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2023年第09期目次

2023, 54(9):  0-0. 

摘要 ( 70 )   PDF (4740KB) ( 168 )  

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新型城镇化与水资源承载力耦合协调的空间联系——基于长江经济带的实证

后含玉 康亚梨 兰海

2023, 54(9):  1-10.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.09.001

摘要 ( 98 )   PDF (4657KB) ( 187 )  

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为促进长江经济带区域城镇化和水资源系统协调发展，在构建系统综合评价指标体系的基础上，采用熵权TOPSIS模型、耦合协调度模型以及空间引力模型对2005～2020年长江经济带新型城镇化和水资源承载力系统协调发展的动态演进特征及空间联系结构进行了实证分析。结果表明：(1)从时间序列上看，2005～2020年长江经济带新型城镇化与水资源承载力耦合协调度呈持续上升趋势，新型城镇化指数增长速度远快于水资源承载力增长速度。(2)从空间格局上看，长江经济带耦合协调度呈现出中游<上游<下游的空间差异格局；而从省域视角分析，耦合协调发展水平在空间上呈“东北高、西南低”的衰减格局。(3)区域耦合协调的空间联系渐趋紧密，空间网络密度整体呈“东密西疏”的空间分布特征，耦合协调度的空间联结格局变化较为稳定，且上、中、下游三大分区也表现出显著的空间异质性，其中上海市、江西省和重庆市分别成为长江经济带东部、中部和西部地区的核心增长极和辐射带动省份。研究成果可为该地区水资源承载力提升、水环境转优以及城市发展总体布局的提升提供参考。

长江经济带城市降雨径流污染特征分析

刘敏 徐明杰 左倬

2023, 54(9):  11-16.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.09.002

摘要 ( 80 )   PDF (2621KB) ( 176 )  

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为系统了解长江经济带城市面源污染状况，针对性解决长江经济带城市降雨径流引起的水环境污染问题，梳理了长江经济带各省(直辖市)的城市下垫面和功能区的雨水径流污染特征，对比分析长江经济带各省(市)不同下垫面和不同功能区降雨径流污染物指标，并采用线性混合模型分析污染物的降雨径流平均浓度与经济发展水平的相关性。结果表明：长江经济带下垫面降雨径流污染主要来自路面，且远高于屋面和绿地；城市功能区降雨径流污染浓度最高的是交通区，其次是商业区和工业区，居住区最低；降雨径流污染物浓度较高的是长江中下游地区，经济发展水平越高的省(市)降雨径流污染物浓度越高。研究成果全面分析了长江经济带城市面源污染状况，可为长江经济带城市降雨径流污染综合治理的规划与设计提供指导。

长江流域历史典型洪水研究

张涛 胡挺 胡琼方 许银山 赵国龙 王飞龙

2023, 54(9):  17-23.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.09.003

摘要 ( 133 )   PDF (6616KB) ( 332 )  

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流域历史洪水资料蕴含着大量洪水特征信息，能够为设计洪水、洪水预报、实时调度等工作提供参考。通过收集整理长江流域历史典型洪水基础资料，研究了历史典型洪水重构方法，以长江流域现状工程体系为背景，对三峡水库建成前后长江流域12个历史典型年(1870,1931,1954,1966,1981,1982,1998,2010,2012,2016,2017,2020年)洪水进行全方位重构，形成了现状工程条件下的长江流域历史典型洪水库。依据《全国流域性洪水划分规定(试行)》对长江流域历史典型洪水类型进行辨识，分析归纳了历史典型洪水组成特征：1870,1931,1954,1998,2020年为典型的流域性洪水年，其主要特征是上游代表站洪峰流量大，中下游代表站最大30 d洪量重现期均在10 a以上，高水位历时长；其余典型历史洪水年为区域性洪水年，其共同特征是中下游代表站最大30 d洪量重现期不超10 a,水位超警历时短，一般不超40 d。通过上述研究，深化了对长江流域历史典型洪水特征规律的认识，为进一步开展洪水模拟调度推演、水工程联合调度研究奠定了基础。

区域抗旱能力评价研究进展

吴志勇 张静杰 何海 李源 张宇亮

2023, 54(9):  24-32.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.09.004

摘要 ( 74 )   PDF (1419KB) ( 162 )  

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干旱灾害是中国最主要的自然灾害之一，对中国经济社会高质量发展带来了重大威胁。开展区域抗旱能力评价，对抵御干旱灾害风险开展抗旱减灾工作具有重要的意义。在阐述抗旱能力概念与内涵的基础上，回顾了目前区域抗旱能力评价的两类方法：基于构成要素多指标的综合评价法和基于水量供需关系的定量评价法；总结了现有评价方法存在的3个不足：即理论体系与指标选取问题、评价结果的不确定性问题、评价结果的适用性问题。指出未来研究应注重评价指标体系基础数据的准确性与合理性，加强智能评价方法研究，运用多学科方法开展动态评价。研究成果可为区域抗旱减灾研究提供支撑。

金沙江下游梯级水库群协同防洪调度策略研究

荆柱 李肖男 何小聪 徐杨 陈永生 施勇

2023, 54(9):  33-40.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.09.005

摘要 ( 90 )   PDF (1397KB) ( 212 )  

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2021年起，金沙江下游乌东德、白鹤滩水电站相继建成投产，在提升了长江流域防洪能力和洪水资源化利用水平的同时，也对新形势下梯级水库群调度决策带来了新的挑战。对金沙江下游梯级水库群协同防洪时的调度策略展开研究，统筹防洪安全和发电效益，提出了不同来水条件下梯级水库群协同防洪调度的具体策略。结果表明：在面向川渝河段进行防洪调度时，若金沙江下游来水较小，可依据中长期预报来水情况，优先启用乌东德或溪洛渡水库拦蓄洪水；若金沙江下游来水较大，则建议乌东德、白鹤滩、溪洛渡水库按照三库剩余防洪库容比例进行同步拦蓄，使各库泄流能力尽量均衡。此外，为确保金沙江下游梯级水库群打捆运用的灵活性和可靠性，向家坝水库应预留约5亿m3库容用于拦蓄乌东德、白鹤滩、溪洛渡水库三库拦蓄后的多余洪量及溪洛渡-向家坝区间洪量。研究成果可以在确保防洪安全的前提下提升水库群汛期发电效益，为提升梯级水库群调度决策科学水平提供关键技术支撑。

重庆市浅层地下水氟化物分布特征及其影响因素

吕平毓 兰峰 赵康 骆辉煌

2023, 54(9):  41-49.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.09.006

摘要 ( 91 )   PDF (3798KB) ( 164 )  

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为客观评价重庆市地下水氟化物污染风险，通过水化学特征、Gibbs图、相关性、矿物饱和指数和氯碱指数分析了重庆市浅层地下水中氟离子的分布特征及影响因素，并结合USEPA健康风险评估模型进行了健康风险评价。结果表明：(1)重庆市潜水和微承压水中F-浓度范围分别为0.05～2.97 mg/L和0.04～4.46 mg/L,超标率为9.30%和22.86%,水化学类型以SO4·Cl-Mg型为主，其次为SO4·Cl-Ca·Mg型及HCO3-Na型，氟离子易在HCO3-Ca·Mg型地下水中出现较高浓度；(2)高氟地下水在水平方向主要分布于重庆市西部和北部，在垂直方向主要表现为潜水层F-含量小于微承压水层；(3)含氟矿物的溶解是地下水中F-的主要来源，氟化物浓度主要受到阳离子交换作用的控制。研究成果表明重庆市浅层地下水中F-主要来源于萤石等含氟矿物溶解，高氟地下水主要受到蒸发浓缩作用及水文地球化学因素的影响，在长期饮用水摄入的暴露条件下，合川区、南川区东南部及梁平区北部的健康风险较高，建议区域内地下水经处理后再利用。

基于水源地目标控制的入江支流磷通量阈值研究

巫丹 娄明月 刘广兵 刘淼

2023, 54(9):  50-59.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.09.007

摘要 ( 54 )   PDF (4958KB) ( 158 )  

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在满足长江水源地水质目标的基础上，为了探究不同形态磷对总磷污染的贡献程度，从而有效控制长江入江支流总磷污染，以长江支流秦淮新河和滁河入江段为研究对象，通过数值模型模拟并结合现场监测数据，构建了入江支流二维水动力水质模型，研究了典型水文条件下不同形态磷通量阈值和主要影响因素。结果表明：受降雨事件影响，入江支流颗粒态磷和溶解态磷通量均在降雨量最大时达到峰值，且丰水期颗粒态磷和溶解态磷通量显著高于平水期和枯水期。秦淮新河丰水期颗粒态磷、溶解态磷和总磷通量阈值分别为418.25,163.92 kg/d和582.17 kg/d;滁河丰水期颗粒态磷、溶解态磷和总磷通量阈值分别为338.08,144.78 kg/d和482.85 kg/d。敏感性分析表明，水质边界条件对入江支流不同形态磷通量阈值影响更显著。

基于水资源调度的崇明岛河网水动力水质改善研究

滕飞

2023, 54(9):  60-67.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.09.008

摘要 ( 70 )   PDF (16422KB) ( 137 )  

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针对上海崇明岛平原河网因水动力不足引发的水质恶化等水环境问题，开展了河网水资源调度方案研究，以改善河网水动力条件及水质状况。梳理了崇明岛内现状水资源调度模式的短板，选取河道疏拓、北湖增加排水通道、利用现状涵闸等措施作为水资源调度优化工程措施，研究不同优化措施对河网水动力水质的提升效果。通过构建崇明岛一维河网水动力水质模型，定量分析了上述优化措施对河道特征断面污染物浓度、水体更新率等指标的改善情况。结果表明：河道疏拓对部分河道的总磷浓度削减率可达6.3%～20.1%;北湖增加排水通道后，南侧河网水体更新率提高约12%～20%;启用岛内现状涵闸进行调度能够全面提升崇明岛河道整体换水效率，但进一步改扩建的提升效果有限。

基于熵值修正G2法的改进多指标河流健康评价

刘千禧 金琪华 乔海娟 张丛林 王思远

2023, 54(9):  68-75.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.09.009

摘要 ( 61 )   PDF (2755KB) ( 129 )  

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河流健康评价是合理开发、利用、管理、保护河流资源与环境的前提与依据。随着中国国情与水情发展，对河流健康的科学评价方法有待进一步完善。在已有研究基础上，新增文化建设程度和岸线植被保有指数两项指标，运用熵值G2赋权法计算指标权重，完善了河流健康评价指标体系，并以浙江松阴溪流域为例进行河流健康评价。结果表明：准则层权重排序为社会服务>生物>“水”>“盆”;松阴溪流域总体属于“健康”水平；影响河流健康的主要制约因子包括水资源的过度开发利用、水污染排放等；从严格管控河流岸线开发利用、加强水生生物多样性保护力度和合理提高河流防洪能力3个方面，提出了河流健康管理和生态修复的对策建议。

基于水文学法的漓江生态流量研究

林诗隽 张红艳 莫建英 代俊峰 吴树诚

2023, 54(9):  76-81.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.09.010

摘要 ( 68 )   PDF (5946KB) ( 383 )  

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为了计算漓江的生态流量及确定适宜的生态流量计算方法，基于1954～2017年桂林水文站的逐月平均径流量数据，采用Q90法、年内展布法、Texas法、逐月频率法、NGPRP法和Tessman法6种水文学方法计算漓江的生态流量，从需水程度、水文节律和满足程度3个方面分析了各种计算方法的适用性。结果表明：(1)在需水程度方面，Q90法在鱼类产卵期和全年范围不满足基本需水量，年内展布法在全年范围不满足基本需水量，Tessman法在一般用水期需水量最大，逐月频率法在鱼类产卵期和全年范围需水量最大；(2)在水文节律方面，Q90法无法体现丰枯季节性变化；(3)在满足程度方面，逐月频率法在鱼类产卵期保障率较低，Tessman法在一般用水期、枯水期和全年范围保障率较低；(4)综合考虑需水程度、水文节律和满足程度3个方面，Texas法是最适用于漓江生态流量计算的水文学方法。最终确定桂林水文站生态流量的逐月取值范围应为11.4～124.0 m3/s。

金沙江中游梨园水电站生态调度试验及效果分析

徐薇 丁胜祥 陈音超 朱其广 崔福宁

2023, 54(9):  82-90.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.09.011

摘要 ( 184 )   PDF (3048KB) ( 633 )  

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水电工程实施生态调度以充分满足重要水生生物繁殖期的生态需求，是当前贯彻落实长江大保护的一项重要举措。2020～2021年金沙江中游梨园水电站连续实施了促进长薄鳅、圆口铜鱼等特有鱼类自然繁殖的生态调度试验，通过在梨园坝下江段设点观测鱼类早期资源和水文环境要素，以掌握鱼类自然繁殖对生态调度的响应情况，初步评估生态调度的实施效果。研究结果表明：鱼卵密度与坝下水温、出库流量有积极的响应关系；生态调度期间监测到圆口铜鱼、长薄鳅、中华沙鳅等鱼类的产卵活动；水温、流量条件是两年生态调度效果差异的主要影响因素。基于研究结果，提出了梨园水库生态调度优化建议：在金沙江中游特有鱼类资源衰退、适宜生境萎缩的背景下，建议尽快启动梨园、阿海等梯级水电站的联合生态调度试验，延长流水江段长度，保障特有鱼类的繁衍栖息。

汉江流域盛夏期极端降水特征及大气环流分型研究

谢家旭 郭广芬 杜良敏 向华 宋娜

2023, 54(9):  91-98.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.09.012

摘要 ( 58 )   PDF (18743KB) ( 149 )  

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为提升汉江流域盛夏期极端降水预报准确性，基于1970～2020年7～8月汉江流域日降水量数据集，采用95%分位法定义汉江流域盛夏期极端降水事件，并对汉江流域盛夏期极端降水事件气候特征进行分析，研究汉江流域极端降水发生时的大气环流和海温背景，最后采用Lamb-Jenkinson分型法分析区域性极端降水事件与大气环流分型的关系。结果表明：(1)汉江流域盛夏期极端降水存在显著年际变化特征，且极端降水分布与盛夏期总降水气候平均态分布一致，呈现“边缘大，中部小”趋势，极值中心出现在流域西南部镇巴。(2)中高纬度“两脊一槽”以及副高位置偏北偏西的构架是汉江流域极端降水多发典型环流场，来自海上水汽补充配合贯穿整层的上升运动为极端降水的产生提供条件。此外，中东太平洋和西太平洋暖池两个海温关键区海温异常时，其外强迫的叠加作用致使汉江流域极端降水发生的典型大尺度环流稳定维持且强度增强。(3) L-J环流分型表明，汉江流域区域极端降水天气常见环流型有南风(S)型、东南风(SE)型、气旋(C)型、气旋配合西南风(CSW)型、气旋配合南风(CS)型，其中气旋(C)型出现概率超过55%,不同分型区别在于500 hPa高空槽、副高位置和850 hPa上西南涡和南风影响。对比2021年8月22日和29日汉江流域区域极端降水事件实况，发现分别符合500 hPa高度场上C型、850 hPa的CS型配置以及500 hPa高度场上的CS型、850 hPa上S型配置。研究成果可为汉江流域盛夏期极端降水预报和天气分型提供参考。

基于POT和BMM模型的甘河洪水演变特征分析

章清松 陈伟 吴燕锋 章光新 戴长雷

2023, 54(9):  99-105.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.09.013

摘要 ( 63 )   PDF (3342KB) ( 139 )  

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全球气候变化引起极端洪水频发和强度增大，增加流域洪水风险。甘河是嫩江尼尔基水库上游最大的支流，其洪水演变关乎下游尼尔基水库的防洪调度。本研究基于甘河1958～2018年的逐日气温、降水和径流等数据，利用块最大值模型和超阈值模型，在对洪水事件提取的基础上，分析了洪水事件发生次数、发生时间和洪峰流量的演变特征，并探究了洪水演变与降水、气温关系。结果表明：甘河流域洪水频发，61 a间共发生了124次洪水事件，且主要集中在5～10月。年最大洪峰流量总体呈增加趋势，增加速率为4.6 m3/(s·a);年最大洪峰发生时间均有提前趋势，增加速率为0.37 d/a。洪水与气温相关性较弱，与降水密切相关，甘河流域易形成暴雨型洪水；洪峰发生前10 d的降水频率和强度与洪水的相关性最为密切，且年最大7日洪量和最大7日降水量变化趋势大致相当。研究成果可为甘河洪水风险管理和下游尼尔基水库的防洪调度与水安全保障提供参考。

黔中城市群水资源空间均衡状态分析

向征 高海丽

2023, 54(9):  106-113.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.09.014

摘要 ( 59 )   PDF (4665KB) ( 123 )  

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为揭示长江上游典型喀斯特地区城市群水资源空间均衡性变化特征，以黔中城市群为研究区，采用基尼系数法分析2011～2020年研究区水资源-人口、水资源-GDP、水资源-耕地的空间分布均衡性，并结合水资源负载指数对水资源的开发利用程度和潜力进行评价。结果显示：(1)研究区水资源-人口、水资源-GDP空间分布整体上呈现出不均衡的状态，其中中部区域为城市群核心区，由于水资源量较少，且承载了较多的人口和GDP,因此水资源、人口、GDP三者空间均衡状态较差；北部和南部区域，由于水资源量较为丰富，承载的人口和GDP较少，因此均衡状态优于中部区域。各区域均呈现出较好的水资源-耕地均衡状态。(2)研究区水资源负载指数在空间上呈现中部高、南北低的特点；在时间变化上，中部区域呈现出一定的降低趋势，北部区域则呈现出上升的趋势，南部区域略有提升但基本处于稳定状态。研究成果有助于长江上游喀斯特地区城市群制定社会经济发展和水资源开发利用政策。

不同灌溉方式对土壤水热及生菜产量的影响

李尤亮 张雷 王杰 袁艺 吴灏

2023, 54(9):  114-118.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.09.015

摘要 ( 54 )   PDF (1811KB) ( 138 )  

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微喷灌、不覆膜滴灌、覆膜滴灌是提高灌溉水利用效率的重要灌溉方式，可改变农田局地小气候，协调农田水热状况，影响作物产量。为探讨生菜生育期内土壤水热及产量对微喷灌、不覆膜滴灌、覆膜滴灌的响应规律，于2020～2021年在云南省灌溉试验中心站开展了生菜灌溉试验。结果表明：与微喷灌相比较，不覆膜滴灌和覆膜滴灌可提高生菜根系层内土壤水储量，2020年分别提高了41.6%和37.5%,2021年分别提高了33.5%和29.5%。与微喷灌和不覆膜滴灌相比较，覆膜滴灌提高了生菜根系层内土壤温度，2020年分别提高了9.6%和12.3%,2021年分别提高了9.5%和10.3%。对于地温梯度，微喷灌最大，其次为不覆膜滴灌，最小为覆膜滴灌，2020年三种灌溉方式下的地温梯度值分别为0.067 4,0.058 7,0.037℃/cm, 2021年分别为0.066 9,0.062 9,0.046 7℃/cm。受土壤水热条件等的影响，覆膜滴灌条件下的生菜产量显著大于不覆膜滴灌和微喷灌，不覆膜滴灌生菜产量大于微喷灌。研究结果可为滇中地区生菜灌溉方式的调整等提供科学依据。

重庆中梁山隧道群涌突水时空特征分析

李近 曹聪 许模 范泽英 夏强

2023, 54(9):  119-127.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.09.016

摘要 ( 56 )   PDF (14924KB) ( 121 )  

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山城重庆隧道工程密布，在隔档式构造地质条件下隧道涌突水问题较为突出，其中，中梁山长江-嘉陵江之间尤为典型。根据1970～2020年50 a间17条隧道的涌突水量以及降雨量资料，结合区域水文地质条件，采用统计分析、地质条件分析等方法，分析了研究区涌突水的时间与空间特征。结果表明：隧道涌水量与降雨量相关性较好，地下水系统以降雨为主要补给，而早期隧道涌水对降雨的响应更为显著，反映出大规模隧道建设后区域地下水位整体下降；不同位置的隧道涌水量差异反映了可溶岩地层为该区域隧道涌突水的主要地层，且陡倾的西翼涌水量大于东翼，沿观音峡背斜轴线的纵向褶皱显著控制了地下水流方向。研究成果可为类似地质条件下的隧道工程建设与涌突水灾害防治提供参考。

旭龙水电站库区格亚顶堆积体变形及稳定性分析

杨鹏 郑光 黄金成 刘震东 陈明浩

2023, 54(9):  128-135.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.09.017

摘要 ( 21 )   PDF (24558KB) ( 120 )  

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为了分析库水位变化对坡体变形及稳定性的影响，以金沙江上游旭龙水电站库区中的格亚顶堆积体为例，利用GeoStudio软件对库水作用下的坡体进行渗流、应力-应变、稳定性数值模拟计算，预测在库水作用下坡体的变形及稳定性变化规律。结果表明：(1)在库水位上升过程中，地下水位线有向坡内弯折下凹的趋势并明显滞后于库水位，应力和位移随库水位上升变化明显，稳定性系数持续增加；(2)在库水位维持不变过程中，地下水位线随库水位维持时间逐渐趋于平缓并有局部重合现象，应力和位移在一定范围内波动变化较小，稳定性系数在不同水位维持一定时间后都出现明显变化；(3)库水位下降过程中，浸润线下降幅度随时间逐渐减小，应力和位移相对于水位上升阶段变化较小，稳定性系数则持续减小。根据稳定性系数变化规律，结合数值计算获取的位移曲线，通过累加法处理得到累积位移曲线并计算单位时间的切线角，利用切线角预警判据对该水库蓄水运行后的变形阶段进行判别，格亚顶堆积体在水库运行初期的变形阶段为初加速变形阶段。

考虑随机横向节理的反倾层状边坡倾倒破坏分析

屈新 王世新 徐兴倩 陈上元

2023, 54(9):  136-143.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.09.018

摘要 ( 46 )   PDF (3850KB) ( 113 )  

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实际边坡工程中，横向节理极其发育，且节理位置分布随机，节理长度也各不相同，随机横向节理对反倾向层状边坡倾倒破坏的影响规律尚不清楚。为此，通过计算机随机生成了横向节理的位置系数和长度系数来表征横向节理的随机特性，建立随机横向节理反倾向层状边坡模型。应用该模型探讨边坡发生倾倒破坏的启动条件和破坏机理，并基于极限平衡理论确定岩层的破坏模式和破坏位置。以皖南山区的典型反倾向层状板岩边坡为研究对象，分析横向节理位置和横向节理长度对边坡倾倒破坏的影响规律。结果表明：无论横向节理如何分布，岩层(从坡脚至坡顶)发生破坏所需的层间力总是先增大后减小；当横向节理位置或者横向节理长度发生改变时，潜在破坏岩层的层间力也随之发生改变，且其数值随横向节理长度的增加而明显减小；当横向节理位置和横向节理长度都随机改变时，层间作用力曲线形状变化较大，个别岩层发生破坏时所需的层间力差值较大。研究结论对反倾层状边坡倾倒破坏机理的认识与地质灾害防治有参考价值。

联合BIM和CFD的混流式水轮机蜗壳水力设计

孙少楠 刘肖杰 肖佳华 马奔 张志恒

2023, 54(9):  144-150.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.09.019

摘要 ( 45 )   PDF (7124KB) ( 111 )  

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为了探索BIM技术在水力机械设计中的应用，高效模拟设计产品的水力性能，开展了联合BIM技术与CFD的水力机械设计研究。分析了BIM与CFD联合应用的流程以及二者数据交互的方式。以HLFN-LJ-930混流式水轮机为例，将水轮机蜗壳作为重点，对其进行了水力设计，构建了水轮机BIM模型。借助RNG k-ε模型，应用Fluent软件对水轮机全流道流场进行了仿真模拟。模拟结果显示：不同工况下蜗壳BIM模型流场压差较小，速度分布均匀合理，水力性能良好。研究结果表明BIM模型能够为数值模拟提供计算模型底板，有效模拟出水轮机的水力特性，验证了BIM与CFD联合应用于水力机械设计的可行性，对类似水力机械的设计具有一定的借鉴意义。

水泵水轮机内部流态特性及预应力模态分析

孔令华 姜爱军 李向阳 李思原 郭绘娟

2023, 54(9):  151-159.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.09.020

摘要 ( 19 )   PDF (8884KB) ( 104 )  

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为研究抽水蓄能电站中水泵水轮机在不同水头下水轮机工况的稳定性，应用ANSYS Workbench平台进行了全流道数值模拟，研究了水泵水轮机的压力脉动机理并开展预应力模态分析，将模拟结果与试验结果对比，验证其可靠性。计算结果表明：额定水头下水泵水轮机流态较好，水流涡带现象与水压力脉动关联紧密，各部件监测点采集到的压力脉动呈现出一定的周期性；压力脉动的主频多为转频及其倍频，转轮与活动导叶间的动静干涉是无叶区压力脉动的主要来源；预应力下转轮的固有频率与各部件水力激振频率相差较大，因此发生共振的可能性较小。研究结果对水泵水轮机振动诱因分析及提高运行稳定性具有参考价值。

不同断丝比例对PCCP内外压承载能力影响研究

孙岳阳 卢勇 胡少伟 黄逸群

2023, 54(9):  160-165.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.09.021

摘要 ( 55 )   PDF (10629KB) ( 127 )  

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为探究断丝后预应力钢筒混凝土管(PCCP)的内、外压承载能力，基于宁夏一输调水工程在役超大口径PCCP,建立了内、外压计算模型，分析管身中部不同比例断丝对砂浆保护层、混凝土管芯、钢筒和预应力钢丝等各部位失效的影响。研究结果表明：在内压作用下，断丝PCCP的砂浆保护层、管芯和钢筒均在断丝区域出现应力集中，且随着断丝比例的增加，管芯、钢筒和预应力钢丝进入塑性时的内压值逐渐减小；当断丝比例超过10%时，砂浆保护层进入塑性时的内压值趋于稳定；断丝比例超过35%时，混凝土管芯进入塑性时的内压值趋于稳定。在外压作用下，完好管和断丝管的砂浆保护层进入塑性时的外压值基本一致，断丝管混凝土管芯进入塑性时的外压值随断丝比例变化较小，但明显比完好管低。当断丝比例小于20%时，钢筒进入塑性时的外压值随断丝比例的增加基本呈直线下降，超过20%后，外压值基本恒定。对于预应力钢丝，当断丝比例小于40%时，其进入塑性时的外压值随断丝比例的增加基本呈线性变化，超过40%后，外压值基本恒定，且与钢筒进入塑性时的外压值一致。研究成果可为PCCP出现断丝后的安全评估和除险加固提供依据。

基于机器学习-CFD的明渠流速场预测模型

金诚 李博 杨岚斐 周新志

2023, 54(9):  166-174.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.09.022

摘要 ( 46 )   PDF (5964KB) ( 105 )  

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快速准确地预测渠道的断面流速场，对明渠的设计、维护和提高灌溉效率具有重要意义，而对于水位变化速度快、幅度大的渠道，实时预测其流速场更为困难。以都江堰人民渠总干渠为例，基于机器学习-CFD提出了一种构建实时流速场预测模型的新方法：首先，使用计算流体力学(CFD)对目标明渠断面进行模拟；然后，建立机器学习模型(SaDE-ELM),在SaDE-ELM中构建一个全连接的3层三输入一输出的神经网络，其隐藏层节点的参数通过流速场数据特征在策略库中自适应选择进化策略的差分进化算法进行计算，使用Moore-Penrose广义逆来计算该网络输出层权重；最后，使用CFD断面模拟数据训练SaDE-ELM。该SaDE-ELM模型训练完成后，只要输入该明渠的水位和断面任意点的位置坐标，即可输出该点的流速，以此得到明渠整个断面的流速场。结果表明，该模型的预测结果符合明渠流速分布的一般规律，且具有较高精度，可供类似工程参考。

平面P波入射软弱结构面传播特征研究

李春鹏 李远远 仝霄金

2023, 54(9):  175-183.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.09.023

摘要 ( 66 )   PDF (4687KB) ( 199 )  

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软弱结构面在动载作用下易发生失稳破坏，影响工程与场地安全。基于软弱结构面理论模型，采用应力波理论，分别考虑粘结与滑移边界条件，推导了P波入射软弱结构面的透反射系数表达式，并采用数值方法对理论结果进行对比验证。讨论了P波入射角、频率等因素对应力波传播的影响。研究结果表明：粘结与滑移边界应力波透反射特性相近，但滑移状态下应力波存在能量损耗；软弱结构面存在高频滤波特性，需要关注低频时结构面的稳定性；软弱结构面等效摩擦角越大越难发生剪切变形；波阻抗比对应力波透反射系数的影响存在一个阈值，超过这个阈值则透射系数保持恒定；应力波透反射系数随着充填材料厚度增大呈现周期波动变化，该周期可能与入射P波波长相关。研究结论有助于在岩土工程中确定潜在滑移软弱结构面，为抗震加固、岩土爆破工程等提供理论依据。

基于弹塑性模型参数反演的高土石坝地震响应预测

刘京茂 邵伟峰 邹德高 屈永倩 迟福东

2023, 54(9):  184-190.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.09.024

摘要 ( 273 )   PDF (4545KB) ( 524 )  

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合理准确描述堆石料的力学特性是高土石坝地震响应预测和安全评价的重要前提。以特高心墙坝填筑期变形的监测结果为目标值开展了三维反演分析，获取了反映大坝真实状态的坝料广义塑性模型和邓肯张E-B模型的参数，探讨了两种本构模型描述高土石坝变形的精度，随后采用反演的广义塑性模型参数开展了高土石坝的地震响应预测及安全评价。结果表明：目前反演分析常用的邓肯张E-B模型无法兼顾竖向和水平变形，且反演参数无法用于动力分析；静动统一的广义塑性模型计算的竖向和水平位移均与实测结果吻合良好，并可直接用于大坝的动力响应预测。所建立的一整套基于弹塑性模型参数反演的高土石坝地震响应预测分析方法，可为高土石坝的安全评价和风险预警提供可靠的技术支撑。

土质心墙坝防渗墙顶部土体剪切带模拟研究

黄宁 何蕃民 吴梦喜

2023, 54(9):  191-198.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.09.025

摘要 ( 29 )   PDF (4233KB) ( 134 )  

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由于混凝土防渗墙的压缩模量远远高于其两侧土体，导致墙体两侧土体的沉降远大于墙体本身，防渗墙顶部土体内部出现沉降量急剧变化的剪切带。鉴于剪切带模拟方法的复杂性，提出预设剪切面单元模拟剪切带变形的计算方法，用以模拟土体出现剪切破坏时的滑移特征，解决刚性结构顶部土体剪切变形的模拟计算问题，并将该方法应用于沟埋式涵洞顶部土压力计算。研究表明：计算成果与模型试验规律基本一致；该方法较好揭示了防渗墙上部土体的剪切变形特征，其计算的防渗墙顶部竖向平均应力值与常规方法相比减小30.43%,可较好解决防渗墙计算应力比实际监测值偏大的问题。

CO2碳化水泥土抗压强度与微观机制研究

梁飞

2023, 54(9):  199-205.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.09.026

摘要 ( 53 )   PDF (6840KB) ( 124 )  

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CO2碳化与水泥水化协同加固技术是兼具固化增强和实现CO2永久封存的新方法。目前关于CO2碳化水泥固化土抗压强度、耐久性及微观机制的研究尚不深入。通过抗压强度、扫描电镜、长期浸水、干湿循环和冻融循环等试验，依据表观形貌、抗压强度和强度软化系数等指标，全面评价了CO2碳化水泥土的力学表现和耐久性。结果表明：水泥掺量增加促使试样抗压强度持续增长，碳化试样抗压强度高于标准养护试样，最佳水泥掺量为25%;CO2浓度增大可加快CO2扩散速率和碳化反应进度，试样碳化深度和抗压强度随之增加，碳化试样抗压强度高于标准养护试样；生成的方解石和霰石是CO2碳化水泥固化土强度显著增长的根本原因；标准养护水泥固化试样抵抗浸水软化、干湿循环和冻融循环破坏的能力高于碳化试样；碳化3 d试样抗冻融循环等耐久性最差，试样表面出现大范围块体剥落；标准养护7 d碳化1 d试样具有良好耐久性；短期浸水时，碳化试样抗压强度高于标准养护试样；干湿循环时，碳化固化试样强度软化系数保持在0.8以上，最高达0.9且抗压强度超过5.5 MPa;冻融循环时，碳化的固化土试样抗压强度高于标准养护试样。研究成果可为CO2碳化与水泥水化协同加固地基土技术的研发及工程应用提供参考。

渗透结晶型防水剂对PE-ECC力学和自愈合性能影响

谭燕 赵犇 肖衡林 龙雄 万祥淼

2023, 54(9):  206-215.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.09.027

摘要 ( 20 )   PDF (14652KB) ( 104 )  

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为设计力学和自愈合性能优良的高延性水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composite, ECC),以掺超高分子量聚乙烯短切纤维(UHMWPEF,文后简写PE)的ECC(PE-ECC)为基准组，掺入不同类型和掺量的水泥基渗透结晶型防水材料(Cementitious Capillary Crystalline Waterproofing Materials, CCCW),通过抗压、抗折、抗拉试验及预制裂缝法分别分析其力学和自愈合性能，并通过压汞法(MIP)、X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对其孔隙结构、物相组成和微观形貌进行分析。结果表明：随着CCCW掺量的增加，PE-ECC力学性能呈先增后减趋势，当掺量为1.0%时，其力学性能最佳，且掺XYPEX型CCCW对PE-ECC力学性能的提升更为明显，此时抗压强度为53.8 MPa,提升了37.95%;抗折强度为11.8 MPa,提升了53.25%;极限拉应力为5.56 N/mm2,提升了14.17%;极限拉应变为7.53%,提升了21.65%。通过对共振频率和裂缝宽度的变化情况分析可知，CCCW对PE-ECC的自愈合性能有明显提升效果，能有效修复宽度小于0.5 mm的裂缝。MIP测试表明CCCW能有效改善PE-ECC孔隙结构；XRD和SEM显示掺入CCCW后PE-ECC自愈合产物种类不变，但Ca2+络合剂种类增加，提供Ca2+能力变强；裂缝处自愈合产物分布更为密集，愈合程度更高。

粗糙度对丙乳净浆-混凝土粘结特性影响研究

崔德浩 唐建辉 张伟 陈炫地 白银

2023, 54(9):  216-221.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.09.028

摘要 ( 24 )   PDF (13731KB) ( 111 )  

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为探究粗糙度对丙乳净浆修复材料与混凝土粘结特性的影响机制，采用切割和凿毛的方式制备了4种粗糙度的混凝土基体，通过直接拉拔试验获得了不同龄期下丙乳净浆-混凝土的粘结强度和破坏模式，基于偏光显微镜和显微硬度计研究了丙乳净浆-混凝土界面微观形貌和微观力学性能。研究结果表明：凿毛处理后的混凝土基体表层存在明显损伤，界面区显微硬度较切割处理的界面小且存在较大波动，这是导致粘结强度较低和基体表层破坏的直接原因；丙乳净浆与切割的混凝土基体的界面粘结形态良好，界面区显微硬度接近；“条纹”和“网格”基面为丙乳净浆和基体提供了机械咬合力，总体上粘结强度高于“平整”界面。在实际工程中，建议采用“条纹”切割的方式处理混凝土基面，以达到良好的粘结质量。

养护温度对低热水泥混凝土早龄期导热系数影响

关彬 卢晓春 陈博夫

2023, 54(9):  222-229.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.09.029

摘要 ( 29 )   PDF (3988KB) ( 111 )  

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为研究低热水泥混凝土在实际温度环境下早龄期导热系数的演化规律，设计并开展了不同养护温度和水胶比条件下低热水泥水化热和导热系数试验，根据试验结果分析了养护温度对低热水泥混凝土导热系数的影响机理，并建立了考虑温度效应的导热系数预测模型。结果表明：高温养护提高了低热水泥早龄期水化热及放热速率，标准养护下水化度较高温养护存在“滞后”效应；导热系数随着养护温度增加呈现先增加后降低的趋势，水胶比越大，导热系数越低；提出的预测模型得到了试验验证，并发现不同养护温度下导热系数随着水化度的增加不断降低，当水化度为0.39～0.41时，导热系数出现临界峰值，为1.51～1.45 W/(m·K)。研究成果可为低热水泥混凝土早龄期温度场精确计算以及温控防裂提供参考。

粗骨料替代率对再生混凝土性能影响研究

张恺 林子琪 尹志刚 王亮 周洪仟

2023, 54(9):  230-235.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.09.030

摘要 ( 46 )   PDF (3462KB) ( 143 )  

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为研究粗骨料替代率(0,30%,50%,70%,100%)和养护龄期(3,7,14,28 d)对再生混凝土性能发展的影响，对不同替代率的再生混凝土开展了单轴抗压强度和劈裂抗拉强度试验，并利用低场核磁共振(LF-NMR)技术分析了不同条件下再生混凝土内部孔结构的演变规律。结果表明：替代率为30%时，再生混凝土各项力学性能达到最优；替代率超过50%以后，再生混凝土的力学性能开始明显下降；不同替代率再生混凝土的核磁共振横向弛豫时间T2分布大体相似，均呈明显的“三峰”分布，峰面积随养护龄期的增加逐渐减小，且第一峰的峰值点有左移趋势；与替代率相比，养护龄期对横向弛豫时间T2分布的影响更为显著。最后建立了基于核磁共振孔隙率与不同替代率再生混凝土的强度预测模型，与试验结果具有良好的相关性。

深基坑模型试验中相似土配比及其微观表征研究

沈吴钦 吴昌将 张军 毛良根 仲栋宇

2023, 54(9):  236-244.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.09.031

摘要 ( 18 )   PDF (6165KB) ( 117 )  

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相似地质模型试验是深基坑等岩土工程研究中的一种重要方法，但关于岩土体相似材料的选取、制备工艺及试验适用性等方面的研究仍存在着诸多不足。依托南通地铁1号线汽车东站某基坑工程，在了解该地区富水砂层地质条件的基础上，根据土质相似材料配制要求，选取粉细砂、重晶石粉、洗衣液、膨润土、水为原料，基于正交试验方法进行配比研究，测得不同配比条件下相似土的物理力学参数并对其开展敏感性因素分析。此外，从微观角度进一步分析了各因素对相似土性质的影响机理及其微观结构特征。结果表明：相似土密度受重晶石含量控制，呈正相关关系；黏聚力受含水率与洗骨比控制，呈负相关；内摩擦角与各因素皆呈负相关，受重晶石含量控制；压缩模量与除含水率外的3因素均呈负相关。试验中不同配比相似土的物理力学性质参数分布范围较广，可为类似模型试验中土质相似材料的配制提供参考。

融合多测点数据相关性的大坝监测历史数据填补

刘鹤鹏 李登华 丁勇

2023, 54(9):  245-251.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.09.032

摘要 ( 16 )   PDF (3200KB) ( 116 )  

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基于历史数据的大坝安全监测预警、预报算法对数据集的质量要求较高，含有缺失值的数据集会明显降低算法结果的准确性。为提升数据质量，提出了一种融合多测点数据相关性的缺失值填补算法：基于各测点时间尺度的相关性，将满足一定相关度的时间序列作为预测模型的输入项，并引入迭代技术实现多测点的缺失值自动填补。为验证该算法对实际工程中不同类型缺失数据集的适用性，依据实测数据样本在缺失率、集中度、离散程度3个层次上共构造了12种不同类型的缺失数据集并进行试验。结果表明：针对不同类型的缺失数据集，该算法的RMSE均值在填补精度上较传统填补算法提升15%以上，nMAPE均值提升1%以上。

水电机组适应宽负荷运行的效率分析方法

马伊洋 王现勋 董得福 姚华明

2023, 54(9):  252-257.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.09.033

摘要 ( 26 )   PDF (7122KB) ( 128 )  

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近年来，水电补偿调节风、光、电的负担日益加剧，水电机组宽负荷运行成为了新常态。为探究水电机组宽负荷运行的效率变化及其影响因素，运用并细化了分析水轮机效率的加权因子方法，实例研究了李家峡水电站3号机组为适应宽负荷运行而改造前后对应区间水轮机的效率分布，分析了水轮机加权平均效率变化，重点分析了机组运行工况对加权效率的具体影响。结果表明：改造后加权平均效率提升了3.61%;机组主要运行在3个出力区间，改造后出力区间整体向高出力方向上移，且更加集中，尚未充分发挥其适应宽负荷运行的潜力，说明机组效率提升还有一定空间。研究成果给出了具体分析方法及结论，并指出了现有机组运行的不足，可为多能互补背景下水电站经济运行提供一定方法借鉴和技术参考。

三峡后续产业扶持项目实施效果与移民受益情况研究

杨荣华 陆非 潘惠

2023, 54(9):  258-263.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.09.034

摘要 ( 27 )   PDF (1417KB) ( 129 )  

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移民安稳致富和促进库区经济社会发展是三峡后续工作规划的首要任务。为综合评价三峡后续产业扶持项目(园区)的实施效果，评估产业项目移民受益情况，选取59个产业项目(园区)、41个移民村和335个移民户作为研究对象，构建包括项目(园区)实施效果和移民受益情况在内的三级指标体系。研究表明：三峡后续产业扶持项目总体运营良好，项目建设取得了显著成效，并从地方配套政策、加强项目跟踪监管、拓展移民受益链接机制和增加移民受益方式4个方面提出了建议。

基于改进YOLOv4-Tiny的河湖船舶目标检测算法

许小华 陈豹 王海菁 包学才

2023, 54(9):  264-271.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.09.035

摘要 ( 15 )   PDF (3250KB) ( 110 )  

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为有效提升复杂河湖环境下河湖过往船舶的精准快速识别效果，提出了基于改进YOLOv4-Tiny的河湖船舶目标检测算法。该算法首先通过引入Sigmoid加权线性单元(SiLU)激活函数，构建卷积+批标准化+SiLU激活函数的卷积模块，并替换主干网络中原有模块，然后在主干网络之后增加改进的空间金字塔池化(SPP)网络，最后在特征金字塔网络(FPN)中引入卷积块注意力模块(CBAM),同时采用自上而下的连接，构建改进的路径聚合网络(PANet)。实验结果表明：在昏暗、模糊、强光、遮挡重叠等复杂环境下，提出的改进YOLOv4-Tiny目标检测算法的平均精度比原始算法提升了1.27%,检测(推理)速度达到81.55帧/s,且仅占用内存37.34 MB。研究成果可为河湖过往船舶智能管理提供参考。