一致，并且对严重超固结土的计算结果更加合理；通过修正参数取值，该半解析解可用于更多类别饱和土中的不排水柱孔扩张计算。
关键词：柱孔扩张； 统一状态参数模型； 不排水； 拉格朗日分析法
基于botda的砂土地基预应力管桩抗拔静载试验研究
孔 洋1，汪璋淳1，何 宁1, 2，何 斌1，张中流1，周彦章1, 2
(1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 2. 水利部水库大坝安全重点实验室，江苏 南京 210029)
摘要: 针对砂土地基抗拔桩受力性能与荷载传递机理研究不足问题，将布里渊光时域分析（botda）光纤传感技术应用于长江下游地区厚层砂土地基预应力管桩原位抗拔静载试验研究，采用特殊设计的桩身刻槽钻孔、光纤粘贴保护、接桩过程连续植纤等技术工艺，实现了预应力管桩在拉拔过程中桩身受力变形状态的分布式测量与数据精确定位。研究结果表明：在上拔荷载作用下，试验桩桩身轴力沿桩身方向逐渐减小；桩侧摩阻力在下桩发挥效果较好，上桩侧摩阻力较小，全桩长侧摩阻力最大值在桩底；抗拔桩随上拔荷载的增加，轴力逐渐向下传递，向下传递的轴力主要由预制管桩侧摩阻力承担；分布式光纤应变传感技术能较好地监测预应力管桩桩身贯入施工因素对抗拔承载特性的影响。研究结果可在其他类型抗拔桩受力特性监测项目中推广应用。
关键词：botda； 抗拔桩； 分布式光纤； 静载试验； 砂土地基
三峡升船机齿条模型试验及状态监测方案研究
曹 毅1，王 可2，李伟雄1，胡吉祥2，石端伟3
(1. 中国长江三峡集团有限公司，湖北 武汉 430010； 2. 长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北 武汉430010； 3. 武汉大学，动力与机械学院，湖北 武汉 430072)
摘要: 三峡升船机采用齿轮齿条爬升式垂直升船机型式，其中齿条作为升船机船厢升降运行的传动设备，其设备安全可靠性对升船机的稳定运行至关重要，为其设置智能状态监测系统十分必要。通过小比例试验台，对齿轮有可能出现的缺陷与不良工况进行模拟试验，并采用基于同步压缩小波变换时频谱切片的分析方法及门控循环神经网络的故障诊断方法，进行齿条不良润滑、齿面点蚀与齿根裂纹故障信号的采集与识别。以试验结果为依据，提出了三峡升船机齿条状态监测和故障诊断方案，为三峡升船机齿条状态监测和故障诊断方案的现场实施奠定了良好基础。
关键词：齿轮齿条； 状态监测； 同步压缩小波变换； 门控循环神经网络； 故障诊断
