港珠澳大桥沿线极端风暴增水特征研究
曾凡兴1，麦权想2，路川藤3，丁 佩3，罗小峰3，高正荣3
(1. 河海大学 港口海岸与近海工程学院，江苏 南京 210098； 2. 港珠澳大桥管理局，广东 珠海 519060； 3. 南京水利科学研究院 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏 南京 210029)
摘要: 开展风暴潮作用下跨海交通设施沿线增水的特征研究，对交通工程运维期的防灾减灾和结构安全评估具有重要意义。基于1951—2020年实测台风资料，统计分析了以港珠澳大桥为中心的不同范围台风参数变化特征，发现自1951年以来，珠江口附近水域的年均台风数量、台风最大风速、台风中心最低气压趋势性变化不明显。构建了西太平洋风暴潮数学模型，计算了港珠澳大桥沿线不同区域的增水特征值，研究认为港珠澳大桥自西向东风暴增水值逐渐降低，大桥西侧珠澳人工岛处200年一遇风暴增水值为3.17 m，50年一遇为2.31 m，东侧东西人工岛处200年一遇风暴增水值约为2.30 m，50年一遇约为1.70 m。研究结果可为港珠澳大桥运维期安全评估提供技术支撑。
关键词：港珠澳大桥； 风暴增水； 数值模拟； 重现期； 台风
感潮河网口门处舾装码头工程对引排水的影响
顾正华1，辜樵亚1，盛娇樱1，翟玉明2，马 勇1
(1. 浙江大学 建筑工程学院，浙江 杭州 310058； 2. 江苏省水文水资源勘测局南通分局，江苏 南通 226010)
摘要: 与内陆地区相比，城市感潮河网在防洪排涝和水环境保护等方面面临较大压力，沿江水闸利用潮差进行内河引排水是提升感潮河网防洪排涝能力、改善水环境的有效途径，但临江工业的发展与感潮河网引排水容易形成矛盾。以南通农场闸闸口附近的惠生重工3#舾装码头新建工程为背景，采用数学模型研究舾装码头工程对感潮河网引排水的影响，提出一种将船舶概化成活动闸门的船舶阻水作用分析的等效处理方法，并验证其合理性。研究认为舾装码头工程口门拓宽疏浚措施对感潮河网排水排涝有利、对感潮河网引水不利，口门泊船对感潮河网引排水影响甚微。
关键词：感潮河网； 舾装码头； 水闸； 引排水； 数值模拟
城市更新视角下面向内涝防治的地表空间布局优化
陈明发1，马 星1，赵耀龙2, 3，杜 勇1
(1. 广东省城乡规划设计研究院有限责任公司，广东 广州 510220； 2. 华南师范大学 地理科学学院，广东 广州510631； 3. 自然资源部华南热带亚热带自然资源监测重点实验室，广东 广州 510663)
摘要: 城市暴雨内涝已成为威胁人民生命财产安全的重要灾害之一。随着我国步入“存量规划”时代，城市更新日渐成为存量空间布局优化、解决城市问题的重要手段。针对面向内涝防治的地表空间布局优化在城市更新规划中的应用及方法创新问题，通过耦合scs-cn水文模型与多元线性规划算法，构建地表空间布局优化模型，减少城市建筑空间布局对地表径流的影响，从而降低暴雨内涝的发生风险。以广东佛山为例，平均减少城市建筑空间布局对地表径流的影响为18.11%，最大达20.63%。地表空间布局优化模型通过减少极低与极高密度地表空间，增加低、中、高密度地表空间的方式进行，且以地表空间布局的小规模优化调整为主，可较好地与城市更新规划原则衔接，具备较强实用性。通过建筑密度总量控制及地表空间布局调整的方式，将优化结果纳入国土规划工作，从而降低暴雨内涝的发生风险。
关键词：城市更新； 内涝防治； 空间布局优化； scs-cn 模型； 多元线性规划
干支流垂直交汇下跌水工程下游通航水流条件优化
毛森浩1, 2，王 威1，张 铭1，童中山1，林燕萍1, 2
(1. 南京水利科学研究院 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏 南京 210029； 2. 河海大学 水利水电学院，江苏 南京 210098)
摘要: 支流入汇往往对干流通航河道流场特性产生影响。在干、支流交汇口支流段上修建水利工程，需优化工程布置以改善其泄流对交汇区通航水流条件的影响。以引江济淮工程派河段某入汇支流跌水为研究对象，通过1∶50比尺物理模型试验，研究跌水泄流以90°角汇入干流时交汇区通航水流条件，提出跌水工程优化布置方案。结果表明：在原布置方案基础上，增大跌水出口段泄槽扩散角度至10°，沿出口扩散段对称布置二级分流墩，并将出口扩散段浚深2 m，在5年及20年一遇洪水工况时，通航水流条件得到显著改善，汇流偏流系数分别为1.13、1.20，交汇区最大横向流速分别为0.15、0.29 m/s，满足规范要求。研究结果可为类似跌水工程布置提供有益参考。
关键词：跌水工程； 垂直交汇； 通航水流条件； 扩散角度； 分流墩
甘肃省水资源-经济社会-生态环境耦合协调驱动因素研究
张恬姿1, 2，王小军2, 3，齐广平1，康燕霞1，银敏华1，马彦麟1，贾 琼1，张向宁1, 2
(1. 甘肃农业大学 水利水电工程学院，甘肃 兰州 730070； 2. 南京水利科学研究院 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏 南京 210029； 3. 水利部应对气候变化研究中心，江苏 南京 210029)
摘要: 揭示水资源-经济社会-生态环境耦合协调的主要影响因素，对加强自然资源与经济社会系统宏观管理、推动区域可持续发展具有重要意义。基于内源动力和外向动力两个维度选取要素，在区域水资源-经济社会-生态环境耦合协调演变分析的基础上，引入固定效应模型测度2010—2019年甘肃省水资源-经济社会-生态环境耦合协调的驱动因素。结果表明：（1）经济发展水平、科技水平对甘肃省水资源-经济社会-生态环境耦合协调水平的提升具有正向作用，回归系数分别为0.029和0.021，且通过了1%的显著性检验；（2）分区影响因素差异显著，环境保护水平和经济发展水平的提高对各分区耦合协调度的提高具有促进作用。据此，在加快甘肃省经济社会发展的背景下，应协同相关政策及驱动因素的激励措施，推动水资源-经济社会-生态环境系统耦合演进。
关键词：水资源； 经济社会； 生态环境； 驱动因素； 耦合协调； 固定效应模型
基于星地融合降水的中小流域洪水模拟
曹 孟1, 2, 3，刘艳丽1, 2, 3，陈 鑫1, 2, 3，关铁生1, 2, 3，王国庆1, 2, 3，金君良1, 2, 3
(1. 南京水利科学研究院 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏 南京 210029； 2. 长江保护与绿色发展研究院，江苏 南京 210098； 3. 水利部应对气候变化研究中心，江苏 南京 210029)
摘要: 我国气象站点分布不均，导致众多中小流域的降水资料不足，给中小流域的洪水模拟带来一定困难。融合星地降水是提高降水时空分辨率和精度的有效方法，但在中小流域洪水模拟中的适应性需进一步研究。以屯溪流域为例，采用bp神经网络模型，分别将实测降水与gpm时代两种近实时卫星降水产品imerg_early及gsmap_nrt融合，并探讨融合降水在场次洪水模拟中的适用性。通过减少流域内降水站点数量，探讨在缺乏资料地区星地融合降水的应用潜力。结果表明：在不同数量实测站点条件下，融合降水模拟场次洪水的结果均可靠，确定性系数可达0.8，洪峰相对误差合格率在70%以上，峰现时间误差合格率达90%；当站点信息较少时，融合降水相较于实测降水的确定性系数及洪峰相对误差合格率更高。基于千河流域的模拟结果表明，融合了4个站点信息的融合降水的模拟结果与基于12 个实测站点的模拟结果一致。融合降水能为中小流域，特别是缺乏降水资料的中小流域，提供可靠的降水数据支撑。
关键词：imerg； gsmap； 融合降水； 中小流域； 洪水预报
耦合bp神经网络的mike11模型预报无资料断面水位
葛 路1, 2，张善亮2，许月萍1，江衍铭1
(1. 浙江大学 水科学与工程研究所，浙江 杭州 310058； 2. 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 310058)
摘要: 为解决无资料断面水位预报问题，提出bp神经网络与mike11模型耦合方法。通过小时尺度的洪水场次数据，选取水位、降雨和前期影响因子进行相关性分析；筛选出预见期12 h及24 h兰江流域水位关联度最高的预报因子，以多元线性回归(mlr)和反向传播神经网络(bpnn)模型构建兰溪站不同预见期下的水位预报模型；并利用mike nam-hd机理模型推演未设测站断面的水位数据，通过bp神经网络进一步构建兰江流域无资料断面的水位预报模型。结果表明：（1）bpnn模型对长预见期下的水位预报效果优于mlr模型；（2）随着预见期的延长，bpnn模型的纳什效率系数逐渐降低；（3）对比筛选预报因子前后bpnn 模型的纳什效率系数，12 h及24 h预见期下分别提升9.0%、34.7%；（4）提出的耦合bp神经网络和mike11模型方法可应用于无资料断面的水位预报。
关键词：洪水演进； mike nam-hd； bpnn； 水位预报； 无资料断面
基于数字孪生的智慧水利框架体系研究
朱思宇，杨红卫，尹桂平，陈 璇，邓人超
(南京市水利规划设计院股份有限公司，江苏 南京 210001)
摘要: 数字孪生是水利行业向智慧化升级转型、建成七大江河数字孪生流域的必要技术。总结归纳各类数字孪生涉水利技术，将相关技术手段按不同目的分层，描述感知层、设施层、数据处理层、模型层、平台服务层、应用层与智慧水利对应关系，借鉴车间动态建模理论，提出基于数据实时感知、动态建模、逆模型动态迭代的智慧水利动态建模流程，构建具有“多元数据集成可视化、运行态势感知、综合分析研判、应急联动处置”等功能的智慧水利框架体系。以构建流域某水闸数字孪生工程为例，基于智慧水利体系六层级，结合数字孪生前沿技术手段，建设相关设施、模型、平台，实现实时监测水闸相关数据、快速感知水闸安全边界、及时分析水闸运行态势等目的。研究可为推进智慧水利建设、构建数字孪生流域提供参考。
关键词：数字孪生； 数字孪生模型； 智慧水利； 智慧水利框架体系； 云计算
表面磨损与碳化作用下船闸混凝土耐久性研究
韩雪松，钱文勋，葛津宇，胡家宇，章陶然
(南京水利科学研究院，江苏 南京 210029)
摘要: 船闸混凝土在涨水期受船体摩擦碰撞及船行波冲蚀磨损，落水期受空气中co2的侵蚀。采用水下钢球法模拟涨水期船闸混凝土的物理磨损，结合快速碳化试验模拟落水期的co2侵蚀，研究船闸混凝土的性能退化规律。根据船闸设计服役指标和通航量确定表面磨损和碳化时长，以及二者的交替循环机制，宏观上通过碳化深度和抗冲磨强度反映船闸混凝土的工程性能退化规律，微观上基于热重法和压汞法表征船闸混凝土的成分和孔结构演化。结果表明，表面磨损作用会加速碳化反应，表面磨损和碳化循环作用机制符合内河船闸混凝土实际破坏情况。
关键词：内河船闸； 混凝土； 表面磨损； 碳化； 耐久性； 碳化系数； 等效模拟
大温差作用下矩形渡槽横截面温度梯度分析
尚洪彬1，李宗利2，李泽前1，杨 霖1，张 宁1
(1. 西北农林科技大学 水利与建筑工程学院, 陕西 杨凌 712100； 2. 西北农林科技大学 旱区农业水土工程教育部重点实验室, 陕西 杨凌 712100)
摘要: 渡槽在服役期间经历长期变温差循环作用，势必引起渡槽混凝土产生微裂纹等劣化，降低渡槽安全性。渡槽设计无专门规范，相关规范对渡槽是否考虑温度荷载也无明确指导意见。以新疆某矩形渡槽为例，通过有限元软件计算渡槽横截面温度场，分析其分布规律，探讨渡槽温度梯度及不同桥梁设计规范在渡槽设计中的适用性。研究表明：该渡槽通水时夏季横截面最大竖向正温差为35.8 ℃，不通水时为24.5 ℃；冬季通水时最大竖向负温差为−11.5 ℃，不通水时为−7.8 ℃。渡槽横向最大正温差为18.5 ℃，最大负温差为−8.4 ℃；较大的竖向与横向温度梯度会产生较大的温度应力，在设计中应给予考虑。实例竖向温度梯度与各种桥梁规范推荐的竖向温度梯度模式形式相似，但特征值存在较大差异，桥梁规范中的温度梯度模式不宜直接应用于渡槽温度应力分析，渡槽温度场宜根据槽身结构形式和运行工况计算确定。
关键词：渡槽； 大温差； 温度场； 温度梯度； 设计规范
考虑流固耦合的重力坝地震开裂过程模拟
李 斌，江守燕，孙立国，杜成斌
(河海大学 力学与材料学院，江苏 南京 211100)
摘要: 大坝抗震安全评价是一项重要工作。首先建立了考虑坝-基-库水相互作用的重力坝整体分析模型，采用声学单元模拟库水域，并通过若干算例验证了该模拟方法的可行性。然后采用扩展有限元法模拟坝体裂缝的开裂扩展过程，建立考虑裂缝面张开-闭合的接触模型。以金安桥碾压混凝土重力坝为例，建立该重力坝-地基-库水动力相互作用模型，探讨附加质量法及是否考虑库水可压缩性的流固耦合模型对重力坝地震开裂过程的影响，分析该重力坝在有缝状态下的超载潜力及初始裂缝位置对裂缝开裂扩展的影响。结果表明：附加质量法和不考虑库水可压缩性均夸大了地震作用力，裂缝开裂扩展更大，开口更加明显；随着地震峰值加速度的增大，该重力坝裂纹扩展路径向下偏转的起始位置向坝体内部延伸，在1.3倍设计地震加速度的地震荷载作用下，大坝将产生较长裂缝；折坡点处的初始裂缝在地震荷载作用下裂纹扩展更明显。研究结果可用于大坝遭遇强震时的开裂预测，为实际工程提供参考。
关键词：重力坝； 扩展有限元法； 流固耦合； 地震； 裂缝扩展
耦合压力加载对超声热激励效果影响研究
梁嘉辉，贾 宇，汤 雷，张盛行
(南京水利科学研究院 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏 南京 210029)
摘要: 耦合压力加载装置在超声激振中通过影响耦合压力，间接控制激励效果，从而影响超声激励红外热像技术探测效果。开展了耦合压力下混凝土微裂纹超声热激励试验，通过直接加载与铝合金限制装置加载的对比研究，分析900、1 200与1 500n初始耦合压力作用下的微裂纹受激温度场。研究结果表明：相同初始耦合压力不同加载方式下，直接加载的混凝土温升效果优于铝合金限位装置。这是由于激振过程中铝合金加载装置对换能器作用了50%以上的附加力扰动增量，换能器等效电阻随之剧变，导致超声激励系统工作稳定性变差，进而弱化超声热激励效果。后续研究应弱化加载装置对激振换能器的力扰动，聚焦系统刚度适应换能器高频激振行为的耦合压力低扰动加载装置，实现超声激励系统声能量的高效输出。
关键词：超声热像； 耦合压力； 加载方式； 热激励效果
基于xgboost 算法的堆石料南水模型参数反演及应用
李 威1，刘检生2，施增强2，郭万里1
(1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 2. 余姚市水库管理服务中心，浙江 宁波 315430)
摘要: 基于坝体原位监测资料反演分析坝料参数是获取坝料参数真实值的有效途径。针对面板堆石坝堆石料南水模型参数反演中的多材料、多参数问题，提出了基于xgboost算法的参数反演法。首先通过正交试验进行参数敏感性分析，精简待反演参数，进一步通过正交试验建立机器学习样本集，在对不同机器学习模型训练结果进行比较的基础上，提出基于xgboost算法利用坝体变形监测数据对坝体堆石料南水模型参数进行反演，并对利用反演参数计算所得的变形结果与实际监测结果进行比较。结果表明：xgboost算法相较于决策树等算法更具优势，结合正交试验可有效减少有限元计算次数，提高计算效率及准确性；利用反演参数所得的计算结果与实际监测结果有较好的一致性。
关键词：南水模型； 正交试验； xgboost； 参数反演； 面板堆石坝
压实后砂砾石料渗透特性试验研究
邓成进1，周 恒1，党发宁2，苗 喆1
(1. 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西 西安 710065； 2. 西安理工大学 岩土工程研究所，陕西 西安 710048)
摘要: 砂砾石料细颗粒含量多、易于压实，在重型碾压机具作用下，压实后砂砾石料的孔隙结构和渗透特性可能发生改变，将影响高混凝土面板砂砾石坝坝体渗流安全。开展压实后砂砾石料渗透试验，分析砂砾石料特征粒径与等效孔隙直径的关系，以及不同孔隙率对砂砾石料渗透特性的影响，并对常用的渗透系数经验计算式进行验证。研究表明：砂砾石料孔隙率的减小对其渗透特性影响较大，由于砂砾石料细颗粒含量较多，压实后颗粒填充紧密，渗透试验得出的渗透系数比常规经验公式计算值小1~2个数量级，出现较大偏差；随着孔隙率减小到一定程度，砂砾石料表现出黏性特性，内部无效孔隙增加、渗透系数大幅降低。基于中国水科院公式引入有效孔隙折减系数对公式进行修正，修正后公式计算得到的结果更加准确。研究成果可为高混凝土面板砂砾石坝坝体排水设计提供依据。
关键词：砂砾石料； 渗透特性； 孔隙率； 有效孔隙折减系数
水下高耸薄墙爆破对紧邻钢管桩的动力影响
封江东1，王金绪1，孙晓伟1，黎卫超2，曹 昂1
(1. 中交第二航务工程局有限公司，湖北 武汉 430040； 2. 长江科学院 水利部岩土力学与工程重点实验室，湖北武汉 430010)
摘要: 沉管隧道暗埋段对接端、预制干坞坞口的临时护岸多采用深水钢管桩-混凝土止水墙复合结构，所处环境及结构的特殊性使其难以采取机械拆除的方法，研究混凝土止水墙爆破拆除对紧邻钢管桩动力特性的影响具有现实意义。基于襄阳市某工程沉管对接端止水墙爆破拆除工程，采用欧拉-拉格朗日耦合方法建立三维精细化钢管桩-混凝土止水墙有限元模型，分析不同炮孔布置形式（桩间与桩侧布孔）下拆除爆破对钢管桩动力特性的影响。研究表明，不同布孔形式下，锁口钢管桩均不会倾倒，但桩间布孔更有利于螺栓剪断，能够达到拆除对象破碎坍塌、保留对象“断而不倒”、对周围环境“零干扰”的爆破效果。
关键词：沉管隧道； 高耸薄墙； 水下爆破； 拆除爆破； 钢管桩； 动力特性
堆石料湿化变形特性大型三轴试验研究
刘 翀1，傅中志1, 2，张意江1，石北啸1
(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: 堆石料浸水湿化易导致其和心墙之间变形的不协调，从而在坝顶部位产生纵向裂缝，危害大坝安全。通过对某水电站筑坝堆石料开展大型三轴压缩试验和三轴湿化试验，分别研究了加载和湿化过程中剪胀比与应力比之间的关系，以及湿化应变与围压和应力水平的关系。结果表明：湿化试样的峰值强度与初始饱和试样的峰值强度基本相同，即试样湿化时的应力水平对其峰值强度几乎没有影响，但试样的最终体变明显受到湿化时应力水平的影响。因此，计算土石坝湿化变形宜基于单线法试验；三轴湿化试验时的固结围压和应力水平均对湿化应变具有显著影响，围压越高，湿化体积应变越大，湿化应力水平越高，轴向湿化应变越大，据此提出了一个考虑围压和应力水平影响的湿化应变计算模型；堆石料在加载和湿化过程中服从不同的应力剪胀方程，在构建湿化变形的弹塑性模型时，应采用不同的塑性势函数分别描述堆石料加载应变方向和湿化应变方向。研究成果对土石坝湿化变形模拟和坝体裂缝预测具有一定的指导意义和工程应用价值。
关键词：堆石料； 湿化变形； 湿化模型； 应力剪胀方程
立式轴流泵装置外特性试验研究
周铭瑞1，周秉南2，刘健峰1，陆伟刚1
(1. 扬州大学 水利科学与工程学院，江苏 扬州 225127； 2. 宁波市水利水电规划设计研究院有限公司，浙江 宁波315000)
摘要: 为进一步了解具有蜗壳式出水流道轴流泵装置的外特性，确保泵站完建后的安全稳定运行，以涧沟泵站泵装置模型试验结果为基础，研究了涧沟泵站泵装置的水力性能，并根据试验结果优选该泵站的运行方案。试验结果表明：该泵站以叶片角度−2°运行时，流量和扬程均满足设计要求，泵装置可以达到最高效率71.4%；随着扬程的增大，流量降幅减小，符合排涝泵站需长时间大流量排涝的经济性要求；该泵装置汽蚀性能符合设计要求，叶片角度为−4°时，飞逸转速达到最高值，最高值小于2倍的额定转速，飞逸特性优良。此试验泵装置作为排涝泵装置时各项性能较为优异，具备深入研究开发的价值，可为扬程相近、流量较大的排涝工程设计提供参考。
关键词：立式轴流泵； 蜗壳式出水流道； 模型试验； 泵装置
水文相似理论研究进展
孙周亮1, 2，刘艳丽1, 3, 4，舒章康1，陈 鑫1，王 婕1，贺瑞敏1, 3, 4
(1. 南京水利科学研究院 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，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: 水文相似理论是比较水文学的核心研究内容，也是获取无资料地区水文模型参数的重要科学依据。通过梳理水文相似概念的起源和发展过程，辨析水文相似理论中的判别条件和适用条件两个基本问题。从水文相似性分类框架、水文相似性指标和水文相似度评价3个方面综述了水文相似理论的研究进展，并总结了水文相似理论的应用现状。最后，基于当前的研究进展及不足，指出水文相似的定义界定、水文相似的判别依据和适用条件、水文相似性指标和相似度对相似流域选择的影响是当前急需研究的课题。研究成果可为无资料流域水文预报、流域水文物理规律探索及水文相似理论完善等提供理论依据。
关键词：水文相似； 流域分类； 相似性指标； 相似度
