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2023年第05期目次

2023, 54(5):  0-0. 

摘要 ( 194 )   PDF (4920KB) ( 220 )  

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长江经济带水-能-粮流通及压力变化特征分析

王红瑞;王洪冲;赵伟静;申立杰;张力;

2023, 54(5):  2-11.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.001

摘要 ( 191 )   PDF (5437KB) ( 263 )  

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为促进长江经济带绿色可持续发展，实现区域资源优化配置，基于多区域投入产出模型，计算了2012年及2017年长江经济带区域9省2市的虚拟水、虚拟能和虚拟粮流通量，并在此基础上构建了水、能源、粮食以及水-能源-粮食系统压力指数用以分析长江经济带水-能-粮的流通、压力及其变化特征。研究结果表明：长江经济带区域虚拟水、虚拟能及虚拟粮在2012年以及2017年均呈现净流出，虚拟水和虚拟能净流出量减少，虚拟粮净流出量增加，虚拟资源流通格局与其资源分布不协调。长江经济带各省市2012年水资源压力较2017年变化不大，而能源、粮食以及水-能源-粮食系统压力呈现增加的趋势。2017年压力分布格局与2012年基本一致，下游地区较中上游地区压力更大。因此，长江经济带中上游地区应该充分利用好自身的资源禀赋，加强与下游地区的贸易流通，实现区域资源的合理分配。

中国水-能-粮协调度测度及差异性优化调控

孙才志;郝帅;

2023, 54(5):  12-20.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.002

摘要 ( 128 )   PDF (3508KB) ( 205 )  

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针对目前水资源-能源-粮食(Water-Energy-Food, WEF)系统协调度研究中存在的不足，构建了中国省际WEF系统协调度评价指标体系，采用综合评价模型及力学均衡模型对1997～2019年30个省(直辖市、自治区)的WEF协调度进行测度，并针对各类型区提出了相应的优化调整措施。研究结果表明：(1)研究期内，中国水资源系统、能源系统及粮食系统的评价指数均呈上升态势，东、中、西三大区域各系统的评价指数与全国变化趋势基本一致；各系统评价指数在空间分布上存在差异。(2)就协调类型而言，东部地区与中部地区除个别年份以外，其状态类型分布情况与全国状态类型分布相对一致，而西部地区则除个别年份以外均处于基本协调状态。(3)研究时段内，中国30个省(直辖市、自治区)出现高水资源系统-低粮食系统类型的次数最高，达到189次，占比27.4%,而高能源系统-低粮食系统的类型出现次数最低，仅25次，占比3.6%。基于研究结论，可针对各类型区的特点提出相应的优化调控措施，为促进中国WEF系统协调发展提供理论依据。

省份及行业视角下的中国水资源-能源流通特征

洪思扬;王红瑞;程涛;邓彩云;赵勇;

2023, 54(5):  21-30.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.003

摘要 ( 112 )   PDF (11613KB) ( 190 )  

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水资源与能源是社会经济发展中的两类重要资源，两者彼此依存、相互制约、互馈压力，以系统视角深入解析两种资源在国民经济系统中的流通特征，可以为资源高效利用及合理配置提供有效切入点。基于复杂网络理论构建资源网络模型，探究了水资源与能源在中国各省份及各行业之间的流通特征，通过挖掘网络特征寻求资源网络中的关键节点。结果表明：(1)以省份和行业为节点的水资源、能源网络均具备复杂网络属性，网络中的关键节点对于资源调控至关重要。(2)相比于以省份为节点的水资源、能源网络，以行业为节点的资源网络的小世界属性更为显著，因此以重点行业为视角的资源调控将比以省份为视角的更加高效。(3)江苏、山东、广东和浙江等经济发达省份同时在水资源及能源网络中具备较大点强度，化学产品业和金属冶炼及压延加工业具备较大的点强度及特征向量中心度，以上省份及行业的资源节约效应最容易在资源网络中传播扩散。(4)以省份为节点的水资源及能源网络分别集聚为3个和4个社团，江苏、陕西及内蒙古等社团间连接节点的资源节约效应容易在社团之间传播。构建的水与能源网络模型，深化了贸易视角下水与能源流通特征的研究，能够为资源可持续利用提供决策依据。

空间均衡视角下水-经济-人口要素匹配度评价方法

刘志武;郑阳;李子恒;张思琦;杨恒;桑学锋;

2023, 54(5):  31-39.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.004

摘要 ( 133 )   PDF (5879KB) ( 298 )  

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为响应水资源空间均衡发展战略，提出以行业用水量为轴，社会经济、人口、水资源为抓手的“一轴三维”区域空间均衡研究思路。构建总体空间均衡性评价与要素空间匹配度评价相结合的量化分析模型，研究各要素的时间演变规律和空间分布特征，并对匹配度算法进行改进，提出基于数列的累计排序占比算法。将该模型应用于1980～2019年长江流域农业、工业、生活用水与行业产值、区域人口和水资源量的空间均衡性分析。结果表明：近40 a间，长江流域各要素空间均衡性呈现总体波动向好态势，但各维度的差异明显，其中“水资源量-行业用水”呈现高度不均衡的状态。各要素空间匹配性方面，2019年长江流域行业用水与行业产值的匹配性较好，与区域人口的匹配性居中，与水资源量的匹配性不佳。通过对比不同匹配度算法，研究提出的累计排序占比法可以有效解决原有算法的不足，同时在不同的场景下均具有较高的稳定性和较好的可辨识度。通过构建总体空间均衡性指标评价与微观各要素空间匹配度分析相结合的“一轴三维”空间均衡评价体系，可为长江流域水资源调配、管理和区域均衡发展提供理论参考和技术支撑。

河流可持续性评价指标体系与方法研究

宋进喜;魏珂欣;邵创;任源鑫;程丹东;李宁;

2023, 54(5):  40-46.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.005

摘要 ( 127 )   PDF (2921KB) ( 237 )  

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为科学评价河流可持续性并识别其主要制约因子，从水安全、水资源、水生态、水环境、水经济、水文化6个方面选取22个指标构建河流可持续性评价指标体系及模型。通过AHP法赋权并识别主要表征因子，引入Fuzzy模糊数学和秩和比(RSR)法改进TOPSIS模型，提出可持续性水平评价方法，并以2010～2019年渭河陕西段为例，分析了河流可持续性水平随时间的变化情况，以敏感性指数SI探究了不同时期河流可持续性对指标变化的敏感程度。结果表明：(1)渭河陕西段可持续性主要表征因子为径流调蓄能力和水生生物完整指数；(2)总体来看，渭河陕西段可持续性水平整体为逐年上升趋势，等级从初步可持续(2010年)提高至较可持续(2019年);(3)不同年份渭河陕西段可持续性的主要敏感因子有所差异，整体对堤防防洪标准达标率I2和富营养化指数I11的波动敏感程度较大。研究结果验证了河流可持续性指标评价方法的合理性，可为流域可持续发展和水资源管理提供借鉴。

基于知识粒度-属性重要度的水资源可持续利用评价——以北京市为例

门宝辉;吴明明;刘灿均;刘焕龙;

2023, 54(5):  47-52.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.006

摘要 ( 120 )   PDF (2695KB) ( 223 )  

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北京市人口密集而区域水资源量有限，水资源的不合理开发利用曾一度导致地下水超采、水环境污染等问题，如何评价和促进北京市水资源利用的可持续性是缓解北京市水资源问题的基础。为分析北京市水资源利用现状，根据社会-经济-生态环境复合系统建立评价指标体系，采用知识粒度和属性重要度方法确定指标权重，基于集对分析和属性识别法定量评价了北京市2004～2020年水资源利用的可持续性，对比了不同权重下的评价结果并分析可利用水资源量对可持续性的影响。结果表明：基于知识粒度和属性重要度的赋权方法在评价中具有良好的适用性，不同方法所得评价结果虽略有差异，但整体上体现出的趋势性基本一致，均反映了北京市近17 a来水资源可持续利用水平逐年提高，呈现良性发展态势。同时，可利用水资源量是影响北京市水资源利用可持续性的重要因素，而南水北调中线工程为保证北京市可利用水资源量提供了有利条件。研究成果对北京市未来水资源保护和发展相关政策和规划的制定具有一定的参考价值。

权重和数据影响下水资源承载力评价不确定性研究

李占玲;王佳雯;叶瀛韬;董俊巧;刘星才;

2023, 54(5):  53-60.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.007

摘要 ( 104 )   PDF (2091KB) ( 204 )  

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水资源承载力是实现“空间均衡”的重要刚性约束条件，其科学评价对于地区生态文明建设与可持续发展具有重要理论与实践意义。以往研究多集中于确定性评价，然而受多种因素的影响，水资源承载力评价也存在一定的不确定性。以新疆地区为例，采用Bootstrap、均匀分布假设法的随机抽样以及随机误差生成等方法，借助隶属度及不确定度的概念，量化指标权重及指标数据不确定性对研究区水资源承载力评价结果的影响。结果表明：基于Bootstrap和均匀分布假设法，由指标权重不确定性导致的新疆地区水资源承载力评价等级不确定度分别为21%和17%,由数据不确定性导致的不确定度为8%;随着指标权重和数据不确定性的增加，研究区水资源承载力评价等级的不确定度均随之增加；通过增加等幅误差的方法表明，数据不确定性对研究区水资源承载力评价等级的影响更大。研究成果可为科学评价水资源承载力、降低其不确性提供参考。

贵州省洪涝灾害演变规律及致灾机理研究

曹建廷;黄火键;徐震;严涛;

2023, 54(5):  61-66.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.008

摘要 ( 63 )   PDF (2318KB) ( 141 )  

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洪涝灾害演变规律及致灾机理研究是科学制定防洪减灾对策的重要依据。采用线性回归和Mann-Kendall检验，分析1979～2020年贵州省洪涝灾害演变规律，采用灾害损失与其驱动因素相关分析方法，从洪涝致灾因子危险性、经济社会暴露度和承灾体的应对能力方面探讨洪涝灾害致灾机理。结果表明：贵州省洪涝灾害仍较严重，近10 a(2010 s)因灾造成直接经济损失50.5亿元/a、死亡人口48人/a; 1978～2020年，因洪涝灾害造成的直接经济损失呈显著增加趋势，造成的死亡人数呈显著减少趋势；暴雨洪水危险性呈增加趋势，一定程度上加大了洪涝灾害损失，经济资产暴露度的显著增加是洪涝灾害直接经济损失增加的主要驱动因素；近几十年防洪工程和非工程措施建设不断加强，对降低洪水危险性、减少经济社会暴露度、提升受洪水威胁人群的应急能力发挥了重要作用，有效降低了洪涝灾害损失，但仍滞后经济社会发展。研究成果可为进一步加强贵州省洪涝灾害治理及风险管控提供科学依据和有力支撑。

长江流域饮用水水源地名录管理的思考和建议

邓瑞;邓志民;王孟;李斐;沈丹丹;王晓雪;

2023, 54(5):  67-72.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.009

摘要 ( 86 )   PDF (1432KB) ( 183 )  

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《长江保护法》规定了长江流域饮用水水源地名录管理的制度内容，也确认了水行政主管部门水源地保护的法定职责。为深入落实《长江保护法》要求，在全面分析长江流域饮用水水源地管理现状的基础上，分析了长江流域饮用水水源地名录管理形势要求，提出了加强长江流域饮用水水源地名录管理的工作思路和建议。研究成果可强化《长江保护法》饮用水水源地保护制度落实，为加强流域饮用水水源地管理提供决策依据，对建立以水源地名录管理为基础的水源地保护体系、复苏河湖生态环境具有深远的指导意义。

孤山航电枢纽工程对汉江水环境的影响研究

刘扬扬;苏新华;蔡洺垚;

2023, 54(5):  73-79.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.010

摘要 ( 75 )   PDF (1590KB) ( 148 )  

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为科学评估孤山航电枢纽工程建设对汉江干流水环境的影响，在汉江上游梯级枢纽径流调算的基础上选取丰、平、枯典型日，采用一维、二维水质模型，预测分析了非恒定流条件下孤山航电枢纽工程建设前和建设后总体水质、局部水质和岸边水域纳污能力的状况，并提出了针对性的水环境保护措施与建议。结果表明：孤山航电枢纽工程建设后，库区及坝下各典型断面丰、平、枯水期COD和氨氮平均浓度降低，总体水质趋于改善；但岸边水域流速显著减缓造成局部水质变差，库区典型排污口枯水期COD、氨氮污染带范围增加，库区COD、氨氮岸边纳污能力分别减少9%和11%。为保护库区水环境，分别从生活污水、畜禽养殖、农业面源污染控制和防治等方面提出了相应的对策措施。研究成果可为建设生态友好型水工程、促进汉江生态经济带高质量发展提供技术支撑。

城市化对河流碳排放的影响研究进展

邓淋月;刘非;陈垚;侯一帜;袁绍春;

2023, 54(5):  80-87.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.011

摘要 ( 45 )   PDF (1377KB) ( 130 )  

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城市化造成的人类活动加剧，不仅打破了河流系统的碳循环平衡，还增加了河流系统的碳排放通量，对全球碳减排产生了消极影响。“双碳”(碳达峰与碳中和)背景下掌握城市河流碳排放特征及其影响因素，有助于合理制定流域生态治理(恢复)策略，保障城市生态系统可持续发展。探讨了城市化对河流碳排放的影响，总结了城市河流碳排放的关键影响因子，并提出该领域研究今后的发展方向。结果表明：城市河流碳排放通量明显高于人为干扰较少的自然河流，根据城市化对河流系统的干扰，将碳排放影响因素归纳为水环境因子、水文特征因子、气象因子和季节因子四大类型。水环境因子中，水温与碳排量呈正相关关系，DO和pH与之呈负相关关系，而营养盐因其营养负荷的不同使得河流系统中藻类物质主导的代谢方式不同，从而对河流系统中碳排放的影响不尽相同；水文特征因子中，高流速(一定范围内)会促进碳排放的增加，而流量和水位的变化大多会受水环境因子的间接影响而表现出对碳排放影响的不确定性；气象因子中，风速较大时会促进碳排放，气压则与之呈负相关关系；对季节因子的研究中，普遍认为碳排量在秋季较高，夏冬季适中，春季较低，但也有可能昼夜温差较大、表现为夏季碳排量较高。研究结果可为“双碳”背景下的城市河流生态治理(恢复)提供科学依据。

竹建筑材料全生命周期碳足迹测算及碳汇优势研究

许培玉;朱建君;徐霄枭;李海涛;熊振华;

2023, 54(5):  88-93.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.012

摘要 ( 48 )   PDF (2055KB) ( 152 )  

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为了缓解全球变暖的严峻形势，响应“2030碳达峰、2060碳中和”目标，实现建筑业绿色可持续发展，研究选定竹集成材为研究对象，利用碳排放因子法，识别并探讨竹建筑材料全生命周期的碳源和碳汇。在实地调研的基础上，分析了竹集成材在生产制作、材料运输及施工安装阶段的资源消耗量和碳排放，研究了原竹种植与竹建筑构件拆除回收阶段的碳汇特性。研究发现：单位体积(1 m3)的竹结构建筑构件全生命周期的平均碳足迹为-187 kg CO2,碳汇可能性达67.06%,即竹建筑材料的全生命周期碳足迹总体表现为碳汇，有利于控制气候变暖。在对比分析了不同建筑构件在物化阶段的碳足迹后，明确了竹建筑材料的碳储存优势。

乌江流域生态流量计算及其时空演变规律研究

吴承君;王仲梅;来志强;

2023, 54(5):  94-100.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.013

摘要 ( 90 )   PDF (4195KB) ( 183 )  

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针对现有常用的生态流量计算水文学法缺少对年际间天然水文节律考量的问题，通过划分年内来水期、年际间来水年型，基于最小月平均径流法计算原理，提出基于年内固定来水期(FPE)和不同水平年变来水期(DPE)的两种面向天然径流时程分配的生态流量确定方法。基于提出的方法分析了生态流量的时空演变规律，并以乌江流域为对象开展实例研究。结果表明：FPE法和DPE法生态流量计算结果整体上达到了Tennant法中“好”的流量状态；在时程上，丰水年生态流量计算结果呈增加趋势，其余年型生态流量计算结果呈减小趋势；在空间上，河道控制断面生态流量与控制流域面积呈显著正相关关系。所提方法为无资料或缺资料地区河段生态流量指标确定提供了参考。

汉江流域水工程生态流量保障实践及思考

陈连军;邓瑞;邓志民;

2023, 54(5):  101-105.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.014

摘要 ( 118 )   PDF (1283KB) ( 278 )  

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加强汉江水工程生态流量保障是维系汉江河湖健康、推进汉江生态经济带高质量发展的重要举措。介绍了汉江流域水工程现状，回顾了流域水工程生态流量管理实践与成效，指出了现阶段汉江流域水工程生态流量保障存在的主要问题。从改善水工程生态流量泄放设施、优化水工程调度运行管理、完善水工程生态流量监控体系、强化水工程生态流量监督检查、健全水工程生态流量标准规范等方面提出了思路和建议，以期为加强汉江水工程生态流量管理、复苏汉江流域生态环境提供支撑。

汉江王甫洲库区伊乐藻综合治理措施效用分析

单敏尔;刘鑫;周银军;李志晶;郭超;

2023, 54(5):  106-111.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.015

摘要 ( 54 )   PDF (3549KB) ( 153 )  

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为评估生境逆改造和生态调度相结合的方式对治理汉江王甫洲库区伊乐藻灾害的有效性，建立了研究区间的二维水动力模型，提出了水动力提升率这一概念，从典型断面、流场等方面对生境逆改造效果进行了定量分析，并对生境逆改造后的生态调度流量和方案进行了讨论。结果表明：(1)生境逆改造后断面特征点的总体水深增加达1.31 m,流速分布更加均匀，静水点个数显著减少。(2)改造后研究区间在枯水流量时水动力提升率最大，为44.55%,洪水流量时提升最小，为26.77%,周期提升率为35.59%。(3)生境逆改造之后的生态调度峰值流量调整为613.72 m3/s时，即可达到现有调度方案短时增至1 100 m3/s时的水动力提升效果，一次生态调度相较于现有调度方案可节约丹江口水库水量4.2亿m3,且相同最小流量下水动力提升率达17.2%。

生态系统优先保护区识别及生态治理成效分析——以六安主城区为例

吴一帆;唐洋博;李玮;李翀;

2023, 54(5):  112-120.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.016

摘要 ( 55 )   PDF (23069KB) ( 122 )  

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理清六安市生态系统服务功能现状和优先保护区，评估重要生态环境治理工程的成效，对支撑“合肥都市圈”的绿色发展具有重要意义。采用InVEST模型(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade-offs)和空间自相关等技术手段，探明六安主城区(金安区、裕安区)2000～2009年及2010～2019年的重点生态系统服务功能区，并通过对比分析明确六安主城区的优先保护区和治理区。以位于治理区的苏大堰湿地项目为例，分析其生态治理成效。结果显示：南部林地为六安主城区生态系统优先保护区，苏大堰湿地项目位于中心城区的面源污染防治和土壤保持治理区内；苏大堰湿地项目的建成将极大地提升项目所在地生态系统服务功能，其中“淠河绿廊”将增加项目区域土壤保持量49%,实现污染物消减增加54%,“湿地与农业示范区”将增加项目区域36%的土壤保持量，提升24%的污染物消减量。

长江流域降水集中突变特征及其遥相关因子分析

曹青;刘康龙;黄潇;郝振纯;

2023, 54(5):  121-126.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.017

摘要 ( 96 )   PDF (9038KB) ( 173 )  

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降水时域集中特征研究对流域抗旱防涝至关重要。基于长江流域1960～2020年气象站点降水数据计算降水集中度(PCD)与集中期(PCP)指数，采用滑动t检验、交叉小波变换与小波相干分析等方法，检测降水集中指数序列突变点，分析突变前后降水集中程度时空变化特征，并揭示降水集中指数对遥相关因子的响应。结果表明：(1) PCD与PCP突变节点约为1988年，突变前后PCD和PCP空间上皆大致呈由东南向西北递增的趋势，突变后流域年内降水分配趋向于均匀坦化且集中期提前。(2) PCD、PCP与太平洋年代际振荡(PDO)、北极涛动(AO)、厄尔尼诺(ENSO)、太阳黑子(SS)存在共振周期，其中PDO和ENSO与PCD和PCP共振相互作用更加显著，表明该遥相关因子可能是导致长江流域降水特征突变的重要因素之一。研究成果可为长江流域灾害防治、生态保护、水资源管理等工作提供技术支撑。

基于小波变换的降雨时间序列去噪方法研究

李东升;马金锋;饶凯锋;王晓燕;

2023, 54(5):  127-133.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.018

摘要 ( 75 )   PDF (2133KB) ( 138 )  

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小波变换在降雨时间序列数据的去噪方面具有显著的优势，可有效提高降雨时间序列预测的准确性。为确定降雨时间序列小波去噪过程中小波基函数、分解尺度以及阈值估计方法的选择，实现最优去噪，以国家气象科学数据中心2008～2018年的日降雨时间序列为基础数据，以中国5个不同气候类型的省份为研究区域，基于复合指标T对57种小波基函数的去噪效果进行评价，并评价去噪过程中可能的分解尺度和常用阈值估计方法。结果表明：7～10阶的Daubechies小波是去噪效果最好的小波基函数组，最小T值在0.326 4～0.422 8之间，Symlets小波族的去噪效果最差；最优的分解尺度为3级，最小T值范围为0.184 4～0.252 6;混合阈值和Steins无偏风险估计阈值的去噪效果最好，最小T值在0.377 3～0.435 9之间。研究成果可为中国境内降雨时间序列和其他水文气象时间序列的去噪方法提供参考。

考虑水流演进规律的引大济湟工程水量调度研究

王宏元;王渤权;

2023, 54(5):  134-139.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.019

摘要 ( 73 )   PDF (2299KB) ( 145 )  

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针对引大济湟工程供水调度范围广、水利设施多样以及工程调度目标复杂等难点，提出考虑水流演进过程的大系统分解协调技术，构建引大济湟工程水量调度模型。该模型基于大系统协调分解理论将引大济湟工程划分为多个子系统，利用子系统间的水力联系构建协同机制，获取各项水利设施调度方案信息，并结合一维水动力模型获取各个节点断面的水位、流量关键信息。结果表明：相比于仅通过水量分配模型获取的调度方案，采用该模型得到的方案不仅可满足供水需求，还可实现对供水过程的动态跟踪、模拟仿真，为用户提供更为精准、科学的供水调度方案编制手段，进一步确保沿线供水安全。

滇中引水工程区形变场特征分析

付平;陆进彬;李志荣;董志宏;吴荣琴;尹健民;

2023, 54(5):  140-148.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.020

摘要 ( 75 )   PDF (10868KB) ( 136 )  

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为分析滇中引水工程区的形变场特征，基于多期次GNSS观测及跨断层监测资料，借助速度场聚类与最小二乘配置算法，以及断层刚体运动等模型，推求了该区域主要断裂的现今活动速率和区域应变率分布，解算了活动断裂三维运动变化过程。研究表明：小金河-丽江断裂南段和小江断裂南段是两个强烈的地表变形区，楚雄段所在区域的构造运动相对稳定；建水盆地东缘断裂一带的剪应力积累水平较高；丽江-剑川断裂南段在2011年前后由张扭逐渐转变为压扭运动性质；2018年后，丽江-剑川断裂南段走滑速率较低，曲江断裂南东段的拉张活动强烈。研究成果可为穿越活动断裂的长线工程场地稳定性分析和结构抗错断设计提供参考依据。

金沙江巧家莲塘-龙井湾槽谷成因分析

程万强;王运生;宋良;李正友;周宇航;台梓含;

2023, 54(5):  149-155.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.021

摘要 ( 36 )   PDF (13603KB) ( 159 )  

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白鹤滩水电站作为世界装机容量第二大的水电站，在该水电站库区内位于云南省昭通市巧家县城台地后缘发育有一近南北走向的宽缓槽谷，其成因至今未有定论，研究该槽谷的成因对金沙江水系的变迁及巧家莲塘移民安置点场地的稳定性评价具有重要的理论及现实意义。基于详实的野外调查、超深钻孔编录、广域电磁法探测、土壤氡气测量以及测年等方法，研究了莲塘-龙井湾槽谷的地貌学特征、边界特征、充填序列、断陷幅度及其发育时限。结果表明：(1)莲塘-龙井湾槽谷形态上呈NNW且向东微凸，南北长约8 km,东西均宽约0.8 km,为小江断裂与则木河断裂交汇贯通后断陷形成；(2)莲塘-龙井湾槽谷基底为巧家拉分断陷盆地堰塞(构造)湖形成，其上覆泥石流冲洪积层和坡洪积层；(3)槽谷的断陷始于29万a前，终止于2万a前，断层幅度达37.5 m。

大渡河中游流域深厚砾石层沉积特征与渗透特性

邱潇;蒲勇;张亮;李明强;

2023, 54(5):  156-162.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.022

摘要 ( 56 )   PDF (13046KB) ( 115 )  

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大渡河中游流域广泛分布一套物质组成复杂、沉积环境多变且工程地质性质特殊的深厚砾石层，其渗透性是制约沿线基础建设活动的关键问题之一。通过野外颗分试验和室内外渗透试验，分别从渗透系数计算、水流流态、渗透性与沉积特征关系等方面对该地区深厚砾石层展开研究。研究结果表明：研究区域的砾石层主要由碎块石及角砾土组成，有效粒径和不均匀系数较大。试验中水在较小的水力坡降下以层流方式运移，符合达西定律；在较大水力坡降下渗透表现为层流-紊流过渡阶段，此阶段渗流速度与水力坡降成幂函数关系，两个阶段渗透系数均可采用提出的经验公式估算。研究成果可为研究区深厚砾石层渗透系数计算和渗透性强弱判定提供参考。

基于涌水影响半径的隧道涌水量预测方法研究

张修杰;周学民;韦未;张伟锋;

2023, 54(5):  163-168.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.023

摘要 ( 56 )   PDF (2108KB) ( 150 )  

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受断裂构造和降水等因素的共同影响，火成岩地区形成了一定规模的富水断层破碎段。当隧道穿越这类岩层时，极易发生涌水灾害而造成人员伤亡和设备损失。针对上述涌水问题，根据火成岩区富水断层破碎段的特点，将隧道涌水量分为基岩裂隙水释放量和降水入渗量两个主要组成部分，通过地下水疏干法预测基岩裂隙水释放量，同时利用降水入渗法预测降水入渗量。在此基础上，为提高涌水预测精度，引入了实测涌水量数据拟合的动态涌水影响半径参与计算，并推导出基于涌水影响半径的涌水量预测方法，最后以鸿图隧道后续开挖段为例对该方法进行验证。研究结果表明：(1)在一个降雨周期内，含水层平均厚度Hn越大，对应的影响半径Rn具有更高的增长速率；(2)随着涌水时间T增加，影响半径Rn的增长率逐渐降低；(3)所提方法的隧道涌水量计算结果与实际监测数据的误差在10%以内，可靠性较高。研究成果可为类似地质条件下的地下工程建设提供理论指导。

平底钢岔管体型设计与受力特性分析——以西藏德罗水电站为例

汪碧飞;熊泽斌;陈锐;

2023, 54(5):  169-174.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.024

摘要 ( 57 )   PDF (5824KB) ( 124 )  

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对称平底钢岔管各管节的管底在同一高程，钢管检修时，水体能自流排放，方便检修，但使用常规的解析方法对平底钢岔管进行体型设计较为困难，出图效率也较低。提出在CATIA中建立对称平底钢岔管的标准模板，以适应不同尺寸钢岔管的三维设计，并以德罗水电站中钢岔管为例，采用ANSYS程序对月牙肋钢岔管、平底月牙肋钢岔管及平底三梁钢岔管的受力特性进行分析。结果表明：3种形式的钢岔管均能满足受力要求，其中月牙肋岔管受力最优，但排水不便；平底钢岔管采用三梁进行加强后，加强梁与岔管管壁应力得到显著改善；平底钢岔管既能方便排水检修，也能满足受力要求，可在工程中推广应用。

水平定向钻扩孔施工地表变形计算分析

王超;胡长明;刘羽;赵俊杰;王志宇;

2023, 54(5):  175-181.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.025

摘要 ( 43 )   PDF (3651KB) ( 130 )  

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部分城市地下工程的管道埋深较浅(属半无限空间土体),上覆土压力较小，使用水平定向钻进行扩孔施工时常处于过压状态，易导致地表隆起变形，地面冒浆等情况发生。基于圆孔扩张理论和镜像法，推导出半无限空间土体下采用水平定向钻扩孔施工时地表位移的解析解，并以西安地铁十号线某穿越工程为例进行验证计算。结果表明：实测值与理论值变化趋势相一致，且平均误差仅为7%;增大扩孔级数、黏聚力和内摩擦角可以减小地表变形；强度理论效应对地表变形计算的影响不容忽视，计算时应根据土质选取合适的强度准则，避免使用D-P1和D-P3准则。分析结果可为水平定向钻技术的工程应用提供一定的理论技术参考。

基于模糊综合评价的岩溶帷幕灌浆效果分析

闫福根;邹德兵;闵征辉;肖伟;

2023, 54(5):  182-188.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.026

摘要 ( 60 )   PDF (5770KB) ( 125 )  

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针对岩溶帷幕灌浆效果评价存在控制因素多、难以统筹定量分析、现行方法具有片面性等问题，提出了基于模糊综合评价法的灌浆效果评价模型。首先构建了模型因素集U、评价集V、评价矩阵R,然后确定了基于层次分析法的权系数向量D,通过模糊合成算子得到了决策集E,实现了灌浆效果多维度定量评价。并以构皮滩水电站为例对模型进行了验证分析，分析结果表明：提出的灌浆效果评价模型与现行传统评价方法具有较好的同步性，但相较于现行方法，该模型不仅可反馈灌后岩体透水率，也可诠释灌后岩体完整性和岩溶封堵程度，具有更高的评价维度和更全面真实的评价体系，具有广阔的行业推广前景。

大孔径螺旋钻钻孔高喷防渗墙施工方法研究

刘达;谢为江;胡松涛;姚池;

2023, 54(5):  189-195.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.027

摘要 ( 67 )   PDF (13721KB) ( 130 )  

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传统的高喷防渗墙施工工艺受限于早期的钻孔设备，其钻孔孔径大多较小，存在钻孔切割地层、喷浆提升效率不高等问题。通过设备改进，采用大孔径螺旋钻机械辅助高喷防渗墙钻孔，并在钻具嵌入高压流体喷射装置(管路和喷嘴),可实现钻喷一体施工。依托江西省万安县遂川江罗塘乡防洪工程，开展大孔径螺旋钻孔高喷防渗墙施工试验，并采用数值计算分析、室内试验及现场检测相结合的方法验证防渗墙成墙效果。结果表明：在相同的地层参数、孔距、孔深以及喷浆压力条件下，采用更大的钻孔直径和长螺旋钻钻孔可获得更好的破岩效率与地层适应性；从墙体开挖检测、钻孔取芯渗透试验以及高密度电法探测试验结果来看，采用大孔径螺旋钻钻孔高喷防渗墙施工方法可以获得良好的墙体质量。

重大水利工程的环境公民行为影响因素研究

江新;王耀威;王婧雯;

2023, 54(5):  196-203.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.028

摘要 ( 45 )   PDF (1737KB) ( 132 )  

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为探究重大水利工程的环境公民行为影响因素，基于计划行为理论，引入制度压力和环境责任感知，构建影响因素的结构方程模型；通过对重大水利工程中242位项目成员的问卷调查，使用SPSS和Amos进行模型检验。实证结果显示：制度压力通过态度、知觉行为控制的中介作用对环境公民行为有积极影响，且知觉行为控制的中介作用更强；环境责任感知正向调节规范压力与态度间的关系，以及模仿压力与知觉行为控制间的关系。研究成果丰富了重大水利工程项目成员环境公民行为的“制度-心理”机制，为有效借助制度力量改善重大水利工程的环境管理绩效提供参考。

深厚复合软土地层力学参数试验对比研究

刘皓;杜学才;骆行文;赵利鹏;龙杰;何志攀;

2023, 54(5):  204-210.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.029

摘要 ( 60 )   PDF (4375KB) ( 143 )  

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土体抗剪强度、压缩模量及静止侧压力系数是深埋引水隧洞设计和施工的重要力学参数。通过试验对滇中引水工程昆明城区深厚复合软土地层的力学参数分布特征进行研究，并对不同试验方法获得的力学参数其关联性进行分析。研究结果表明：三轴(UU)试验获得的土层摩擦角较快剪试验获得的摩擦角小，而黏聚力大于快剪试验土体黏聚力，两种试验获得的黏聚力、内摩擦角均具有良好的线性关系。土层埋深较浅时，旁压试验和固结试验获得的压缩模量相近；土层埋深较大时，旁压试验获得的压缩模量小于固结试验获得的压缩模量。深厚复合软土地层的静止压力系数K0与深度不相关，其大小主要受土性的影响；利用旁压试验进行K0测试与室内K0测试获得的结果相近，验证了旁压试验在深厚复合软土地层中进行K0测试的适用性。研究结果对指导滇中引水工程及类似深埋岩土工程的设计施工有较强参考意义。

基于多数据源分析的隧洞围岩力学参数取值研究

张雨霆;黄书岭;丁秀丽;熊泽斌;陈锐;

2023, 54(5):  211-217.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.030

摘要 ( 82 )   PDF (1721KB) ( 153 )  

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针对缺乏现场岩石力学试验时的隧洞围岩力学参数取值问题，提出了基于多源数据分析的隧洞围岩力学取值方法。首先，提出用室内岩石力学试验成果推演岩体力学参数的使用原则，建立了岩石和岩体力学参数的初步联系；依据规范建议和现场试验统计，提出基于质量分级的岩体力学参数界限，并结合基于经验型准则的岩体力学参数估计值，形成了基于多源数据的围岩力学参数的建议取值范围；采用数值分析方法，对建议取值范围内的力学参数进行敏感性分析，获取了不同围岩力学参数取值方案条件下的塑性区深度和围岩变形的量化规律，并依据工程计算经验缩减了岩体力学参数范围；最后，进一步结合类似工程案例的现场力学试验成果，提出了围岩力学参数的取值方案。工程应用表明，该方法有效解决了缺乏现场岩体力学试验条件下的隧洞围岩力学取值问题，可为具有类似情形的隧洞支护设计和围岩稳定评价提供参考。

节理面剪切过程中细观接触规律及JRC预测方法研究

莫孙庆;皮桥辉;

2023, 54(5):  218-222.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.031

摘要 ( 87 )   PDF (4499KB) ( 121 )  

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研究岩石剪切机理是预测岩石节理抗剪强度的基础。利用数值追踪技术反演了节理面直剪试验过程中细观微凸体的接触分布规律，从接触角度、接触面积和接触位置入手，分析并建立了平均接触角与岩石节理面粗糙度系数(JRC)值关系式。研究表明：(1)从剪应力峰值时刻对应的平均接触角来看，法向应力对接触角影响并不显著，接触角与节理面的形貌有关。剪应力与平均接触角呈现正相关，剪应力最大时刻对应的平均接触角最大。(2)剪切过程中大多数(90%以上)剪切位置发生在微凸体迎着剪切方向的一侧，很小一部分接触区域发生在背离剪切方向的一侧。(3)利用平均接触角确定JRC值进而预测节理面强度精度较高，平均误差不到5%,证明利用接触角确定JRC值进而预测节理面抗剪强度具有一定的准确性与合理性。

基于3D-DIC的多裂隙灰岩裂纹扩展及连接规律研究

彭岩岩;程啸;宋南;秦奇;张庆鹏;

2023, 54(5):  223-230.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.032

摘要 ( 51 )   PDF (18019KB) ( 114 )  

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为深入了解中间裂隙倾角对含裂隙灰岩裂纹扩展和连接的影响，对含预制裂隙的灰岩试样进行单轴压缩试验。通过3D-DIC技术得到了试样破坏过程应变场演化图，并结合裂纹扩展过程图分析灰岩试样破坏的全过程。研究发现：主应变场的演化过程就是高应变区的扩展过程，该过程与裂纹起裂、扩展和贯通过程具有很好的一致性。随着中间裂隙倾角的增大，中间裂隙上的应力集中区域会由裂隙中部向裂隙两端转移，而平行裂隙上的应力集中区域会由裂隙端部向裂隙中部转移，同时，平行裂隙与中间裂隙之间的连接裂纹种类并不会随着中间裂隙倾角的改变而发生改变，皆为拉伸连接裂纹。中间裂隙倾角的改变对灰岩试样最终破坏模式影响较小，试样破坏大多为劈裂或拉伸破裂。该试验的研究方法和结果对研究处在层状岩体地质条件下的工程围岩稳定性具有一定的参考价值。

基于萤火虫算法优化BP神经网络的爆破振速预测

张勇;李旋;尹燕良;李富杰;

2023, 54(5):  231-236.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.033

摘要 ( 58 )   PDF (2224KB) ( 160 )  

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爆破振动是岩体爆破开挖工程中典型的有害效应，实现爆破振动精准预测对爆破过程中的风险控制意义重大。为实现这一目标，借助萤火虫算法(FA)对反向传播神经网络(BPNN)的权值和阈值进行优化，构建FA-BP神经网络预测模型，以露天矿山台阶爆破中多个设计参数和爆心距为模型输入参数，对峰值质点振速进行预测，并比较FA-BP神经网络模型、统计预测方程、BPNN模型和随机森林方法的预测结果。最后，借助归一化互信息分析各输入参数对FA-BPNN预测结果的敏感性。研究结果表明：FA-BPNN模型能有效预测爆破峰值质点速度，预测结果对应的均方根误差、平均绝对误差和决定系数分别为1.445,1.182和0.973,预测效果较其余3种方法更好；单段最大装药量、爆心距、炸药单耗、台阶高度与抵抗线长度之比对爆破峰值振速预测结果影响较大。

复杂承台群桩基础桥墩局部冲刷及冲坑形态研究

彭程;王昊;胡传琦;

2023, 54(5):  237-245.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.034

摘要 ( 59 )   PDF (11604KB) ( 111 )  

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为研究水动力条件变化对复杂承台群桩基础桥墩局部冲刷的影响，以深圳市东宝河大桥主墩基础为研究对象，通过大比尺(1∶15)正态物理模型试验分析了桥墩基础在半掩埋条件下的局部冲刷坑形态、尺度及冲刷过程在不同水流偏向角度、水动力条件下的动力响应。结果表明：桥墩受小角度偏转水流的冲刷作用普遍增强；周边新建工程实施后，桥墩周围水深变小、流速变大，伴随着冲刷坑影响范围增大，水流偏向角为0°和5°时最大冲刷深度分别增加17%和16%;受复杂承台结构和群桩阻水效应的联合影响，沿桥墩轴线方向产生的3个冲刷坑尺度依次递减，至冲坑末端为沙脊淤积；冲刷坑在立面上呈现出从倒圆锥变化至半椭圆形态，且随着高程增加，冲刷坑水平方向尺寸增幅放缓而横截面面积显著增加。研究成果可为类似复杂桥墩型式的桥梁安全运行提供参考。

泵站进水池内部流动特性研究

李明;王勇;张子龙;熊伟;刘厚林;

2023, 54(5):  246-251.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.035

摘要 ( 73 )   PDF (6223KB) ( 136 )  

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泵站进水池内流态的好坏会直接影响到泵的工作效率以及整个泵站的安全稳定运行。基于CFX,使用Realizable k-ε湍流模型研究了不同水位和流量工况下进水池内表面涡特性以及流速均匀性动态变化规律。结果表明：当水位为600 mm时，小流量工况下两侧表面涡分布不对称，随着流量增大，两侧表面涡相互影响程度减小；当水位为800 mm时，不同流量工况下两侧表面涡分布均对称；当水位为1 000 mm时，小流量情况下两侧表面涡分布对称，随着流量增大，两侧表面涡相互影响程度增大。随着特征截面水位降低，进水池内特征截面的旋涡总环量增加，且旋涡总环量与水位成反比，与流量成正比；泵进口断面流速分布均匀度随着流量的增加而先增大后减小，随水位的增加而增大。研究成果可为进水池的结构优化提供参考依据。