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2023年第08期目次

2023, 54(8):  0-0. 

摘要 ( 227 )   PDF (3666KB) ( 298 )  

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智慧流域水文预报技术研究进展与开发前景

王俊 程海云 郭生练 张俊 崔震

2023, 54(8):  1-8.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.001

摘要 ( 311 )   PDF (1524KB) ( 394 )  

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当前处于传统水利快速迈向智慧水利的高质量发展新阶段，开展智慧流域水文模拟和洪水预报系统研发，是建设数字孪生流域的重要组成部分，是强化“四预”措施和推进智慧水利建设的必然要求。综述了流域水文模拟预报研究进展，剖析中国洪水预报业务现状和不足，从数据底板、规律机理、预报模型、方法技术和业务平台等方面对水文预报技术进行了探讨展望。研究结果表明，智慧流域水文预报的关键技术与发展前景为：(1)多源异构数据汇集，夯实流域数据底板；(2)加强河库系统水汽循环研究，揭示成因机理；(3)聚焦强人类活动影响特征，升级专业模型；(4)深化预报新技术研究，探索基于智能预报调度一体化业务体系；(5)打造通用化业务化平台，支撑多要素全周期“四预”功能。研究成果可为提高流域洪水预报水平，强化“四预”措施，建成数字孪生流域提供理论基础和技术支撑。

水利数字孪生平台三维模拟仿真技术研究与应用

张力 张航 刘成堃 祝宪章

2023, 54(8):  9-18.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.002

摘要 ( 263 )   PDF (51339KB) ( 431 )  

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三维模拟仿真技术是水利数字孪生平台建设的重要基础，为水利要素及水利治理管理过程的数字化映射、智能化模拟提供关键支撑。为进一步驱动各类水利模型的协同高效运算，推进对流域和水利工程管理活动的智慧化模拟，需对水利三维模拟仿真的流程框架和关键技术进行研究和应用。其中，基于IFC、CityGML等标准，将多种主流BIM平台数据模型与水利GIS场景数据进行深度对接融合，并实现融合数据与不同尺度数字化场景的关联映射，构建形成GIS+BIM多源融合、多维度、多尺度的水利数字孪生场景。基于基础空间分析功能，进一步接入水利专业模型，实现各种定制水利业务的三维模拟仿真，并结合云渲染技术提升三维可视化的保真度和质量。研究成果初步形成了水利数字孪生三维模拟仿真全链条解决方案，并通过多个数字孪生项目实例展示了其应用效果。结果表明，所提出的水利三维模拟仿真技术能够为智慧水利建设提供有力支撑与技术驱动。

数字孪生三峡库区建设关键技术研究

陈瑜彬 张涛 牛文静 秦昊

2023, 54(8):  19-24.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.003

摘要 ( 118 )   PDF (2138KB) ( 319 )  

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数字孪生技术在流域综合管理中的应用仍处于探索阶段，为了推动该技术在水利行业的深入应用，总结了数字孪生三峡库区建设过程中的经验，研究了建设过程中应用的关键技术。通过预报方案体系智建工具、预报调度实时互馈技术、水工程调度规程推理技术、全链条水文智能预报方法等实现了流域智慧模拟预报；提出了基于LBS技术的洪水预报预警信息靶向发布的技术思路，实现发布机构与用户的双向互动智慧化预警服务模式；提出了宏观、中观、微观多尺度，平面二维、立体三维、混合现实全场景的方案分析与展示思想，结合智能化模拟预报、智慧化预警，实现预报调度预演，辅助精准化决策。技术成果在三峡库区防洪安全和淹没影响分析中取得了较好应用效果，可为数字孪生流域建设提供参考借鉴。

长江流域干旱灾害应对的主要难点及其科技需求

许继军 陈桂亚 杨明智 袁喆

2023, 54(8):  25-31.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.004

摘要 ( 129 )   PDF (1399KB) ( 414 )  

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受流域旱涝变化规律叠加全球气候变化影响，近十几年来，长江流域极端干旱事件频繁发生，对流域供水安全、粮食生产、航运交通以及经济社会和生态环境造成了诸多不利影响。在分析长江流域干旱基本特征的基础上，梳理和总结了当前长江流域干旱灾害应对所面临的四大难点，即干旱形成机制和致灾机理复杂、监测评估与预报预警难度大、因旱致灾不确定性大以及旱涝急转威胁水利工程的正常运行调度。从机理研究、监测预警、水库调度以及抗旱非工程措施等方面系统探讨了长江流域干旱灾害应对的科技需求，并进一步提出了新时期推动长江流域干旱防御的思路和建议。

基于Copula的2022年长江流域极端干旱重现期研究

张洁祥 吕娟 张学君 屈艳萍 冯爱青

2023, 54(8):  32-39.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.005

摘要 ( 125 )   PDF (5259KB) ( 402 )  

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2022年夏季，长江流域遭遇了史上罕见的高温干旱事件，给农业、生态和社会经济带来严重影响。利用1961～2022年的气象数据资料，分析了2022年长江流域夏季高温少雨的时空分布特征；在此基础上，采用基于Copula函数的多变量风险评估方法，对此次高温复合型干旱事件的重现期进行了分析。结果表明：长江流域2022年夏季高温日数较常年同期偏多147.5%,为1961年以来历史第一位，且高温发展严重区域与降雨量偏少区域高度重合。基于Copula函数联合重现期的分析显示2022年夏季长江流域干旱超过100a一遇，为有完整气象观测记录以来最极端的干旱；而只考虑降水或者高温的单变量重现期分析将此次干旱事件定义为30a或者60a一遇，难以合理描述此类复合型灾害的发生风险。从空间看，2022年夏季长江流域干旱在上、中、下游的联合重现期分别为100,75,55a一遇。针对日益频发的复合型极端事件，未来风险评估需考虑两个或多个变量极端状况的同期叠加效应，这对于科学把握灾害的极端性及其风险影响、及时制定抗旱减灾措施具有重要的科学指导意义。

2022年长江口压咸补淡调度实践及成效

许银山 曾明 裘诚 胡挺

2023, 54(8):  40-45.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.006

摘要 ( 101 )   PDF (7256KB) ( 348 )  

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2022年长江流域出现罕见的“汛期反枯”现象，径流量显著偏少，长江口咸潮入侵发生时间早、持续时间长、入侵程度严重。开展水工程群联合调度是压咸补淡、保障供水安全的重要举措。针对长江口咸潮入侵特点，基于长江流域水文预报调度体系，通过搭建长河系、远距离、多类水工程综合影响的一维水力学模型进行多工况场景模拟，并结合原型资料分析，从调度时机和调度目标两个角度提出了适应长江流域现状水工程群的压咸补淡调度策略。通过开展水工程群压咸补淡调度，明显抬升了中下游沿程水位，减轻了长江口咸潮影响，基本缓解了供水紧张的局面，取得了显著的社会效益和生态效益。提出的策略可为今后长江口地区的压咸补淡调度提供技术参考。

长江中游典型河段岸滩稳定性评价研究

熊海滨 谭政 胡小龙 孙昭华

2023, 54(8):  46-53.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.007

摘要 ( 131 )   PDF (2832KB) ( 433 )  

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岸滩稳定是岸线开发利用的前提。针对局部岸滩稳定性缺乏系统量化评估方法的问题，引入层次分析法-综合指数法，分析了来水来沙、边界条件对岸滩稳定的影响，构造了以近岸泥沙输移、主流摆动、边坡形态、河道形态及近岸泥沙组成(各因子权重占比分别为34.3%,25.7%,23.0%,9.9%,7.1%)为评价因子的岸滩稳定性评估层次模型，明确了各因子对应量化指标及稳定性综合指数的计算方法。模型在长江中游典型河段——武汉河段中下段的应用结果表明：该河段内顺直河道与分汊河道交界附近岸段稳定性相对较差，河道进出口、节点位置岸段稳定性相对较好，且右岸总体稳定程度大于左岸。提出的综合指数能较好地识别河道两岸不同位置的稳定程度，评估方法简单、可靠，可供其他类似河段评估应用。

贵州省综合干旱指数构建及应用研究

刘振男 周靖楠 龚宇 徐敏

2023, 54(8):  54-59.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.008

摘要 ( 57 )   PDF (5251KB) ( 142 )  

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构建有效干旱指数是识别、评价实际旱情的关键，以贵州省为研究区域，基于月尺度降水、气温、土壤含水量数据，以GB/T 20481-2017《气象干旱等级》中综合干旱指数(CI)的构建方法为参考，采用主成分分析对上述多源数据集进行融合计算，提出了一种物理机制清晰、应用简便的综合干旱指数(PTS)。评价了该指数在贵州省的适用性，检验了该指数表征旱情时空演变全过程特征的能力，分析了该指数与其他常用干旱指数间的性能差异。结果表明：在干旱历时与强度方面，新构建的综合干旱指数能够准确地识别出贵州省全部6次典型旱情，同时其刻画的干旱发生-发展-消退全过程时空演变特征与历史资料基本一致。该干旱指数不但克服了典型气象干旱指数出现的高估旱情等级问题，而且对旱情态势走向评价更加准确。

基于GIS和组合赋权的城市洪涝灾害风险评估

熊凡 李沛鸿 袁逸敏 吴峰

2023, 54(8):  60-66.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.009

摘要 ( 83 )   PDF (14150KB) ( 226 )  

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为进行科学有效的洪涝灾害风险分析研究，减少洪灾损失，以江西省赣州市为例，基于灾害风险理论，从危险性、敏感性和易损性3个方向选取了多源环境洪水调节因子和社会经济参数构建洪涝灾害风险评估体系，借助GIS的地理处理和空间分析功能，结合信息熵和AHP法组合赋权，绘制出赣州市洪涝灾害风险等级分布图，并对洪灾风险进行评估。结果表明：赣州市洪涝灾害风险呈片状分布，高风险区与次高风险区分别占总面积的9.7%和21.8%,其中高风险区主要分布在赣州市东北部的宁都、石城和瑞金，中部的章贡区以及南部的全南、龙南和寻乌等地，评估结果与历史灾情数据基本一致。研究成果可为城市防洪治理与风险管理提供理论支撑。

浙江省铜山源水库水体偏碱污染成因研究

钱旭 蔡梅 王元元 白君瑞

2023, 54(8):  67-75.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.010

摘要 ( 72 )   PDF (4091KB) ( 141 )  

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针对中国东南丘陵地区水库出现不同程度的水质偏碱，部分水库在局部时段内水体pH值指标频繁超出地表水质量标准的问题，以浙江衢州大(2)型水库铜山源水库为例，实施水质监测和水生态调查。通过水文、气象、水质、水生态指标之间的相关性分析，揭示了自然环境本底水质、关键气象水文过程、外源污染以及藻类生长对水库水质偏碱污染的影响机制。结果表明：铜山源水库水体偏碱污染具有长期性的特征，且在每年的4～8月偏碱现象最为严重。水库周边自然环境下的本底水质偏碱，铜山源水库入库河流水体pH值高达8.02～8.47,局部时段高于地表水标准值。库区水体pH值指标与水温、DO、营养性物质(TP、TN)、叶绿素a等指标在一定程度上随着时间变化呈现出同步升降的正相关性。pH值变化受多种因素的综合影响，主要表现为直接或间接地促进藻类光合作用增强，导致光合作用效应大于水体水生动植物的呼吸作用，从而导致水体偏碱污染。

河流生态修复曝气技术研究进展及热点分析

吴佐京通 张训 潘红忠 廉晶晶 姚华明

2023, 54(8):  76-84.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.011

摘要 ( 87 )   PDF (15926KB) ( 149 )  

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随着中国生态文明建设的不断推进，河流生态修复与保护日益被社会各界重视，并成为水利学和生态学等领域的研究热点。曝气技术因见效快、施工维护简便，广泛应用于国内外河流生态修复领域。以Web of Science(WOS)数据库和中国知网(CNKI)作为文献捜索引擎，运用CiteSpace和VOSviewer揭示该领域的科学知识图谱。结果表明：国际河流曝气研究的发文量在整个研究期内均处于稳步上升趋势，中国的发文量增速显著，尤其是近3～5 a,中国英文文献发表数量跃居世界首位。曝气技术与其他技术的耦合治理效应、实际工程应用以及曝气技术参与或者介导下相关建模研究应是当前及以后相当一段时间的研究热点。国际机构间的合作较为密切，国内研究机构之间联系程度不高，企业参与度小。未来应加强中国科研院校机构之间及其与企业的合作交流，在相互协作中推动河道曝气技术的高质量发展。

水位抬升对丹江口水库底栖动物群落的影响研究

文威 李双双 冯桃辉 彭祺

2023, 54(8):  85-92.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.012

摘要 ( 63 )   PDF (3863KB) ( 158 )  

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南水北调中线工程水源地丹江口水库2014年秋季正式供水后，全年平均水位相较往年抬升超过10 m,极大地改变了库区的生态环境。在库区设置10个监测站位，于水位抬升前(2013年11月、2014年5月)和水位抬升后(2019年11月)分别对底栖动物进行了3次系统调查，在解析底栖动物群落结构、现存量、生物多样性变化的基础上，探讨水位变化引起的生态胁迫对底栖动物群落和库区生态系统的影响效应。研究结果表明，水位大幅抬升后，寡毛类仍然是丹江口水库底栖动物的优势类群，底栖动物的群落结构未发生显著改变，但优势种霍甫水丝蚓和正颤蚓的密度占比发生小幅变化，底栖动物种群分布趋于均匀分布，物种多样性趋于上升。水位抬升后水温分层效应的增强给原有生态系统带来了一定程度的胁迫和干扰，恶化了底栖动物的栖息环境，其现存量明显下降，β多样性略有上升。秋季(11月)适合霍甫水丝蚓的生长繁殖，而春季(5月)利于正颤蚓和摇蚊类的生长繁殖，底栖动物密度春季高于秋季。

黄河流域生态系统服务与城市化时空交互作用分析——以黄河宁夏段为例

肖芳 魏文颖 周斌

2023, 54(8):  93-100.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.013

摘要 ( 93 )   PDF (23469KB) ( 198 )  

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分析黄河流域生态系统服务与城市化的关系有助于精准化制定流域可持续发展政策。以黄河流域宁夏段为例，量化了1980～2020年粮食产量、产水量、土壤保持、碳固存和生境质量等关键生态系统服务，分析了城市化变化特征，并结合双变量空间自相关分析模型解析了生态系统服务与城市化之间的时空交互作用。结果表明：1980～2020年，宁夏粮食产量持续增加，土壤保持、产水量、NPP和生境质量呈增加-减少-增加的变化特征。宁夏城市化水平有所提升，呈现南北高、中部低的空间分布格局。1990～2020年，生态系统服务与城市化之间在全局尺度存在着空间正相关向空间负相关转变的特征，并且在局部尺度上以低-低集聚和高-低集聚为主。研究结果可为黄河流域生态保护和城市发展规划提供实践指导。

陆地冰冻圈变化的水文效应：研究现状及展望

王磊 柴晨好 齐嘉 胡宝怡

2023, 54(8):  101-108.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.014

摘要 ( 135 )   PDF (2229KB) ( 306 )  

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全球陆地冰冻圈主要由冰川、积雪、冻土、河湖冰等组成，与地球其他圈层联系密切，是全球变化最为快速、最为显著、亦是最具指示性和对气候系统影响反应最直接和最敏感的圈层。从陆地冰冻圈(主要考虑冰雪和冻土等要素)变化的水文效应角度，梳理了目前国内外的研究现状和关键科学问题，讨论了当前研究中存在的难点和不足，并展望了该研究方向的未来发展趋势。在全球变暖的大背景下，陆地冰冻圈发生了显著变化，冰雪和冻土的消融直接影响陆地水文过程及水资源供给，然而由于缺乏详实地面观测和未能完整刻画冰冻圈物理过程(尤其是冻土过程),目前研究仍缺乏对冰冻圈水文过程机理的深入理解。因此，认为构建全球陆地冰冻圈观测体系、开发具有完整物理过程的冰冻圈水文模型是未来研究的重点；未来应将冰冻圈视为一个整体，由单一要素、单一圈层的探索向基于多圈层互馈理论的冰冻圈科学体系化方向迈进，着重探讨其变化对区域乃至全球水文循环和生态环境以及人类社会经济的影响，并运用多学科交叉和新技术等手段开展全球尺度的系统性研究。

淮河小流域多源降水数据产品径流模拟对比分析

渠畅 魏玲娜 董建志 徐士惠 宁玮

2023, 54(8):  109-117.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.015

摘要 ( 49 )   PDF (3234KB) ( 177 )  

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为研究多源降水数据产品的地区适用性，对比不同产品的水文模拟效果，选取淮河上游紫罗山、中游黄泥庄两个流域，对比分析CHIRPS、CMORPH、ERA5、IMERG 4种产品模拟流域平均降水的误差特征，利用集总式FLEX模型对产品模拟结果进行比较，探讨了产品在淮河流域不同位置对径流模拟效果的影响。结果表明：(1)两个流域CHIRPS降水误差最大，CMORPH次之，ERA5和IMERG的精度较高，上游紫罗山流域多源数据集整体高估；(2)不同降水数据产品径流模拟性能不一，模拟效果与产品精度评估结果基本一致，总体ERA5和IMERG模拟径流与实测吻合较好；(3)总体而言，4种数据集有效反映了流域的空间水文特性，上游紫罗山流域径流模拟效果优于中游黄泥庄流域。

HDPE浮球覆盖率对消减水面蒸发及水质的影响

徐思远 严新军 王步之 侍克斌

2023, 54(8):  118-123.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.016

摘要 ( 69 )   PDF (2968KB) ( 115 )  

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为探究物理材料覆盖水面消减水面蒸发和对水体水质的影响，采用直径为10 cm的HDPE黑色浮球作为覆盖材料，5个直径和高度均为1 m的塑胶桶作为蒸发器，对浮球不同覆盖率下的防蒸发效果及水面微气候和水质的变化情况进行研究，采集试验数据并用SPSS软件进行相关性分析。结果表明：抑制蒸发率与浮球覆盖率成二次曲线关系，控盐率与节水率成正比且满足线性关系。浮球覆盖水面虽有稍微增加水温的负面效果，但能改变水面微气候，当覆盖率为73%时，水气间传质系数减小56.3%,近水面湿度增加12.9%。浮球覆盖水面后，减缓了水体矿化度、pH值、电导率、悬浮物含量等指标的增加速率。水面覆盖浮球能达到较好的节水效果，且对水体水质的恶化起到一定延缓作用。

武汉市城市化与水资源协调发展研究

侯雷

2023, 54(8):  124-130.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.017

摘要 ( 110 )   PDF (1551KB) ( 162 )  

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武汉市是长江经济带的核心城市之一，其城市发展与水资源之间存在相互作用。为明晰武汉市2010～2020年城市化与水资源的关系及协调发展特征，建立了城市化与水资源综合评价指标体系，在此基础上构建耦合协调模型，探究城市化与水资源的耦合协调度，并结合脱钩模型进一步分析城市化与水资源各指标间的关系。结果表明：武汉市2010～2020年城市化和水资源系统的主要影响因素分别为经济城市化和水资源水平。在城市化进程中，人口城市化和社会城市化综合指数平稳增长，分别增加0.14和0.20,经济城市化和空间城市化综合指数则表现为缓慢增长和快速增长两个阶段。在水资源系统的各项指标中，水资源利用指数在2010～2015年增长较快，2016～2020年在0.22～0.24范围内呈波动变化；水资源水平则在2016年和2020年较高，主要受年内降雨量较大的影响；水资源管理指数平稳增长，由0.02增加到0.28。2011年武汉市城市化与水资源的协调发展处于磨合阶段，2013～2020年属于高水平耦合阶段；根据耦合协调度可将武汉市2010～2020年城市化与水资源系统协调发展等级划分为7级，其中2013～2020年为协调发展阶段。武汉市城市化水平与水资源的脱钩类型主要为增长负脱钩和强负脱钩，占比分别为36.67%和25.00%。

胶东调水工程年度水量调度方案研究

金鹏宇 王超 孙嘉辉 雷晓辉

2023, 54(8):  131-138.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.018

摘要 ( 93 )   PDF (2240KB) ( 153 )  

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随着跨流域调水工程的规模逐渐增加，其内部各个组件之间的协调性降低，工程年度水量运行调度的难度和复杂性也随之增加。胶东调水工程年度水量调度方法根据胶东调水工程的工程特性，对沿线的枢纽工程进行概化并构建空间拓扑结构图，综合考虑汇水区水量补偿调节作用及分水口门的反调节作用，构建水量模拟调度模型。通过解构分水口门取用水过程，降低优化问题维度，构建决策空间，耦合水量模拟调度模型，构建胶东调水工程年度水量调度模型，应用混合优化算法(HOA)求解模型，进而编制工程年度水量调度方案。结果表明：胶东调水工程年度水量调度模型通过解构需水侧取用水过程降低优化问题维度，能够克服工程供、需水侧的非过程控制总量边界条件与其年度水量调度方案编制步长、时间尺度不匹配等问题，实现优化问题快速求解，避免分水口门出现极端缺水情况，最大限度满足其用水需求。

西北干旱区乡镇水资源承载力评价体系构建

高雅玉 宋玉 田晋华 高金芳

2023, 54(8):  139-145.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.019

摘要 ( 49 )   PDF (2219KB) ( 152 )  

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中国西北干旱区乡镇水资源短缺等问题日益严峻，水资源承载力已成为制约该区域社会经济可持续发展的重要因素。将综合评价指标体系和计算模型相结合，构建了西北干旱区乡镇水资源承载力评价体系，并以甘肃黄花滩生态移民区为例，对2020年水资源承载力进行评价。结果表明：2020年黄花滩生态移民区属于水资源短缺地区，水资源的承载能力已接近支持当地经济发展的边缘，且支撑的人口规模已达到饱和状态。经济、社会发展对水资源承载压力较大，水资源承载力已轻度超载。基于评价结果，提出了提升黄花滩生态移民区水资源承载力的建议：采取高效率的输水方式、政府加强对区域水资源的管理与调控、促进产业结构优化升级等。研究成果可为西北干旱区乡镇水资源的优化利用和可持续发展政策的制定提供参考。

基于Massflow的达摩沟泥石流模拟与危险性分析

杨鑫 孟华君 路璐 王宇 吴季寰

2023, 54(8):  146-152.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.020

摘要 ( 82 )   PDF (18084KB) ( 159 )  

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达摩沟小流域历史上曾发生泥石流灾害事件，造成较大人员伤亡和财产损失。目前，该小流域主沟堆积大量煤矸石，主沟两侧坡面堆积有较多崩、坡积物。为分析泥石流再次发生的可能性与危险性，在无人机摄影测量和野外现场调查的基础上，详细分析达摩沟小流域泥石流发育条件，基于改进MacCormack-TVD有限差分法，采用Massflow软件对10,20,50,100 a一遇4种降雨概率条件下达摩沟暴发泥石流的工况进行数值模拟，得到达摩沟小流域在不同降雨概率下的泥石流危险性。结果表明：(1)在此4种降雨概率下，大部分区域的泥石流流速维持在0～3 m/s,泥深保持在0～4 m的水平，而峰值流量最大可达19 m/s,泥深最大可达3.85 m;(2)在100 a一遇的降雨强度下，达摩沟高危险性地区占16.54%,中风险地区占49.27%,低风险地区占34.19%;(3)模拟结果较好地符合泥石流的时空发育特征，展现了降雨强度对泥石流运动的影响规律，可为泥石流的预警监测提供参考。

基于土壤质地分类的土壤渗透性影响因素研究

周韩 罗璟 杨沛璋 杨鹏

2023, 54(8):  153-159.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.021

摘要 ( 69 )   PDF (8434KB) ( 128 )  

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土壤渗透性是影响降雨入渗-径流过程的关键指标，对准确开展水利水电工程规划设计中的行洪论证至关重要。国道G318川藏段地质条件复杂，土壤类型多样，生态环境敏感脆弱，土壤渗透性差异显著。为研究影响土壤渗透性能的主控因素，对沿线取得的土壤样品进行变水头渗透试验，在颗粒分析的基础上，将土壤样品分为粉壤土、砂壤土、壤砂土，研究干密度、不均匀系数、曲率系数、植物根系对土壤渗透性的影响规律。研究结果表明：当土壤处于相同物性条件下时，土壤渗透系数随砂粒含量增加而增大，即渗透系数：壤砂土>砂壤土>粉壤土；在不含植物根系情况下，土壤渗透系数均与干密度呈负相关，与不均匀系数和曲率系数呈正相关，其中，砂壤土敏感性最高；而含植物根系土壤渗透系数普遍高于不含植物根系的同类土壤；对于含植物根系土壤而言，植物根系对粉壤土渗透系数的影响最大，并且随土壤颗粒粒径增大，植物根系对土壤渗透系数影响逐渐降低。

基于PS-InSAR与SBAS-InSAR的地面沉降监测分析——以长江南京段沿江区域为例

陈媛媛 朱晨玮 郑加柱 王诗涵

2023, 54(8):  160-165.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.022

摘要 ( 92 )   PDF (16315KB) ( 148 )  

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为了全面掌握长江岸线区域的地面沉降情况，为维护长江防洪安全以及河势稳定提供参考依据，以长江南京段沿岸5 km缓冲区域为研究区域，采用PS-InSAR和SBAS-InSAR两种时序分析技术对2017年4月至2021年4月期间30景Sentinel-1A影像进行处理与分析比较，并分析了造成沉降的原因。结果表明：两种方法所得的特征点的形变曲线变化趋势一致，通过对沉降点的年平均地表形变速率进行线性拟合以及对其差值进行正态分布分析，验证了两种方法所得结果具有一致性和可靠性；两种方法所得沉降区域分布情况大致吻合，该区域有5个沉降漏斗，分别位于浦口区的长江沿岸区域、雨花台区东北部与建邺区西南部的交界处、建邺区东北部与鼓楼区西南部交界区域、八卦洲区域以及六合区张营水库区域；地质构造、城市改造建设及承压水头下降均对该区域地面沉降产生一定的影响。

高水压隧道盾构管片不同拼装方式力学性能分析

彭科峰 周书剑 李树忱 刘修义 唐苑寿

2023, 54(8):  166-172.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.023

摘要 ( 65 )   PDF (3893KB) ( 122 )  

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水下隧道修建时，盾构管片承受着巨大水土压力，设计施工面临着重大技术难题。为此，针对江苏江阴长江水下隧道最大水压断面，分别使用修正惯用法与梁-弹簧法建立管片衬砌模型，通过调整封顶块位置与错缝角度研究了高水压下不同拼装方式对管片力学性能的影响。结果表明：修正惯用法计算结果变化平滑，而梁-弹簧法计算结果分布趋势则受接头影响，在接头位置会产生较大突变；管片力学性能受封顶块位置与错缝角度影响较大，随着错缝角度的增加，管片最大轴力、最大弯矩与最大位移以标准块圆心角度数为周期，呈周期性变化。施工过程中，为了防止产生较大位移，应尽量避免前后环管片接缝重合。研究结果可为高水压盾构隧道管片的拼装方式设计提供参考。

隧道穿越溶洞富水区超前地质预报与处置

李坚 张铎 邓朝阳 郭亚欣 孙兴邦

2023, 54(8):  173-177.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.024

摘要 ( 52 )   PDF (27160KB) ( 143 )  

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隧道综合超前地质预报是对地表勘探的有效补充，可在隧道施工期提供掌子面前方不良地质灾害源信息。以滇中引水工程为例，通过地质勘测资料分析、地震波法和电阻率法相结合的综合超前地质预报系统，探测出该工程区4个易出现突泥涌水灾害的区段，并针对性地提出了超前预注浆的处理方案。现场验证结果表明：提出的预报方法对隧道穿越溶洞富水区时掌子面前方不良地质条件实现了超前地质预报，基于预报结果提出的施工处置技术可以针对不良地质条件进行有效治理。

气液两相旋喷射流流场特征及其影响因素研究

郑金贵

2023, 54(8):  178-184.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.025

摘要 ( 45 )   PDF (3340KB) ( 120 )  

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为揭示不同因素对带气环旋喷射流流动特征的影响规律，基于Mixture多相流模型和RNG k-ε湍流方程，对不同喷嘴结构参数和关键工作参数工况下气液两相旋喷射流流场进行了数值模拟，分析了射流轴心速度及射流冲击靶体作用压力的分布特征。结果表明：当喷嘴出口直径为2.5 mm、收敛角为20°时，射流收敛性好且速度衰减慢，对靶体冲击作用压力最大，射流压力30 MPa时在0.6 m处冲击靶体压力达到最大值(27 MPa)。射流轴心速度与冲击靶体作用压力均随射流压力的增加而增加，但射流压力过大时射流发展后期波动剧烈；高速气环能抑制射流能量衰减，使射流核心段长度随气体速度增大而增加，但气体速度过大时射流冲击性能提升反而不明显。研究结果可为旋喷作业的喷嘴结构优化和工艺参数选取提供参考。

基于多源信号融合的灯泡贯流式机组故障特征提取

陈茗 胡边 李靖

2023, 54(8):  185-189.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.026

摘要 ( 71 )   PDF (6283KB) ( 120 )  

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水电机组在非平稳工况及异常运行状态下，会产生剧烈的振动并发出刺耳的噪声。针对上述振动和音频信号，以灯泡贯流式水电机组为研究对象，通过布置高精度的加速度和音频传感器，对机组各部位的振动和噪声进行实时监测，采集振动和音频的多源融合信号。采用核主元分析法(KPCA)与改进的K-Means聚类算法提取多源融合信号频率幅值均方根参数，得到水轮机桨叶碰磨、本体敲击及发电机局放等故障的能量分布与特征值，构建了能够反映机组状态的六维特征向量模型。现场故障模拟试验表明，该模型能准确识别出对应故障，为机组检修维护提供了有力支撑。

混流式水轮机启动过程中流场相干结构分析

苏立 毛成 沈春和 文贤馗

2023, 54(8):  190-194.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.027

摘要 ( 57 )   PDF (14560KB) ( 122 )  

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为研究混流式水轮机启动过程中转轮区及尾水管流场特征，利用数值模拟方法，开展了混流式水轮机的全流道非定常数值研究，揭示了混流式水轮机在不同工况下启动过程中叶轮区的速度特征与流场中瞬态变化的流动特性。研究表明：额定工况下水轮机的导叶区流速沿流道均匀增大且平缓无冲击，蜗壳流道内无明显分离或涡流。启动过程中水流相对速度方向与转轮区内流动方向不一致，尾水管的相干结构最初为大尺度涡结构，随着水流冲击载荷的增大逐步将刚形成不久的大尺度涡结构冲散，随后将边缘的小尺度涡整合形成细长而稳定的涡带结构。研究结论有助于更好地了解混流式水轮机启动过程中的内流动演变特征以及尾水管的涡带特征。

新型异向流沉沙池结构优化研究

付海林 李琳

2023, 54(8):  195-202.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.028

摘要 ( 59 )   PDF (4894KB) ( 145 )  

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为获得二级泥沙处理设施——新型异向流沉沙池的较优结构参数组合，采用正交试验的方法，以进流量、薄板间距、泥沙通道宽度、沉沙箱单元宽度为因素，根据L9(34)标准正交表确定试验工况并开展试验。基于试验结果，应用极差分析获得各因素对沉沙池泥沙截除率影响的权重顺序为：进流量>薄板间距>泥沙通道宽度>沉沙箱单元宽度。应用层次分析法获得了各因素水平的较优组合，含沙浓度为5 kg/m3时，较优组合为：进流量135 L/h,薄板间距20 mm,泥沙通道宽度1 mm,沉沙箱单元宽度30 cm,泥沙截除率为72.7%;含沙浓度为15 kg/m3时，较优组合参数为：进流量135 L/h,薄板间距10 mm,泥沙通道宽度5 mm,沉沙箱单元宽度30 cm,泥沙截除率为98.8%。研究结果对新型异向流沉沙池的工程设计具有一定的指导意义。

深挖方渠道边坡排水减压方案对比试验研究

王兵 孙佑光 李文良 孙秀秀 王维平

2023, 54(8):  203-210.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.029

摘要 ( 40 )   PDF (6796KB) ( 123 )  

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为探究胶东调水明渠基岩深挖方段边坡排水减压规律，结合水文地质勘探参数和渠道断面尺寸，通过设计砂槽物理模型，进行了无排水系统、边坡单排水系统、渠底单排水系统、渠底和渠坡双排水系统等各种方案的排水减压试验。结果表明：历史最高地下水位下，对于同一排水系统，有集水管侧比无集水管侧的扬压力降低29.0%～43.7%;而对于不同排水系统，渠底及边坡双排水系统减压效果最优，相对于有集水管无排水系统减压幅度可达37.9%,相对于无集水管时减压幅度达55.2%。不同排水系统中，渠底及边坡双排水系统排水效果最优，分别是边坡排水系统和渠底单排水系统的2.5倍和1.1倍。渠底及边坡双排水系统中，渠底排水装置排水量占82.02%～90.91%,远大于边坡单排水装置排水量。基于试验结果，对裂隙发育的基岩深挖方渠段，宜设计纵横排水暗管与排水装置连接的渠底和边坡网络排水系统，减少衬砌结构的扬压破坏。

考虑接触问题的多边形有限元重力坝抗震断裂研究

徐强 董金凯 陈健云 李静

2023, 54(8):  211-220.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.030

摘要 ( 53 )   PDF (8076KB) ( 113 )  

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抗震断裂问题是混凝土重力坝的重要研究内容，数值模拟则是针对此类问题的主要研究方法，现有断裂算法存在计算效率较低，大多未考虑接触等问题。为此，构造了高效的平均值坐标插值多边形单元和接触薄层单元，并将二者耦合后用于结构裂缝扩展的数值模拟。该方法将具有奇异特性以及复杂几何区域网格自适应性强的多边形有限元方法与平均值坐标插值方法、局部多边形网格策略结合起来模拟裂缝扩展；通过等参子三角形方法进行数值积分，求解刚度矩阵；基于最大周向应力准则，采用混合断裂强度因子作为起裂判据；针对裂缝面间的接触问题，引入张剪状态下的黏聚力模型以及压剪状态下的光滑接触模型。基于上述方法，通过Matlab编程的方式开发出一套能模拟裂缝扩展的程序，并通过对含边裂缝的PMMA板试验和含预设裂缝的四点剪切梁试验的模拟，验证了程序的准确性与有效性。最后，以含有预设裂缝的柯伊纳混凝土重力坝为例，对其在是否考虑接触问题下裂纹扩展的情况进行了对比分析，结果表明该程序模拟裂缝真实准确，具有计算速度快、结果文件小等独特优势。

基于声发射技术的再生混凝土冻融损伤特性研究

张恺 尹志刚 陈晨 董思健 周晶

2023, 54(8):  221-226.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.031

摘要 ( 72 )   PDF (2151KB) ( 125 )  

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为研究不同冻融介质(清水、3.5%NaCl溶液)对再生混凝土冻融损伤和声发射特性的影响，对再生粗骨料替代率为50%的混凝土开展快速冻融试验。利用声发射技术对冻融后的再生混凝土受压全过程进行监测，以声发射特性参数作为损伤变量，分析不同冻融介质下再生混凝土的冻融损伤劣化特征。结果表明：在3.5%(质量比)NaCl溶液中的再生骨料混凝土的冻融破坏程度要远大于清水组中混凝土的冻融破坏程度，且两者之间的差异随冻融次数的增加而增大；声发射能量释放率的峰值随冻融次数呈逐渐降低的趋势，不同冻融次数后声发射相对累积能量随相对应力水平的增加而逐渐增大，曲线的拐点逐渐右移。建立的声发射相对累积能量-应力曲线能够较好地反映再生骨料混凝土冻融后受压破坏的全过程。研究成果可为研究再生混凝土冻融损伤演化规律提供参考。

MICP联合纤维加筋黄土的力学性能及水稳性研究

胡其志 霍伟严 马强 陶高梁

2023, 54(8):  227-232.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.032

摘要 ( 69 )   PDF (7513KB) ( 124 )  

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黄土在中国分布较广，具有强度低、高湿陷性等不良工程特性，利用微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术联合纤维加筋对黄土进行处理，可有效改善其力学性能和水稳性。为了解MICP联合纤维加筋黄土的固化效果，在黄土中掺入质量比分别为0.2%,0.3%,0.4%,0.5%的玄武岩纤维，辅以不同比例的菌液与胶结液(体积比为2∶8,3∶7,4∶6,5∶5),采用拌合法对黄土进行加固处理，并对处理后试样开展碳酸钙生成量测试、无侧限抗压强度试验、崩解试验和SEM微观测试。结果表明：(1) MICP拌合固化黄土可以有效改善其力学性能，固化试样内部碳酸钙生成量与峰值强度呈正比，最大生成量为黄土质量的1%,当菌液与胶结液的体积比为4∶6时，固化效果最佳。(2)菌液与胶结液体积比固定为4∶6时，固化试样的无侧限抗压强度随纤维掺量的增加先增大后减小，最佳纤维掺量为0.4%。(3) MICP固化后的黄土其完全崩解时间延长较多，当菌液与胶结液体积比为4∶6时，试样的耐崩解能力最强。(4)菌液与胶结液体积比固定为4∶6时，随着纤维掺量的增加，试样耐崩解能力逐渐增强，当掺量为0.5%时，试样的最终崩解率最低。(5)试样内部碳酸钙晶体呈片状附着于土颗粒与纤维表面，可有效增加土颗粒与纤维之间的粘结和摩擦，对固化后土体的强度和水稳性具有良好的促进作用。研究成果对MICP技术固化黄土的工程实际应用具有指导意义。

倒挂井阻渗对古防洪堤渗流稳定的影响

李骞 周建芬 秦子鹏 曹明杰 严芳

2023, 54(8):  233-239.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.033

摘要 ( 53 )   PDF (7969KB) ( 140 )  

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在中国许多地方，仍有古防洪堤在发挥防洪、航运等功能。为了探究经不同古堤修复加固技术修葺后，洪水涨落对古防洪堤中土体渗流稳定的影响机制，构建了多孔连续介质的饱和-非饱和二维渗流有限元模型，模拟分析原状强透水结构和设置倒挂井帷幕防渗结构两种情况下，古堤的地下水位、孔隙水压力和渗流比降的变化和分布规律。结果显示：设置倒挂井帷幕防渗结构后，古堤内侧的地下水位峰值降低7.6%,倒挂井后孔隙水压力及渗流比降大幅降低，但局部孔隙水压力极值和堤脚的渗流比降最大值提高。可见古堤内侧设置防渗结构可有效减少古防洪堤堤后水位及相应水压力、渗透力，但是古堤与倒挂井之间渗流比降增大，对此可通过低压灌浆等措施提高土粒的黏结力，抑制堤后发生管涌等渗透失稳。

水库大坝接缝开合度轻量化监测技术研究与应用

孙晨 丁勇 谢东辉 李登华

2023, 54(8):  240-248.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.034

摘要 ( 71 )   PDF (7339KB) ( 114 )  

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针对传统接缝开合度测量方法效率较低、难以实现长期监测和自动化测量成本较高等问题，提出了一种针对水库大坝接缝开合度测量的轻量化监测技术。依据所建立的接缝开合度测量等效物理模型，在接缝附近区域架设低成本球型摄像机并在接缝两侧绘制相应标识，通过预处理、图像配准、模板匹配等流程得到标识物的特征点相对坐标，经多次拍摄后计算相对坐标变化，进而得到接缝开合度。室内模拟与现场试验结果表明：在无光环境下测量结果比有光环境下更为精确，符合工程实际场景；现场接缝开合度测量误差均小于0.2 mm,符合规范中监测精度要求，与自动化仪器测量结果重合率较高，波动趋势基本一致。该技术具有高效性、实时性、准确性、低成本等特点，对水库大坝结构的安全监测具有一定的实用价值。

雅砻江梯级水电站运行数据管理优化模型

陈平 何朝晖 丁义 邵朋昊 张凯荣

2023, 54(8):  249-255.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.035

摘要 ( 106 )   PDF (3626KB) ( 150 )  

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为解决雅砻江梯级水电站日常运行数据管理中存在的数据元素杂乱、计算及存储不规范、维护效率低等问题，采用“数据处理-计算存储-管理维护”技术链条，提出了基于对象和类别划分的数据元素处理技术、基于特征值的数据计算及存储规范化技术和满足读写快速性、质量可靠性及来源唯一性的数据管理维护技术等关键技术，以水电站日常运行数据为传输流搭建关键技术之间的耦合方式，由此建立了雅砻江梯级水电站运行多元数据管理优化模型。将所建模型集成至雅砻江综合自动化系统二期工程，有效提升了雅砻江流域电站运行数据的管理及维护能力。应用结果表明：提出的多元数据管理优化模型，能有效解决流域梯级水电站运行数据管理及维护问题，并为流域梯级水电站智能运行提供有力的数据管理技术支撑。