《水利水运工程学报》 

2011年9月第3期（总第129期）
(季 刊)
目 次

预应力混凝土组合箱梁扭后抗弯性能分析………………………………………………胡少伟，胡汉林(1)
电站日调节非恒定流对航道整治效果的影响…………………………………曹民雄，马爱兴，胡金义(10)
区域层面河湖功能区划研究——以太湖流域为例
………………………………吴永祥，王高旭，丰华丽，伍永年，徐 慧，雷四华，汤绍青，施 睿(18)
蓄滞洪区洪水演进数学模型研究及应用…………………李大鸣，管永宽，李玲玲，吕会娇，王 强(27)
南阳压实膨胀土膨胀变形规律研究…………………………………王 顺，李涛涛，王 林，聂 琼(36)
单排方形多孔鱼礁保滩促淤的试验研究…………………吴 建，拾 兵，范菲菲，陈 举，那 婧(42)
湄公河干流径流变化及其对下游的影响…………………………………………………钟华平，王建生(48)
基于图像识别的水下地形冲刷过程监测……………………………孙东坡，谢 锋，张先起，王鹏涛(53)
南方农村饮水水源地生态防控体系示范工程——以南京市东龙河小流域为例
………………………………………………………………陆海明，邹 鹰，孙金华，丰华丽，王立群(59)
季节性冻土区引水暗渠的临界埋深数值分析………………………陈 武，董元宏，李双洋，徐湘田(65)
海上风电基础结构疲劳寿命分析……………………………………李 炜，李华军，郑永明，周 永(70)
多厢矩形渡槽槽身弹性稳定分析的梁壳复合有限条法………………………徐 伟，徐建国，王 博(77)
钢筋混凝土结构电场阻盐防护计算与验证……朱雅仙，蔡伟成，游 日，吴 烨，李森林，胡少伟(83)
近海风力发电机桩基础的动力学分析…………………………………………………………… 李 武(87)
梯级电站联合调节非恒定流对枢纽间航运安全的影响………………………龙启建，李克锋，汪青辽(92)


南京水利科学研究院重大成果介绍

“长大桥梁深水超大型沉井基础施工成套关键技术研究”成果简介……………………………………(98)


HYDRO-SCIENCE AND ENGINEERING
No.3 (Total No.129)， Sep， 2011
(Quarterly)

CONTENTS

Bending behavior study of prestressed composite steel-concrete box beams damaged by torsion
……………………………………………………………………………………HU Shao-wei, HU Han-lin(1)
Influence of unsteady flow of hydropower station′s daily regulation on channel regulation
…………………………………………………………………CAO Min-xiong，MA Ai-xing，HU Jin-yi(10)
River function regionalization on regional level: a case study of Taihu basin
…………………………………………WU Yong-xiang，WANG Gao-xu，FENG Hua-li，WU Yong-nian，
XU Hui，LEI Si-hua，TANG Shao-qing，SHI Rui(18)
Flood routing mathematical model for flood detention basin
………………………………LI Da-ming，GUAN Yong-kuan，LI Ling-ling，LV Hui-jiao，WANG Qiang(27)
Research on deformation disciplines of compacted expansive soil in Nanyang
…………………………………………………………WANG Shun，LI Tao-tao，WANG Lin，NIE Qiong(36)
Experimental study on single-row artificial reefs for beach protection and siltation promotion
……………………………………………………WU Jian，SHI Bing，FAN Fei-fei，CHEN Ju，NA Jing(42)
An analysis of Mekong River runoff change and its impact on the Mekong River downstream
…………………………………………………………………… ZHONG Hua-ping，WANG Jian-sheng(48)
Monitoring technology of scouring process of underwater topography based on image recognition
…………………………………………SUN Dong-po，XIE Feng，ZHANG Xian-qi，WANG Peng-tao(53)
Demonstration projects of ecological engineering for rural drinking water source area protection in South China： a case study in Donglong stream catchment of Nanjing
………………………………LU Hai-ming，ZOU Ying，SUN Jin-hua，FENG Hua-li，WANG Li-qun(59)
Numerical analysis of the critical buried depth of the culvert in seasonally frozen ground regions
…………………………………………CHEN Wu，DONG Yuan-hong，LI Shuang-yang，XU Xiang-tian(65)
Fatigue life analysis of the foundation structure of offshore wind turbine
……………………………………………………LI Wei，LI Hua-jun，ZHENG Yong-ming，ZHOU Yong(70)
Elastic stability analysis of multi-trough rectangle aqueduct by beam-shell compound finite strip method
…………………………………………………………………………XU Wei，XU Jian-guo，WANG Bo(77)
Calculation and examination of electric field retardation chloride used for reinforced concrete structure
………………………………ZHU Ya-xian，CAI Wei-cheng，YOU Ri，WU Ye，LI Shen-lin，HU Shao-wei(83)
Dynamic analysis of offshore wind turbine pile foundation………………………………………… LI Wu(87)
Effect of unsteady flow caused by joint regulation of cascade hydropower stations on safety navigation between dams………………………………………………LONG Qi-jian，LI Ke-feng，WANG Qing-liao(92)

NEWS ………………………………………………………………………………………………………(98)

预应力混凝土组合箱梁扭后抗弯性能分析
胡少伟， 胡汉林
(南京水利科学研究院， 江苏 南京 210029)

摘要：为研究预应力混凝土组合箱梁扭后的抗弯性能，进行了5根预应力组合梁的先扭后弯试验.试验在梁跨中对称荷载作用下进行，考虑试验梁受扭矩作用历史，并与完整组合梁的试验进行对比得到扭后预应力组合梁的极限抗弯承载力、跨中弯矩-挠度曲线及钢梁截面应变增长曲线，并提出了预应力组合梁扭后承载力计算公式.试验结果表明：预应力组合梁扭后承弯能力将会降低；受扭历史影响预应力组合梁的抗弯能力；预应力能够提高扭后预应力组合梁的抗弯能力.
关键词：预应力混凝土； 组合箱梁； 承载能力； 试验研究

电站日调节非恒定流对航道整治效果的影响
曹民雄1， 马爱兴1， 胡金义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. 长江下游水文水资源勘测局， 江苏 南京 210011)

摘要：我国大部分河流的中上游相继修建了水电枢纽，在恒定流条件下进行的航道整治方案能否适应电站运行后的水流条件变化，这是坝下航道整治必须回答的问题.通过向家坝电站下游近坝段和尚岩滩群航道整治物理模型试验与同比尺船模试验，研究了电站日调节非恒定泄流对坝下航道设计水位、航道流速、消滩与船舶航行情况进行了研究.结果表明：向家坝电站瞬时下泄流量不小于设计最小通航流量，日调节期间坝下各滩险的航道水深满足要求；电站日调节的涨水流速一般稍大于落水期同流量下的流速，并使得航道最大流速稍有增加；电站日调节将引起个别滩段、部分时段的消滩水力指标不能满足要求；电站日调节时船舶上下行的操舵范围与漂角、对岸航速极值范围较恒定流时增大、且涨水期间的操舵范围大于落水期间.
关键词：航道整治； 电站日调节； 非恒定泄流； 通航水流条件； 船舶航行； 消滩

区域层面河湖功能区划研究——以太湖流域为例
吴永祥1，2， 王高旭2， 丰华丽2， 伍永年3，徐 慧3， 雷四华2， 汤绍青2， 施 睿2

(1. 河海大学 水文水资源学院， 江苏 南京 210098； 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. 水利部太湖流域管理局， 上海 200434)

摘要：河湖功能区划是加强流域管理的一项新举措.对于自然属性和社会经济属性较为均一的区域，河流功能难以按其沿河道的空间分异性进行划分.基于这一特点，提出了区域层面河湖功能区划的概念，建立了由因素层、区划层和功能层构成的区域层面河湖功能区划体系，并提出了区划的方法和程序.进行了太湖流域区域层面河湖功能区划实践，将该区域共划分为3类13个河湖功能区，给出了每一区的功能定位和管理措施.结果表明，区域层面河湖功能区划的概念与方法合理可行，为平原河网区的河湖管理提供了一个新途径.
关键词：河湖功能区划； 区划体系； 区域层面； 太湖流域

蓄滞洪区洪水演进数学模型研究及应用
李大鸣1， 管永宽1， 李玲玲1， 吕会娇1， 王 强2
(1. 天津大学 建筑工程学院暨港口与海洋工程教育部重点实验室， 天津 300072； 2. 水利部海委引滦工程管理局， 河北 迁西 064309)

摘要：以二维非恒定流基本控制方程为理论基础，采用有限体积法，建立洪水演进数学模型.根据蓄滞洪区内不同地形条件及洪水调度方案，以相应的水动力学方法，对模型区域的通量、蓄水量和洪水实时淹没水位进行计算，并考虑了公路建设中路基体积、涵洞尺度、取土方量对蓄滞洪区洪水演进的影响.采用恩县洼蓄滞洪区的历史洪水淹没资料进行模型验证，模拟了自然滞洪和分区滞洪两种情况下的洪水淹没过程，模拟结果与历史统计淹没范围基本吻合，预报了公路建设后蓄滞洪区洪水位的变化及风浪对洪水最大淹没范围的影响，为蓄滞洪区中的工程建设和防洪影响评价提供了研究思路和方法.
关键词：蓄滞洪区； 洪水演进； 数学模型； 分区滞洪

南阳压实膨胀土膨胀变形规律研究
王 顺， 李涛涛， 王 林， 聂 琼
(中国地质大学 工程学院， 湖北 武汉 430074)

摘要：以南水北调中线一期工程南阳陶岔-沙河南渠段中等膨胀土为研究对象，对压实膨胀土的膨胀变形进行了研究探讨，并对不同初始含水率、压实度和上部荷载的线胀率进行了拟合分析，得到压实膨胀土在有侧限约束条件下的有荷膨胀率与上部荷载之间呈半对数关系，在此基础上，提出了同时考虑压实度、含水率和上部荷载的拟合方程，并可用此方程对实际工程的膨胀变形量进行简单计算.结果表明：用一定厚度的非膨胀土填盖中等膨胀土渠坡，可以有效抑制渠坡的膨胀变形.
关键词：南水北调工程； 压实膨胀土； 膨胀率； 初始含水率； 膨胀变形

单排方形多孔鱼礁保滩促淤的试验研究
吴 建1，2， 拾 兵1， 范菲菲1， 陈 举1， 那 婧1
(1. 中国海洋大学 工程学院， 山东 青岛 266100； 2. 海军92854部队， 广东 湛江 254002)

摘要：通过断面波浪模型试验，开展了单排方形多孔鱼礁对波浪的消减效果及其对水质点运动轨迹影响的研究.结果表明：人工鱼礁对波浪破碎、波面形态及波高消减有较大影响；礁后底层水质点水平运动轨迹表现为向岸流速呈余弦分布，而离岸流速在0附近呈现不封闭状态.从岸滩地形响应可见，礁体可使礁后一定范围底层泥沙向岸运移，掩护区域的超饱和悬浮泥沙落淤.试验研究在一定程度上揭示人工鱼礁保滩促淤机理，探索了人工鱼礁对波浪的消减规律及岸滩地形的响应，为利用人工鱼礁进行海滩侵蚀的防护提供了科学依据.
关键词：海滩侵蚀；人工鱼礁；透射系数；保滩促淤；波浪试验

湄公河干流径流变化及其对下游的影响
钟华平， 王建生
(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：湄公河水资源丰富，径流时空变化大.在阐述湄公河水资源及其开发利用状况的基础上，分析了下湄公河干流径流变化及其对洞里萨湖和湄公河三角洲的影响.研究表明：影响湄公河干流径流的水量主要来自老挝，对湄公河干流径流贡献最大的是巴色―上丁段；流域水电开发和水资源利用，改变了下游水文条件，主要使下游汛期洪水威胁减小，枯季径流增加；湄公河水倒灌进入洞里萨湖，在雨季蓄积大量洪水，对湄公河金边以下径流起着天然调节作用，减缓了湄公河三角洲海水入侵和洪水影响，提高了旱季农业灌溉保证率.
关键词：湄公河； 径流； 洞里萨湖； 湄公河三角洲； 影响分析

基于图像识别的水下地形冲刷过程监测
孙东坡1， 谢 锋2， 张先起1， 王鹏涛1
(1. 华北水利水电学院， 河南 郑州 450011； 2. 河海大学， 江苏 南京 210098)

摘要：针对水下地形冲刷过程发展的特点，引进医学领域图像处理与分析技术，提出了以波长635 nm的红色线状激光为辅助光源、以MATLAB图像识别处理技术为基础的水下地形冲刷监测方法.该方法具有非接触性测量、实时同步监测等特点.同时基于MATLAB的图像识别原理，提出了重现水下地形的数字化方法.通过在河工模型局部冲刷发展研究中的实际应用及误差分析，结果表明监测系统十分有效，可以实现水下地形冲刷过程的实时精细监测及动态分析.
关键词：图像识别； 水下地形； 冲刷过程； 激光； 监测

南方农村饮水水源地生态防控体系示范工程——以南京市东龙河小流域为例
陆海明， 邹 鹰， 孙金华， 丰华丽， 王立群
(南京水利科学研究院 水文水资源与水利科学国家重点实验室， 江苏 南京 210029)

摘要：农村饮水水源地保护是保障农村饮水安全的重要组成部分.利用在人工措施适当干预下的半自然或自然生态系统所具有的污染物削减消化能力，因地制宜地建立农村水源地生态防控技术体系是农村饮水水源地保护的重要措施.以南京市江宁区东龙河小流域为例，通过构建包括生态沟渠、滞留塘和稳定塘、植被缓冲带、生态护坡和跌水设施在内的生态防控体系示范工程，有效削减了水体污染物负荷.在小流域出口，水体氨氮质量浓度从劣Ⅴ类提高到Ⅲ类水体质量标准，总氮质量浓度从超过Ⅲ类水质标准的9.38倍下降到1.18倍.小流域出口主要水质指标达到或基本达到Ⅲ类水体质量标准，取得了预期的生态防控效果.
关键词：饮水安全； 水源地； 小流域； 生态防控技术； 示范工程

季节性冻土区引水暗渠的临界埋深数值分析
陈武1， 董元宏2， 李双洋1， 徐湘田1
(1. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 冻土工程国家重点实验室， 甘肃 兰州 730000； 2. 中交第一公路勘察设计研究院有限公司， 陕西 西安 710075)

摘要：在季节性冻土地区，输水暗渠受低温作用，不但引起混凝土结构的冻胀破坏，还将影响暗渠内的引水水体温度，导致水体结冰及暗渠阻塞.因此，需要对季节性冻土地区的暗渠结构在不同埋深情况下的温度场进行数值计算，确定其临界埋深.通过瞬态温度场的导热微分方程，采用迦辽金法推导出温度场的二维有限元公式，根据甘肃引洮工程的工程地质勘探报告及施工设计图纸，建立了暗渠数值计算模型.通过数值分析可知：埋深越大，对渠体结构的冻胀影响越小，低温季节时，地表低温对引水运行的影响也越小；通过对低温季节环境下的回归拟合分析，得出该地区季节性冻土中引水暗渠的临界埋深为3.31 m.
关键词：季节性冻土； 暗渠； 临界埋深； 数值分析

海上风电基础结构疲劳寿命分析
李 炜1， 李华军2， 郑永明1， 周 永1
(1. 中国水电顾问集团华东勘测设计研究院， 浙江 杭州 310014； 2. 中国海洋大学， 山东 青岛 266100)

摘要：针对海上风电基础结构疲劳损伤、疲劳寿命评价方法展开研究.区分疲劳荷载为单级疲劳荷载和多级疲劳荷载联合作用两种情况，考虑渐增型、往复型和正弦波型3种疲劳荷载作用方式，借助三桩导管架式海上风电基础，采用基于S-N曲线和Palmgren-Miner线性累计损伤法则的疲劳寿命估算方法对疲劳荷载作用下的结构疲劳损伤进行了计算，对结构整体寿命进行了评价；对单级疲劳荷载或多级疲劳荷载联合作用时，3种作用方式作用下的基础结构进行了疲劳分析，定义疲劳极限与疲劳荷载造成的应力水平的比值为安全系数，用以量化基础结构各部位或部件的抗疲劳能力，同时验证了加载顺序对于结构的锻炼效应.结果表明：基于S-N曲线和Palmgren-Miner线性累计损伤法则的结构疲劳寿命估算，其依托的应力水平是单独获得的，忽略了加载顺序的影响；渐增型、往复型及正弦波型3种疲劳荷载作用形式对结构疲劳寿命的影响渐趋恶劣；由高到低的加载顺序对结构造成的损伤比由低到高的加载顺序要严重.
关键词：海上风电； 疲劳寿命； 线性累积损伤； 安全系数

多厢矩形渡槽槽身弹性稳定分析的梁壳复合有限条法
徐 伟1，2， 徐建国2， 王 博2
(1. 郑州大学 土木工程学院， 河南 郑州 450001； 2. 郑州大学 水利与环境学院， 河南 郑州 450001)

摘要：应用梁壳复合有限条法建立了多厢矩形渡槽槽身弹性稳定分析的计算模型，模型中计入了槽身内横向加劲肋及横向连系拉杆的影响，基于最小势能原理推导出弹性稳定问题的特征值方程，并编写了相应的计算程序.通过与矩形加肋板稳定性问题的理论解及工程实例数值解的比较表明，应用梁壳复合有限条法时单元划分数目少、数据处理简单，具有良好的求解精度和效率.工程实例计算结果表明，随着水位的增加，槽身弹性稳定系数降低，屈曲模态未改变；预应力荷载不仅对稳定系数影响显著，而且改变了槽身的屈曲模态.
关键词：渡槽； 弹性稳定； 梁壳复合有限条法； 加劲肋； 拉杆

钢筋混凝土结构电场阻盐防护计算与验证
朱雅仙， 蔡伟成， 游 日， 吴 烨， 李森林， 胡少伟
(南京水利科学研究院， 水利部水工新材料工程技术研究中心， 江苏 南京 210029)

摘要：根据氯盐环境中钢筋混凝土腐蚀破坏的机理，利用氯离子在电场作用下向外迁移的原理，从而阻滞其向混凝土内侵入，提出了钢筋混凝土结构物电场阻盐（ERC）防护新技术.对水灰比为0.45的混凝土试件进行了ERC试验，在0.75和1.00 V的电压下阻盐处理240 d时，氯离子侵入量分别下降39％和52％，结果证实了该技术阻止环境中氯离子侵入的有效性；采用有限元方法计算了ERC条件下混凝土中氯离子质量分数分布，计算结果与实测值基本吻合，相关系数达到0.98以上，表明理论计算结果较为可靠.计算分析了混凝土结构在0.75和1.00 V电压下，服役100 a时氯离子在混凝土中的分布，结果表明： 在100 a的服役后混凝土保护层内氯离子含量明显低于钢筋腐蚀的临界浓度，因而可保持混凝土结构在100 a使用寿命内不因钢筋的腐蚀而破坏.
关键词：钢筋腐蚀； 电场阻盐； 防护技术

近海风力发电机桩基础的动力学分析
李 武
(中交第三航务工程勘察设计院有限公司， 上海 200032)

摘要：针对近海风电桩基础的动力学问题，结合实际工程，采用数值软件对独桩基础、导管架基础和高桩墩台基础进行模态和时程分析，得到3种基础的振型图、固有频率、周期及其位移响应曲线.通过分析可知，经过1个周期后3种基础进入稳态振动；同时发现高桩墩台基础的动力放大系数高于独桩基础和导管架基础，但是放大后的位移仍小于后两者，约为它们的一半，因此从风电基础对变形要求的角度考虑，高桩墩台是最理想的近海风电基础.
关键词：风电机桩基础； 动力学分析； 数值模拟

梯级电站联合调节非恒定流对枢纽间航运安全的影响
龙启建， 李克锋， 汪青辽
(四川大学 水力学与山区河流开发保护国家重点实验室， 四川 成都 610065)

摘要：针对嘉陵江干流中游亭子口至沙溪航电枢纽间河段建立了非恒定流数学模型，并采用基于Preissmann四点隐格式的有限差分法进行求解.利用2001年亭子口至沙溪河段实测的洪、中、枯下沿程各断面水面线资料率定模型综合糙率值.用黄河四龙至龙湾段2002年实测资料对模型精度进行了验证.应用该模型分别计算梯级电站联合调节时苍溪反调节枢纽兴建前后亭子口至苍溪段非恒定流水流条件，并做对比分析.结果表明梯级电站联合调节时反调节枢纽的兴建能明显改善河段通航水流条件.
关键词：反调节枢纽； 航运安全； 通航水流条件； 非恒定流； 嘉陵江