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2023年第11期目次

2023, 54(11):  0-0. 

摘要 ( 156 )   PDF (4518KB) ( 158 )  

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基于陆气耦合模型系统的太湖流域洪水风险预测

吴娟 林荷娟

2023, 54(11):  1-7.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.11.001

摘要 ( 185 )   PDF (16189KB) ( 325 )  

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为解决太湖流域高密度感潮河网地区水位预报精度难提高、洪水淹涝实时风险评估计算效率低等问题，破解复杂平原河网地区“四预”难题，构建了太湖流域陆气耦合模型系统，该系统包括太湖流域水文水动力学耦合模型与基于水文学法的洪水淹涝风险快速评估模型。在2021年“烟花”台风期间，以欧洲中期天气预报中心(ECMWF)数值模式网格、分区降雨预报为输入，分别应用基于河网多边形与汇流分布式动态单位线的水文水动力学模型预报太湖与河网代表站水位过程与超警超保区域，以及基于水文学法的洪水淹涝风险快速评估模型预测太湖流域洪水淹涝风险区域与强度。研究结果表明：太湖流域陆气耦合模型系统实现了降雨预报网格、分区与河网多边形的耦合，水文水动力模型解决了太湖流域降雨与径流在空间上的均化问题；与分区降雨数值预报相比，网格降雨数值预报预测的超警超保区域、洪水淹涝风险区域与实际情况更加吻合。该系统在“烟花”台风期间的预测预报服务直接支撑了流域洪水与区域涝水科学错峰调度，提升了流域与区域的防汛统一管理水平，有效缓解了下游地区的防洪压力，社会经济效益显著。

太湖流域河流健康评价指标体系研究及应用

张祖鹏 张泽贤 刘思远 樊国华 刘洪财

2023, 54(11):  8-15.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.11.002

摘要 ( 107 )   PDF (2373KB) ( 264 )  

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太湖流域河网密布，是中国经济社会发达、人口稠密的地区之一，科学评价太湖流域河流健康状况对其河长制工作开展、居民幸福指数提升等有重要意义。研究依据水利部、浙江省相关规定和要求及太湖流域河流特征，构建了含水文水质、生境结构、水生生物、社会服务和河流管理5个准则共13项指标的河流健康评价指标体系；并结合Delphi法确定了各准则及指标权重，明确了等级划分标准；同时以湖州市长兴港河流为例进行了案例研究。结果表明：研究所构建的指标体系可科学、客观地评价太湖流域河流健康状况；长兴港整体为“绿色”健康水平，但河流连通性等仍需进一步改善。研究成果可为太湖流域河流健康评价提供方法及案例参考，进而为流域水生态修复和河流健康保障提供决策支撑。

湖北省排污权与排污许可衔接关键点研究

杨霞 刘哲 赵昭 张强 陆青

2023, 54(11):  16-22.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.11.003

摘要 ( 56 )   PDF (1407KB) ( 125 )  

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排污权有偿使用和交易与排污许可是中国生态文明制度建设的重要内容，在一定程度上具有管理范围交叉性、管理要求相似性、管理目标一致性等特点，二者的衔接融合，将会大大提升环境管理效能、提高环境资源配置效率、降低政策执行成本、减少污染物排放。从固定污染源环境管理的需求出发，基于二者的内涵和关系，结合湖北省的制度特点和实施现状，围绕管理范围、污染物种类、核算方法、核算口径、有效期限、管理程序等方面，识别并剖析衔接融合的重难点，并提出建立区域排污权交易大市场、设定污染物衔接时限要求、细化排污许可核算要求、实施有效期限“三同步”、优化排污权管理程序的初步建议。

长江流域居民生态补偿支付意愿及其影响因素

任俊霖 饶友怡 罗欣

2023, 54(11):  23-30.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.11.004

摘要 ( 54 )   PDF (1382KB) ( 102 )  

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建立和完善长江流域生态补偿机制，是促进长江经济带高质量绿色发展的重要路径。基于长江流域7省市的770份实地调查数据，选取Probit模型和Tobit模型分别分析了长江流域居民生态补偿支付意愿(WTP)和支付水平及其影响因素。结果表明：(1)家庭居住位置、家庭年均收入、环境保护政策认可度、缴纳罚款认可度、政策了解程度5个变量与支付意愿显著相关；(2)居民生态补偿支付水平受到受教育程度、缴纳罚款认可度、政策了解程度、参与积极性4个变量的影响；(3)进一步测算了流域居民的支付水平和最小受偿意愿，对比发现，居民最小受偿意愿远高于其支付意愿，二者存在严重不匹配情况。基于此，提出提高长江经济带流域生态补偿支付意愿与水平的相关政策建议。

基于B-IBI的长江源生态健康评价

简文杰 张斌兴 罗洪波 万雷 马祥元

2023, 54(11):  31-35.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.11.005

摘要 ( 68 )   PDF (1451KB) ( 109 )  

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基于底栖动物完整性指数(B-IBI)对长江源各个河段进行生态健康评价分析，可为长江源河流管理提供参考依据。根据2022年8月(丰水期)和10月(枯水期)对长江正源沱沱河和长江南源当曲7个典型断面的大型底栖无脊椎动物调查监测的结果，经判别能力分析和冗余度分析，选取了总分类单元数、摇蚊个体数百分比、优势类群个体数百分比和粘附者个体数百分比4个参数计算了B-IBI。基于该指数，构建了长江源生态健康的评价指标体系和标准，并对其进行了评价。结果显示：长江源总体处于健康状态，局部评分较低，尤其是波陇曲汇入口至唐古拉山镇河段受损较为严重。初步推断该段经过人口较为密集区域，污染物负荷较大导致。建议对受损河段重点关注，并有针对性地开展生态修复整治。

长江中下游洲滩型湿地生态系统重构研究

管桂玲 付东王 程昝 黄龙燕

2023, 54(11):  36-42.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.11.006

摘要 ( 67 )   PDF (6633KB) ( 133 )  

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长江中下游分布着较多洲滩型湿地，存在生态功能退化、生物多样性减少、生物栖息地破碎等问题。以长江中下游典型江滩湿地——绿水湾湿地为例，针对其湿地生态系统原始风貌与结构完整性受损严重的现状，以近自然河流湿地生态系统作为生态修复的总体目标，提出以涉禽、游禽为指示物种，在满足长江防洪要求、水文特征的基础上确定生境类型及空间总体布局，采用湿地基底恢复、湿地水文水质恢复、湿地生态系统结构恢复3项关键技术进行湿地生态系统重构，并提出关键技术方案。提出的湿地生态系统重构思路、关键技术与方案，可应用于南京市江北新区长江岸线湿地保护与环境提升工程，并为长江中下游洲滩型湿地的生态保护与恢复提供可借鉴的样本。

汉江流域暴雨天气学概念模型分析

訾丽 王志良 张方伟 王乐

2023, 54(11):  43-50.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.11.007

摘要 ( 124 )   PDF (6507KB) ( 226 )  

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为提高汉江流域的降水预报能力，利用1960～2021年的降水资料和探空资料，分析了汉江流域暴雨的区域特征，通过典型过程选取、关键天气系统辨识等方法建立了汉江流域典型暴雨的天气学概念模型。选取了2022年汉江流域上中游暴雨过程，采用天气学原理辨识中高低层关键天气系统的配置及位置进而对暴雨天气学概念模型进行了验证。结果表明：(1)汉江流域上中游及汉江流域暴雨多发生在5～10月，汉江流域下游暴雨多发生在3～10月，夏季暴雨发生频率均高于秋季，且汉江流域下游暴雨及大暴雨日数最多。因此，可根据暴雨的特点将汉江暴雨划分为流域型暴雨、上中游型暴雨和下游型暴雨。(2)针对汉江流域型暴雨，建立了槽前切变低涡型、低空切变急流型、槽及两高辐合型、高空深槽型4种天气学概念模型；针对汉江上中游型暴雨，建立了低空切变急流型和两高辐合型两种天气学概念模型；针对汉江流域下游型暴雨，建立了槽前切变型、偏南气流型、槽后切变型3种天气学概念模型。(3) 2022年汉江流域上中游暴雨过程验证结果符合汉江流域上中游低空切变急流型概念模型。

汉江流域多模式面雨量预报效果评估及集成应用

邱辉 范维 王乐

2023, 54(11):  51-59.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.11.008

摘要 ( 53 )   PDF (4325KB) ( 95 )  

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为探明不同数值模式预报产品对汉江流域降水的预报效果，利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)、德国气象局(GERMAN)、美国国家环境预报中心(NCEP)、日本气象厅(JMA)与中国国家气象局的GRAPES数值模式，分析了汉江流域面雨量的分布特征，并利用TS评分检验了多种数值模式对汉江流域不同分区、季节、量级的面雨量预报效果，提出了多模式降水预报集成应用方案。结果表明：汉江流域各分区中，皇庄以下区间出现大雨及以上量级强降水次数最多且强度最大，白河-丹江口区间的次数最少且强度最弱。各模式中，GERMAN模式对汉江流域面雨量的预报效果整体最好，其次为ECMWF模式，再次为NCEP模式，而JMA和GRAPES模式相对较差。不同季节中，模式预报在主汛期的降水预报效果整体最好，其次为秋汛期，枯季相对较差；其中，秋汛期的空报率和漏报率相对较低，主汛期的漏报率相对较高。采用动态加权的方法对多模式预报产品进行集成，发现集成预报可以综合各模式预报信息，其预报效果在各模式中位于前列。

丹江口水库入库洪水概率预报及调度风险分析

王伟 王乐 田逸飞 崔震

2023, 54(11):  60-67.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.11.009

摘要 ( 48 )   PDF (5319KB) ( 108 )  

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为了科学表示洪水预报中的不确定性和风险信息，以丹江口水库为研究对象，基于Copula贝叶斯方法开展丹江口水库入库洪水流量概率预报，从概率预报期望值的精度、预报区间的优良性以及整体性能3个方面对概率预报结果进行评价，并在此基础上进行丹江口水库调度风险策略分析。结果表明：随着预见期的延长，丹江口水库流量概率预报的不确定性相应增加，精度有所降低；各预见期的概率预报区间总体合理可靠，区间覆盖率均超过0.87;概率预报期望值精度较确定性预报略有提升，不同预见期的连续概率排位分数CRPS始终小于相应的确定性预报的平均绝对误差MAE,较确定性预报MAE的降低幅度均超过25%。研究成果可提供不同方案下水库水位超目标水位的风险信息，为科学风险调度决策提供参考。

基于深度学习的多源降水数据融合方法及其应用

覃晓东 朱仟 周东旸 丁洁

2023, 54(11):  68-75.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.11.010

摘要 ( 48 )   PDF (7242KB) ( 86 )  

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准确的水文模拟依赖于可靠的降水数据，遥感降水产品是对地面观测站点空间代表性差的有效补充，但其精度仍需进一步改进。为获得更高精度的降水数据，提出了一种时空动态数据融合方法，它结合了基于长短期记忆(LSTM)神经网络的空间插值方法与动态贝叶斯模型平均(DBMA)数据融合方法。基于该方法将IMERG-E遥感降水数据和地面站点观测降水数据进行了融合，并以湘江流域为例，通过评估融合降水数据的精度及水文模拟验证了该方法的可靠性以及融合降水产品的精度。结果表明：融合降水数据能够较好地反映湘江流域降水的空间分布特征，并与地面站点观测降水具有很高的相关性，在多个站点处的相关系数CC达到0.65以上，大多数站点达到与参考数据集(中国自动站与CMORPH降水产品融合的逐时降水量网格数据集1.0版，简称CMA)相同甚至更高的水平。此外，相较于IMERG-E和CMA,融合降水数据在水文模拟方面的性能有所提升，洪水事件验证期的纳什效率系数NSE分别从0.41和0.80提升至0.84。

基于HSPF模型的平原河网地区流域划分

马仕先 周刚 童思陈 呼婷婷 胡海珍

2023, 54(11):  76-82.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.11.011

摘要 ( 30 )   PDF (13655KB) ( 82 )  

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现有的流域划分方法适用于高差清晰的地区，在平原河网地区适用性较差。为解决平原河网地区流域划分问题，根据平原河网地区的地形地貌特征，提出了一种综合各数据优势的多尺度、分层次的平原河网地区流域划分方法。该方法参考水系、道路、圩堤、闸泵和土地利用类型，结合单元格级网格和网格中心点空间分析数据，生成流域划分参考图。通过建立常州市钟楼区平原河网HSPF水文模型，对提出的平原河网地区流域划分方法进行了模拟应用。结果表明：钟楼区2020～2021年水文过程模拟结果较好，德胜河桥、钟楼大桥和连江桥下站点的相关系数、纳什系数均大于0.75,满足模型模拟精度，提出的平原河网地区流域划分方法有一定的合理性和可行性。

基于土地利用/覆盖预测模型的昆仑山冰湖分布预测

王南 仲涛 郑江华 孟乘枫

2023, 54(11):  83-90.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.11.012

摘要 ( 38 )   PDF (3734KB) ( 74 )  

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开展冰湖时空分布预测研究，对预防冰湖溃决引发的灾害具有重要意义。基于GEE监督分类结果分析了2000～2020年昆仑山冰湖时空变化特征，探究了多准则CA-Markov、FLUS(Future Land Use Simulation)、PLUS(Patch-generating Land Use Simulation Model)3种土地利用/覆盖预测模型在冰湖预测中的适用性，得出最适宜昆仑山冰湖预测的模型，并基于此预测研究区未来冰湖变化趋势。结果表明：(1) 2020年，昆仑山地区冰湖数量及面积较2000年分别增长了39.25%和81.35%,冰湖空间分布呈现西多东少的特点。(2) 3种预测模型中，多准则CA-Markov模型在精度评价中表现最优，Kappa系数为0.86。(3)预测2025年冰湖面积及数量与2020年相比分别增加约6.54%、9.73%,2030年与2020年相比分别增加约14.59%、16.55%,未来昆仑山冰湖整体呈增长趋势，且东西部冰湖扩张差异将逐渐减小。

乌东德库区小汊头红层滑坡形成机制研究

刘敬民 高阳阳 邓建辉 叶成林 彭正

2023, 54(11):  91-98.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.11.013

摘要 ( 30 )   PDF (39435KB) ( 111 )  

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乌东德库区具有红层库段滑坡密集发育的特点，以库区小汊头滑坡为例，探究古堰塞湖的形成对库区红层滑坡孕育发展的影响。采取红层岩样进行矿物分析与矿物鉴定，将砂岩和砾岩放入去离子水中浸泡，分析不同浸泡阶段岩体的微观结构及溶解的离子浓度，并测量泥岩在干湿循环下的波速变化，并运用GeoStudio数值模拟软件计算流固耦合作用下边坡的破坏过程。研究表明：砂岩和砾岩中含有石膏，遇水易溶解形成溶蚀孔洞，渗透性增强；浸泡液中SO42-离子浓度最大，其次是Ca2+、Na+,石膏为主要溶解矿物；4次干湿循环后泥岩表面有部分薄层脱落，微裂隙生成，波速明显减小；滑坡变形模式为滑移-压制拉裂，滑坡破裂面为阶梯状，在该模式下泥岩作为控滑层面，使砂岩在变形过程中内部形成上窄下宽的裂缝并不断向上扩展延伸，直至斜坡岩体发生失稳破坏。

考虑滞后性变化的滑坡位移预测模型研究

李仁江 魏明垒 赵小铭 董星辰 黄波林

2023, 54(11):  99-105.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.11.014

摘要 ( 55 )   PDF (14152KB) ( 98 )  

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在库水位反复升降条件下，滑坡的变形会滞后于库水位变动。滑坡变形的滞后性会随着时间发生改变，为解决滑坡变形滞后性随时间改变而导致的预测困难问题，基于溪洛渡库区雨林二组滑坡的长时间监测数据，通过相关性分析对滑坡变形滞后性随时间的变化规律展开了研究，并提出了一种考虑滑坡变形滞后性变化的位移预测方法。以白鹤滩库区王家山滑坡的变形情况对预测方法的普适性进行了验证。研究结果表明：滑坡变形的滞后性是随着时间逐渐显现的，由第2蓄水周期的1 d增加至第5周期的11 d,且库水位升高时滑坡变形的滞后性变化得更为明显。验证结果表明，预测方法的准确性和普适性均较好。综合分析认为该法可为库区其他涉水滑坡的变形预测提供借鉴。

下穿岩溶天坑隧道暴雨期涌水量峰值估算方法

谢艺伟 陈基武 张鹏 郭子昊 张翾

2023, 54(11):  106-113.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.11.015

摘要 ( 39 )   PDF (23630KB) ( 99 )  

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岩溶地区隧道建设不可避免会遭遇涌水灾害，突涌水量估算是岩溶隧道施工抢险与后期处治方案制定的重要基础。天坑洼地是岩溶地区特殊地貌单元，是联接岩溶地区地表水与地下水的重要通道，下穿岩溶天坑隧道涌水量不仅受岩溶区水文地质条件控制，而且还受到暴雨期岩溶天坑小流域地表径流补给的影响。结合实测数据和统计数据，基于小流域暴雨资料推求地表汇流洪峰形成机制，提出了一种考虑岩溶天坑流域地表径流补给的下穿岩溶天坑隧道暴雨期突涌水量峰值估算方法，并结合鸡冠山隧道的隧址区地形地貌、水文地质条件与实测涌水资料，开展了案例分析计算与实测涌水量对比。结果表明：传统涌水预测方法无法考虑暗河与地表水补给的影响，与实测结果差距很大，本方法能够准确预测隧道下穿岩溶天坑区暴雨期突涌水量峰值，为保障岩溶区隧道施工与运营安全提供重要支撑。

基于异轨DSM提取技术的滑坡体积估计

庾露 黄艳霞

2023, 54(11):  114-120.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.11.016

摘要 ( 33 )   PDF (22217KB) ( 90 )  

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滑坡发生后，区域内通常仍有持续性降雨，传统光学立体测绘卫星所采用的同轨测量方式受限于重访周期固定、成像幅宽和成像时刻区域可能存在云层遮挡等限制，往往难以获取灾后地形信息。为此，提出基于异轨DSM提取技术，将符合生产要求的高质量卫星影像加以筛选并重新组合利用，采用二次高程校正方法进一步降低滑坡前后DSM总体误差，实现不依赖实地控制点，使用常规光学卫星在复杂山地环境下提取滑坡体积的新思路。以2020年7月发生在湖北省恩施市的沙子坝滑坡为例，使用滑坡后两景不同时期的高分2号卫星影像构成异轨立体像对生成了DSM,并与滑坡前由资源3号02星生成的DSM结合提取了此次滑坡体积变化情况。结果表明：(1)经过外部高程数据的二次校正精度后，异轨与同轨立体测量技术所生成的DSM精度相当，均满足1∶10 000 DEM高山地的测图要求。(2)提取的滑坡体积为296.28万m3,具有较高的准确性，并可通过体积变化分布准确识别滑坡的构造特征。研究成果对基于遥感的滑坡构造特征分析，以及常规山地地形测绘等工作具有参考价值。

基于多尺度数学模型的波束角效应改正方法

胥洪川 周威 孙振勇 马耀昌 郑亚慧

2023, 54(11):  121-125.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.11.017

摘要 ( 25 )   PDF (2505KB) ( 85 )  

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为解决复杂水域下单波束测深波束角效应引起的地形失真难题，提出了一种基于多尺度数学模型的单波束测深波束角效应改正方法。该方法基于测深换能器波束“锥形”发射的形态、水下地形三维空间形态建立波束角效应多尺度数学改正模型，利用Horn算法拟合改正模型关键尺度水下地形点空间上坡度、坡向，实现三维空间下测深波束角效应的改正。通过乌东德库区白马口-龙街河段测深试验数据进行精度验证，以机载LIDAR点云数据为基准，对试验区域改正前、后的单波束数据进行对比分析。结果表明：改正后较差主要集中在区间[-0.25m, 0.25m],且分布符合测量随机误差的规律，波束角效应带来的影响明显减弱；改正后测深中误差精度提高48.6%,倾斜地形水下测量的精度得到有效提升；论证水下地形的坡度是影响波束角效应的主要因素。该方法为波束角效应的改正研究提供了新的方向，对于提高单波束测深精度具有一定的借鉴意义。

横通道爆破施工条件下水平耦联隧道动力响应研究

张伍 张忠杰 肖传玉 裴小松 周龙龙 梁广林

2023, 54(11):  126-133.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.11.018

摘要 ( 38 )   PDF (6771KB) ( 82 )  

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为研究横通道施工爆破荷载作用下大跨小净距耦联隧道的动力响应规律，依托广州市黄埔区一新建隧道与既有隧道间车行横通道的爆破掘进施工，建立了等效爆破荷载作用下既有隧道动力响应分析的三维有限元计算模型，分析了既有隧道的动力响应规律并进一步确定了当前施工参数下横通道爆破作业面距既有隧道的安全距离阈值。研究结果表明：既有隧道迎爆侧下拱腰区域为主要的振动响应区，衬砌最大振速与最大拉应力均位于该区域内，且衬砌振速主要以水平径向(沿横通道轴线方向)振速为主，施工时可以该位置的水平振速监测值作为横通道爆破施工影响的评价指标；横通道爆破荷载下既有隧道衬砌动应力分布规律及其发展趋势与振速基本一致，且两者具有良好的线性正相关性；既有隧道衬砌峰值振速与开挖面距该隧道距离呈良好的负幂指数关系，基于其拟合关系，建议在横通道掌子面距既有隧道衬砌10 m左右时就应对爆破施工参数进行优化与降级，避免影响既有衬砌的结构安全。

基于附加质量理论模型的心墙砾石土密实度求解

王峰 朱伟玺 胡存宝 李德宽

2023, 54(11):  134-138.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.11.019

摘要 ( 37 )   PDF (2272KB) ( 91 )  

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坝料密实度控制是土石坝心墙填筑质量控制的关键性指标，当前中国西南地区高坝心墙料普遍采用砾石土或掺粒土，传统坑测法测试密实度耗时耗力，而附加质量法目前主要用于堆石料密实度检测，对于心墙料还较少应用。基于附加质量理论模型，提出了一种新的数字量板构建方法。首先基于堆石体上每个测点的测试参数，通过公式计算建立密实度和测试参数的对等关系，得到理论量板；然后通过构建参数对等图制作了两种不同的量板。通过对砾石土心墙坝料密实度进行计算并和坑测法结果对比，验证了此方法的有效性。新的方法计算简便，参数对等灵活，与之前的数字量板相比，具有量板容易扩展、测试范围更广等优点。

基于单一通水方向的泵站底板水管冷却方案研究

段炼

2023, 54(11):  139-144.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.11.020

摘要 ( 34 )   PDF (11038KB) ( 88 )  

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水管通水冷却是大体积混凝土主要的温控措施，交替变换冷却水通水方向虽降温效果更好，但需要耗费较多人力物力，实际施工中仍可能采用单一方向通水。针对该情况，结合上海市前卫泵闸工程，采用热流耦合精细算法模拟不同的水管布置型式及底板浇筑方式下泵房底板混凝土的冷却效果。仿真结果表明：不改变通水方向时，“双循环”水管布置型式能解决传统“单循环”水管布置型式下底板温度梯度较大的问题；采用分块浇筑措施，结构温度梯度小，新老混凝土接合面拉应力偏大。单一通水方向工况下，建议采用“双循环”水管布置型式以及合理分块浇筑，研究成果可为类似工程中的泵站底板温控工作提供参考。

凝灰岩水理性及相应隧洞围岩失稳防治技术综述

陈兴周 张旭 李文新 刘立鹏

2023, 54(11):  145-151.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.11.021

摘要 ( 44 )   PDF (1658KB) ( 98 )  

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凝灰岩强度与变形属性受水的影响显著，研究掌握其水理特性对于评判由水的作用而导致的围岩失稳风险并提出针对性支护措施具有重要意义。通过收集整理与凝灰岩相关的研究成果，梳理了凝灰岩主要成分占比、细观结构和基本物理参数，总结了凝灰岩产生软化、膨胀与崩解等特性的原因，论述了凝灰岩地层隧洞工程灾害防治理念与措施。最后对后续凝灰岩研究重点及相应工程措施进行了展望。研究结果表明：(1)凝灰岩内部蒙脱石、伊利石、高岭石的含量，孔隙结构以及风化侵蚀程度的差异是导致凝灰岩水理特性复杂的主要因素；(2)物理及化学作用是造成凝灰岩膨胀的主要原因；易溶矿物水解、黏土矿物水化反应、离子交换作用会引起凝灰岩结构性丧失而崩解；(3)支护、加固以及阻隔水是防治凝灰岩地层围岩失稳的有效措施。

基于PIMPLE算法的低负荷水泵水轮机内部流态研究

王浩博 周大庆 郭俊勋

2023, 54(11):  152-157.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.11.022

摘要 ( 40 )   PDF (9897KB) ( 83 )  

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为探究水泵水轮机在低负荷工况运行时的异常水力激振现象，基于OpenFOAM软件中的PIMPLE算法，结合SAS-SST湍流模型对水泵水轮机在不同低负荷运行工况的内部流态进行三维数值模拟。与试验数据对比后，证明PIMPLE算法在低负荷工况模拟时具有一定的稳定性和可行性。从模拟结果中可发现：机组在偏离额定工况运行时，无叶区内部易出现低频脉动现象，同时叶片吸力面及出水边均存在回流涡结构。而随着流量增大后，转轮内部流态得以改善，尾水管直锥段处从小开度工况下的偏心螺旋状涡带逐渐向同心圆柱形涡带演变，同时涡带的运动过程一定程度上会影响尾水管进口处流态及压强分布的均匀程度，是诱发尾水旋涡的主要影响因素。

基于热污染率的湖水源热泵温排水影响评价方法

胡秋明 罗景辉 武雪梅 刘彪 吴晓轩 张昌建

2023, 54(11):  158-165.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.11.023

摘要 ( 41 )   PDF (2069KB) ( 88 )  

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湖水源热泵因其节能及运行稳定等优点而被广泛应用，但是湖水源热泵温排水的排放可能会引发水体热污染问题。通过建立湖水热平衡模型，分析了湖水源热泵温排水的热影响，并根据中国现有的地表水环境质量标准，以湖水温度变化为切入点，将水体热污染定量化，定义了水体热污染率，提出了湖水源热泵温排水影响的评价方法。将该评价方法在南京工程大学天印湖水源热泵系统中进行应用，测试了湖水源热泵系统及湖水的相关参数，得出了最热周和最冷周湖水在竖直方向和水平方向的温度梯度，计算出水体最热周最大和平均水体热污染率分别为0.69和0.48;最冷周最大和平均水体热污染率分别为0.42和0.38,与冬季相比，夏季更容易造成水体热污染。实践表明，该方法可以定量评价湖水源热泵温排水影响，可为类似湖水源热泵的设计应用提供参考。

基于模型试验的滑体不同节理组合岩块破碎特征研究

杨鹏 郑光 刘建强 黄金成 刘震东 陈明浩

2023, 54(11):  166-174.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.11.024

摘要 ( 30 )   PDF (29279KB) ( 83 )  

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岩块破碎在高速远程滑坡碎屑化运动中起关键作用，而岩块内在结构控制着滑体的变形、破坏特征和运动距离。为研究不同节理设置对岩块在自重作用下的失稳停积是否会产生不同的破碎效果和运动距离，开展了物理模型试验。试验中通过改变节理方向和组合形式设置了8种不同组合的滑块，其在自重作用下失稳下滑，利用高速摄像机记录试块撞击底板破碎和停积的过程，分析试块撞击底板时的破碎模式；通过人工测量方法获取最远运动距离和堆积体累积质量曲线，并引入相对破碎率对最后试块的破碎程度进行量化；利用由图像处理方法获取的运动参数推导出破碎耗能比，进而研究破碎特征与运动距离、破碎耗能比之间的关系。结果表明：(1)根据滑块的接触方式可将破坏模式分为：撞击破碎、二次碰撞破碎以及滑动摩擦破碎；(2)存在竖向节理、水平向和竖向组合型节理时，滑块的破碎程度和运动距离明显增加；(3)最远运动距离、破碎耗能比都具有随相对破碎率增加而增加的趋势。

深层裂隙发育型膨胀土边坡变形演化特征研究

吴庚 宋书学 陈雪兵 熊勇

2023, 54(11):  175-181.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.11.025

摘要 ( 38 )   PDF (7412KB) ( 99 )  

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深层原生裂隙在膨胀土地层中普遍存在，沿裂隙面的深层滑动是膨胀土边坡失稳的重要模式。为掌握深层裂隙性失稳模式下膨胀土高边坡的变形演化特征，开展了高边坡开挖卸荷的现场原型试验。由试验测得了从稳定发展至破坏过程中边坡的水平位移，获得了滑裂面几何形态，进而推导了深层裂隙性失稳模式的力学机制；采用位移速率幂指数作为边坡变形演化趋势的量化参数，分析了开挖速率及降雨对边坡变形状态的影响；按变形发展快慢趋势，将边坡变形划分为缓慢稳定、缓慢失稳、短时失稳和快速失稳4种状态类别，并提出定量判别阈值；根据不同变形状态下边坡的位移速率及其幂指数的分布规律，提出了适用于膨胀土深层裂隙性滑坡的预警方法。所得成果为膨胀土边坡变形控制和滑坡预警提供了理论和试验依据。

活动断裂对隧洞变形响应特性的影响研究

赵利鹏 李坚 高仝 周光新 崔臻

2023, 54(11):  182-189.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.11.026

摘要 ( 31 )   PDF (8615KB) ( 95 )  

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长距离跨流域调水工程是解决水资源短缺与社会经济高质量发展之间矛盾的必然选择，由于受到地形和地质条件的限制，通常需要跨活动断裂建设长距离输水隧洞。为了全面、准确地认识活动断层的错断对输水隧洞变形破坏特性的影响，以滇中引水工程的关键控制性工程——香炉山输水隧洞为例，基于隧洞关键部位的位移与相对变形、最大主应力、纵向等效内力等指标，对断层带倾向、夹角、宽度、岩体力学参数等因素进行参数分析。结果表明：断层带走向与隧洞夹角以及断层带倾角越大，对隧洞衬砌变形受力状态越有利，当隧洞必须要跨越活动断裂时，其相交角度较大为宜；在相同错动量的前提下，断层宽度越小，对隧洞变形越不利；在断裂带两侧岩体质量条件和错动量不变的前提下，随着断裂带岩体质量的提升，隧洞受到的错动作用更加显著。研究成果可为相关隧洞工程建设提供参考。

新型疏水剂对大坝混凝土性能影响研究

王志明 范敬冲 张利荣

2023, 54(11):  190-194.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.11.027

摘要 ( 34 )   PDF (3117KB) ( 92 )  

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寒冷地区混凝土大坝的渗水和冻融劣化是造成坝体破坏形成决口、甚至溃坝等风险事件的主要原因，对坝体混凝土进行疏水处理是工程实践中迫切需要解决的问题。应用表面改性后的沸石粉(YA)作为新型疏水剂对混凝土进行疏水处理，制备水胶比为0.5,YA掺量分别为0,2%,3%和4%的疏水混凝土，研究疏水混凝土的力学与抗冻性能；同时利用吸水试验和压汞试验(MIP)测定混凝土的孔隙结构，通过分析孔径分布特征探究YA改善混凝土各项性能的机理。研究发现：YA的掺入能够增加过渡孔(无害孔)含量并抑制大孔(有害孔)的发育，改善了混凝土内部孔隙网络，进一步抑制水及溶液的侵入，从而显著提高了混凝土的力学性能、吸水性能和抗冻性能。

下游蓄水对水电站发电影响分析及优化调度策略

雷苏琪 侯进进 蔡淑兵 张利升

2023, 54(11):  195-201.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.11.028

摘要 ( 47 )   PDF (2140KB) ( 109 )  

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随着梯级电站的开发建设，回水顶托对上游电站发电效益的影响愈发显著，分析回水顶托作用下电站发电规律并进行优化调度策略研究对提高梯级电站发电效益具有重要意义。通过回水计算和径流调节模型，对比分析了井冈山水库蓄水前后万安电厂尾水位和发电指标变化规律，并提出了相应的调度运行策略。结果表明：井冈山水库蓄水对万安电厂尾水位有明显顶托影响，多年平均发电量减少0.99亿kW·h;发电水头影响程度随着入库流量的增大而逐渐降低，最大影响发电水头3.91 m;万安水库供水期(11月至次年2月)采用高水位运行方式，可明显提高万安电厂发电效益。研究成果可为类似受影响电站优化调度提供参考借鉴。

应对2-甲基异莰醇风险的水利工程联合调度策略

朱宜平 尚钊仪 李蓓 李敏 张旭坤

2023, 54(11):  202-207.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.11.029

摘要 ( 44 )   PDF (2585KB) ( 86 )  

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开展水利工程联合调度应急预案研究是降低水源地突发水污染风险的重要举措。为降低东太湖2-甲基异莰醇(2-MIB)浓度季节性突增对下游太浦河金泽水库供水安全的影响，采用平原河网水动力模型与数学回归分析耦合方法，基于2016年实况水情，开展了太浦河枢纽100～1 000 m3/s分级下泄流量情景模拟分析和水利工程调度策略研究。研究结果表明：800 m3/s、400 m3/s分别是影响水流到达时间、两岸支流汇入比例的关键流量节点。满足金泽取水断面2-MIB处理能力控制要求的东太湖来水2-MIB限值区间为525～1 690 ng/L,并提出太浦河枢纽下泄流量与东太湖来水2-MIB浓度不同区间组合下的金泽水库与太浦河枢纽联合调度策略。研究成果可为提高上海市金泽水库取水安全保障提供技术支撑，并为平原河网地区供水调度提供参考。

基于云模型-熵权法的大坝风险等级评价

高强 彭秀华

2023, 54(11):  208-213.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.11.030

摘要 ( 42 )   PDF (4672KB) ( 90 )  

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大坝溃坝会造成灾难性的人员伤亡和经济损失，因此准确评价大坝的风险等级并及时加以防治对大坝安全运营至关重要。以大岗山高拱坝为工程依托，针对大坝稳定性影响因素具有复杂性和随机性的特点，提出了采用云模型评价单因素风险等级和熵权法综合评价大坝安全等级的思路。首先详细分析了影响大坝稳定性的风险因素，确定了大坝稳定性影响因素评估指标体系，并借助专家打分的方式，获得了各因素的影响分值；然后在此基础上利用云模型划分了25个三级风险指标的风险等级，结果显示均位于中风险和高风险等级区间；最后采用熵权法确定各三级指标的综合权重，计算出大岗山高拱坝稳定性加权分数5.69分，对应安全等级Ⅲ级。实践表明，云模型-熵权法评估结果可靠，符合工程实际，可为大坝风险评价提供借鉴。

基于虚拟中心点的水平位移监测算法研究与应用

王甫强 余斌

2023, 54(11):  214-220.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.11.031

摘要 ( 28 )   PDF (2716KB) ( 95 )  

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对于深基坑支护结构的水平位移，一般利用极坐标法、小角法或视准线法等进行观测，但作业效率不高，而在基坑自动化监测中，通常采用固定架站式全站仪观测，如何快速准确地将监测点坐标值转换为水平位移值则是关键问题。对此，提出了一种新的基坑自动化水平位移监测算法，在考虑基坑外边线轮廓的基础上引入了基坑虚拟中心点辅助计算，能快速准确地将观测值归算到基坑对应边线的垂直方向上，得到基坑各条边线上准确的水平位移量，提高了计算的效率和准确性。将该算法应用于深基坑水平位移监测实际案例，并利用人工监测中常用且精度很高的视准线法及极坐标法验证其监测精度。结果表明，提出的水平位移计算方法与视准线法的观测结果偏差率不超过15%,能准确反映水平位移监测点的实际变形情况，同时提高了内业工作效率。

基于密度聚类的监测数据漂移动态校正算法

李鹏飞 雷未 虞冬冬 吉同元

2023, 54(11):  221-227.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.11.032

摘要 ( 40 )   PDF (8083KB) ( 87 )  

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由于系统故障或外界环境扰动影响，工程监测数据常会出现漂移的现象。对于水工建筑物，由于结构的相似性和测点布置的相关性，其监测量往往具有显著的空间关联性，使得监测数据存在相似的变化规律，以此可为测点的漂移校正提供判别依据。依据上述原理，提出基于相似测点的密度聚类分析，并运用DBSCAN算法判定测点漂移区间和漂移量；同时为克服校正突变和类簇粘连等问题，引入滑动窗口模式建立监测量漂移的动态校正模型，其校正过程分为窗口内数据校正与窗口滑动校正两个部分。工程实例表明：该方法具有较强的适用性及较高精度，为结构中存在相似测点的数据漂移问题提供了新的自动校正思路。

水轮机调节系统运检合一虚拟仿真培训平台开发

张彬桥 李述喻 杨文娟

2023, 54(11):  228-233.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.11.033

摘要 ( 36 )   PDF (8146KB) ( 91 )  

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为实现水轮机调节系统运行机理与检修知识的深度融合及可视化表达，搭建了水轮机调节系统运检合一虚拟仿真培训平台，以提高水电站运维及培训效率。利用3ds Max对水轮机调节系统部件及其在厂房的分布场景进行三维建模；基于Unity 3D引擎对水轮机调节系统检修流程进行多媒体动画演示与交互操作，并依据其工作原理与操作规程进行了全系统动态仿真建模。该平台实现了全系统虚拟漫游、三维交互式检修及虚拟运行功能，通过提供具有深度沉浸感的交互式学习环境，改变了传统低效的培训方式，可为水电站培训的标准化和专业化提供参考。

基于CATIA V6的BIM模型轻量化转换方法与实现

韩娅娜 栗煜 韩江涛 陈明武

2023, 54(11):  234-241.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.11.034

摘要 ( 54 )   PDF (15218KB) ( 88 )  

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当前，CATIA V6作为主流CAD/CAE软件之一，在水利水电行业设计中得到广泛应用，但水电站设计模型通常具有体量大、不便于传输等特点，严重影响模型的全生命周期应用。模型轻量化成为数字孪生技术的重要研究内容，为此提出了一种基于CATIA V6的BIM模型轻量化转换方法。首先定义轻量模型存储结构，通过“参考-实例”方式建立构件之间的逻辑引用关系；然后采用解析算法和离散算法获取模型数据；最后将数据重组，形成轻量化格式的模型文件。在大型水利枢纽工程中的实例应用表明：该方法在不丢失模型信息的情况下，能最大限度压缩模型数据；通过该方法得到的轻量化模型，可以在工程项目数字化平台中快速加载并流畅显示，同时能够满足多种应用场景，提升了BIM模型在水利水电工程中的应用价值。

数字孪生水利工程网络安全风险分析和保障体系

徐波 王昕

2023, 54(11):  242-250.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.11.035

摘要 ( 37 )   PDF (1695KB) ( 124 )  

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数字孪生水利工程是数字孪生流域的关键节点，也是智慧水利建设的重要组成部分，在数字孪生水利工程建设中，如何保障网络安全尤为重要。以汉江流域数字孪生项目建设为例，结合数字孪生水利工程的特点，分析了数字孪生水利工程面临的网络安全风险。在此基础上，运用网络安全防护技术，从网络安全纵深防御体系建设、物联网安全防护、数据安全防护、水利工业控制系统安全防护、云计算安全防护、移动安全防护6个方面构建了数字孪生水利工程网络安全技术风险治理体系，并对水利行业数字孪生水利工程网络安全管理提出了具体措施和建议。研究成果已在汉江流域数字孪生水利工程建设中取得了良好防护效果，可为水利行业其他数字孪生工程的网络安全工作提供借鉴。