2013年6月第3期（总第139期）

 

 

(双月刊)

 

目  次

 

 

曹妃甸海域围填海工程动力地貌环境遥感分析

 

…………………………………………………侯庆志， 季荣耀， 左利钦， 陆永军， 王艳红， 陆彦(1)

 

漳卫新河河口最小生态需水量研究……………………………………………彭涛， 陈晓宏， 王高旭(8)

 

两区模型和变密度模型溶质运移试验对比分析…………………………………陈亮， 李飞， 黄德文(15)

 

基于图像处理技术的混凝土碳化深度测量………………………………徐港， 苏义彪， 王青， 邓庆(21)

 

基于k-ε紊流模型的后台阶流流动特性研究…………………………………肖潇， 樊新建， 吴时强(25)

 

基于OpenMI技术的墒情预报模型…………………………………雷四华， 陈鸣， 魏俊彪， 李士鸿(32)

 

波浪荷载对半圆型潜堤作用的数值分析……………………………胡宝琳， 姚文娟， 刘逸敏， 熊胜(38)

 

洋山深水港区大直径砂桩加固优化分析………………………………庄宁， 葛松， 方 君华， 王大刚(45)

 

抽水蓄能电站下库进/出水口水力特性…………………………………………姜成海， 曹玺， 何少云(52)

 

两江汇流口污染混合区变化规律分析………………………………………周富春， 陈培帅， 刘国东(60)

 

大尺度柱状结构物波流荷载研究……………………………………聂锋， 潘军宁， 王晓敏， 王兴刚(65)

 

大型船坞坞室墙施工期有限元分析………………………………………………………曹邱林， 陈蕾(71)

 

疏浚底泥掺外加剂真空预压脱水技术研究…………………刘禹杨， 吴燕， 胡保安， 张铮， 刘银(78)

 

下水式钢丝绳卷扬垂直提升升船机水力特性研究综述……………………王敬鹏， 胡亚安， 李中华(83)

 

古洪水重建研究综述………………………………………………张斌， 李徐生， 韩志勇， 杨达源(92)

 

 

南京水利科学研究院重大成果介绍

 

 

“高坝泄洪消能防护和雾化安全技术与应用…………………………………………………………(封三)

 

 

 

HYDRO-SCIENCE AND ENGINEERING

 

(Bimonthly)

 

Jun. 2013    No.3 (Total No.139)

 

 

CONTENTS

 

 

Remote sensing mornitoring and environmental impact analysis of reclamation in Caofeidian sea area

 

……………HOU Qing-zhi，JI Rong-yao，ZUO Li-qin，LU Yong-jun，WANG Yan-hong，LU Yan(1)

 

Minimum ecological water requirement for Zhangweixin River estuary

 

………………………………………………………PENG Tao，CHEN Xiao-hong，WANG Gao-xu(8)

 

Solute transport test analysis based on the two-region model and variable-density model

 

………………………………………………………………CHEN Liang，LI Fei，HUANG De-wen(15)

 

Carbonation depth measurement based on digital image processing technique

 

…………………………………………………XU Gang，SU Yi-biao，WANG Qing，DENG Qing(21)

 

Hydraulic characteristics of backward-facing step flow based on k-ε turbulence model

 

…………………………………………………………XIAO Xiao，FAN Xin-jian，WU Shi-qiang(25)

 

Soil moisture forecast model based on OpenMI technology

 

………………………………………………LEI Si-hua，CHEN Ming，WEI Jun-biao，LI Shi-hong(32)

 

Numerical analysis of wave load on a submerged semi-circular breakwater

 

…………………………………………HU Bao-lin，YAO Wen-juan，LIU Yi-min，XIONG Sheng(38)

 

Optimum analysis of foundation stabilization by large-diameter sand piles in Yangshan deep-water port area

 

……………………………………ZHUANG Ning，GE Song，FANG Jun-hua，WANG Da-gang(45)

 

Hydraulic model study of inlet/outlet of a lower reservoir for Xianju pumped storage plant

 

……………………………………………………………JIANG Chen-hai， CAO Xi ，HE Shao-yun(52)

 

Analysis of variation in the pollution mixing zone at the confluence of two rivers

 

…………………………………………………ZHOU Fu-chun，CHEN Pei-shuai，LIU Guo-dong(60)

 

A study of wave-current force acting on large scale cylinder structures

 

……………………………………NIE Feng，PAN Jun-ning，WANG Xiao-min，WANG Xing-gang(65)

 

Finite element analysis for a wing wall of a large scale dock in construction period

 

……………………………………………………………………………… CAO Qiu-lin ，CHEN Lei(71)

 

Research on dehydration technology of dredged sludge by admixture and vacuum preloading

 

……………………………………LIU Yu-yang，WU Yan，HU Bao-an，ZHANG Zheng，LIU Yin(78)

 

Review of hydraulic characteristics of the wirerope-hoisting chamber-launching vertical ship lift

 

………………………………………………………WANG Jing-peng，HU Ya-an，LI Zhong-hua(83)

 

Progress in the palaeoflood reconstruction study and its prospect

 

……………………………………ZHANG Bin，LI Xu-sheng，HAN Zhi-yong，YANG Da-yuan(92)

 

 

NEWS ………………………………………………………………………………………(inside back cover)

 

 

 

曹妃甸海域围填海工程动力地貌环境遥感分析

 

侯庆志^1，2， 季荣耀²， 左利钦²， 陆永军²， 王艳红²， 陆 彦²

 

(1. 南京师范大学 地理科学学院， 江苏 南京 210046； 2. 南京水利科学研究院 水文水资源及水利工程科学国家重点实验室， 江苏 南京 210029)

 

 

摘要：利用1993—2011年的4景TM及HJ-1A /1B卫星影像，结合2003年水下地形图，以ArcGIS为工具，进行了渤海湾曹妃甸海域近20年来围填海工程造成的岸线变化监测和水动力环境及冲淤演变影响分析.结果表明，前10年围填海规模不大，岸线推进缓慢，围填海范围在2003年的0 m等深线以内，仅局部地区向海推进约1.3 km；后10年岸线显著向海推进，最近5年的围填海区域已经深入到2003年0 m等深线以下，但基本在2003年5 m等深线以内.目前的围填海方案对水动力影响甚微，离岸沙坝内外有冲有淤，但深槽和水道稳定性良好.针对今后10年的围填海规划方案，需要进一步加强包括遥感手段在内的现场监测研究以及渤海湾内多个围填海工程对曹妃甸海域的累积影响研究.

 

 

关键词：曹妃甸； 围填海； 海岸线； 遥感； GIS； 动力地貌

 

 

 

漳卫新河河口最小生态需水量研究

 

彭 涛^1，2， 陈晓宏³， 王高旭¹

 

(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. 三峡大学 水利与环境学院， 湖北 宜昌 443002； 3. 中山大学 水资源与环境研究系， 广东 广州 510275)

 

 

摘要：由于水资源过度开发利用，海河流域诸多河口入海径流量大幅减小，导致河口生态严重退化.选择盐度为河口栖息地关键环境因子，利用河口潮流和盐度数学模型模拟栖息地盐度与入海径流量的关系，以20世纪70年代塘沽海洋站年平均最大盐度值为控制标准，计算得到该标准下的河口最小生态需水量.结果表明，漳卫新河河口年最小生态需水量为3.19亿m³.20世纪80年代以来，漳卫新河河口多年平均入海径流量为1.55亿m³，约84%年份无法保证河口最小生态需水量.计算结果可为流域生态调度和河口生态系统修复提供参考.

 

 

关键词：最小生态需水量； 数值模拟； 盐度； 漳卫新河河口

 

 

 

两区模型和变密度模型溶质运移试验对比分析

 

陈 亮^1，2， 李 飞^1，2， 黄德文^1，2

 

(1. 河海大学 岩土力学与堤坝工程教育部重点试验室， 江苏 南京 210098； 2. 河海大学 岩土工程科学研究所， 江苏 南京 210098)

 

 

摘要：为验证两区模型和变密度模型描述海水入侵过程中溶质运移现象的可行性，先后采用内径为9和11 cm的土柱进行室内稳定流土柱试验，讨论两区模型相比普通CDE模型的优点，以及采用直径10 cm，高300 cm土柱进行溶质运移试验，并应用非均质两区模型和过渡带变密度模型对验证结果作分析比较.采用决定系数和均方误差作为模型验证评价指标，结果表明：两区模型较普通CDE模型能更准确地模拟D9和D11土柱中溶质运移的整个过程.在模型对比土柱试验中两区模型和变密度模型都能很准确地描述溶质运移，说明两区模型在海水入侵模拟试验中存在应用的可能性.在数值模拟过程中同时发现流速基本不变的情形下，随着尺度的增加，溶质运移过程中的弥散系数也增大，且产生尺度效应，故需进一步作室外参数修正.

 

 

关键词：过渡带； 海水入侵； 两区模型； 变密度模型； 室内试验

 

 

 

基于图像处理技术的混凝土碳化深度测量

 

徐 港，苏义彪， 王 青， 邓 庆

 

(三峡大学 土木与建筑学院， 湖北 宜昌 443002)

 

 

摘要：针对现有混凝土碳化深度测量方法（直尺测量法）的不足，提出了一种新的测量方法.首先比较了照相机和普通扫描仪的不同工作原理和图像获取效果，介绍了利用专用扫描设备获取混凝土试件碳化图像的具体方法；对比RGB与HSV模式图像各通道的灰度直方图，给出了利用色相灰度图测量碳化深度的思路；并基于Matlab软件开发了相应的GUI程序，方便地实现了对图像的读入、裁剪、旋转、灰度处理、碳化深度测量及数据导出.为验证新方法的可靠性，分别采用常规测量与色相灰度图测量方法对多个试件的碳化深度进行测量并比较.结果表明，新方法不仅测量值准确，能有效减小人为误差、提高精度，而且在操作上具有明显的便利性并可大大减少试验工作量.因此，该种基于专用扫描设备获取混凝土试件碳化图像结合色相灰度图测量碳化深度的新方法，可以用于混凝土碳化深度测量，并且操作方便、测量结果可靠.

 

 

关键词：混凝土； 碳化深度； 图像处理； Matlab软件

 

 

 

基于k-ε紊流模型的后台阶流流动特性研究

 

肖 潇， 樊新建， 吴时强

 

(南京水利科学研究院， 江苏 南京 210029)

 

 

摘要：后台阶流是几何结构简单而流态复杂的流动现象.采用二维k-ε紊流模型对后台阶水流流动进行数值模拟，并结合PIV系统测得的雷诺数，对Re=500~50 000范围的台阶后定常流动流场数据进行对比分析研究.结果表明流场结构存在稳定的回流区，回流区长度随着Re的增大先急速上升，然后又急速下降，最后缓慢回升直至稳定.断面速度受回流区影响较大，峰值随断面的往下游推移逐渐减小，随Re的增加，断面速度也缓慢减小.压力、紊动能的分布也受到回流区的影响，其中紊动能在低雷诺数情况下受回流区的影响较小.

 

 

关键词： PIV； 后台阶流； k-ε紊流模型； 雷诺数

 

 

 

基于OpenMI技术的墒情预报模型

 

雷四华， 陈 鸣， 魏俊彪， 李士鸿

 

(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：在水科学数字模拟研究中，模型开发与集成技术一直是研究的重点内容.作为模型开发与集成的一种新方法，OpenMI技术已受到水环境领域专家极大关注，并在许多国际水环境机构项目研究中开始应用.简述了模型集成技术进展及当前常用的模型集成方法，采用统一建模语言详细分析了OpenMI关键内容，深入剖析其技术内涵，并从软件设计角度以3层蒸发模型为实例，基于OpenMI技术研制了墒情预报模型，给出了模型开发与集成的一套实用方法.该方法模型不仅可用于墒情预报系统，更可用于大系统复杂区域，如降雨、产流和洪水预报模型开发与集成.

 

 

关键词： OpenMI技术； 模型开发； 模型集成； 面向对象程序

 

 

 

波浪荷载对半圆型潜堤作用的数值分析

 

胡宝琳^1，2， 姚文娟^1，2， 刘逸敏¹， 熊 胜¹

 

(1. 上海大学 土木系， 上海 200072; 2. 上海市应用数学与力学研究所， 上海 200072)

 

 

摘要：基于动量源数值造波原理，运用Fluent软件模拟了半圆型潜堤表面波压的分布及变化规律，采用π定理分析了波陡、水深及波长对半圆型潜堤表面波浪力的影响，并通过统计潜堤表面各点所受压力（最大波压力与最小波压力的差值）最大值的分布，给出了半圆型潜堤表面压力最大值出现的位置及概率.分析结果表明，在水深较深时，波陡的改变会使波压力在堤顶至背浪侧发生明显变化；水深波长比的改变，会引起半圆堤两侧波压力不同的变化；波压力的最大值一般发生在堤顶处及其偏向背浪侧附近；半圆堤面上的动波压力最大值主要出现在两侧堤脚附近，随着波高的增加，堤面上各点的动波压力由近似对称分布向两侧受力不同转变.

 

 

关键词：数值造波；半圆型潜堤；波压力；π定理

 

 

 

洋山深水港区大直径砂桩加固优化分析

 

庄 宁¹， 葛 松¹， 方 君华²， 王大刚²

 

(1. 河海大学 港口海岸与近海工程学院， 江苏 南京 210098； 2. 中交第三航务工程勘察设计院， 上海 200032)

 

 

摘要：洋山深水港区是世界上第一个外海孤岛建港的工程，该工程在外海深水区首次采用大直径砂桩进行软弱淤泥质地基加固.根据实际工程地质概况，建立了接岸结构以及砂桩加固土层的三维有限元模型，对不同砂桩地基加固方案进行了数值模拟，研究了不同加固方案下接岸结构桩基内力、承台位移、加固土层的变形特征及影响接岸结构的稳定因素；针对砂桩加固软土地基的方法与机理，对洋山深水港区砂桩加固范围、砂桩加固深度以及砂桩置换率进行了优化分析，为外海深水区类似工程采用大直径砂桩加固软土地基的设计提供了理论基础和实际依据.

 

 

关键词：数值模拟； 大直径砂桩； 地基加固； 接岸结构

 

 

 

抽水蓄能电站下库进/出水口水力特性

 

姜成海， 曹 玺， 何少云

 

(浙江仙居抽水蓄能有限公司， 浙江 仙居 317300)

 

 

摘要：为减小仙居抽水蓄能电站下库进/出水口及泄放洞进口围堰施工难度，需对原围堰方案进行调整，并验证其合理性.利用150比尺的水工正态模型，针对下库进/出口及泄放洞布置调整方案，进行了不同运行工况试验研究，分析了调整方案水流流态及水力特性，发现了存在的不利流态，提出前池连接优化方案，论证优化布置方案的合理性，为工程实施及安全运行提供了科学依据.

 

 

关键词：抽水蓄能电站； 水库进出水口； 水工模型； 水力特性

 

 

 

两江汇流口污染混合区变化规律分析

 

周富春^1，2， 陈培帅²， 刘国东¹

 

(1. 四川大学 水利水电学院， 四川 成都 610044； 2. 重庆交通大学 河海学院， 重庆 400074)

 

 

摘要：三峡水库蓄水后，重庆主城两江汇流河段水质发生较大变化，为研究两江汇流口污染混合区变化规律，采用二维水质模型，基于概化的数值区域，对污染混合区进行数值模拟，分析汇流口污染混合区范围特性.分别从不同保证率、不同排污负荷、不同排污口等方面进行组合分析，以揭示污染混合区的变化特性.结果显示：河道流量越大，污染混合区越长；两江汇流口顺直河段污染混合区相对较长，弯曲河段污染混合区相对较宽，污染混合区范围基本与排污负荷成正比.

 

 

关键词：两江汇流； 污染混合区； 保证率

 

 

 

大尺度柱状结构物波流荷载研究

 

聂 锋^1，2， 潘军宁¹， 王晓敏¹， 王兴刚¹

 

(1. 南京水利科学研究院， 江苏 南京 210029； 2. 河海大学 港口海岸与近海工程学院， 江苏 南京 210098)

 

 

摘要：大型深水工程往往面临水深、浪大以及流急等复杂自然条件，将受到巨大的水平波流力，在工程设计中需准确考虑波流力的大小.通过在波流水槽进行圆柱、方柱和矩形柱波流力系列试验，进行大尺度柱状结构物波流荷载研究，同时建立数学模型，应用边界元法求解大尺度柱体上的波浪荷载，编写了Fortran程序计算波浪力，运用柱体绕流理论计算水流力.对比分析试验结果和数值计算结果提出了波流力工程计算方法：对于深水大尺度柱状结构物波流力可由波浪力线性迭加水流力再乘以1.04得到，计算中波浪要素采用水流影响下的要素，水流力采用柱体绕流求得.按此方法计算波流力，并与物理模型试验结果进行对比，两者误差较小，满足工程设计的精度要求.

 

 

关键词：大尺度； 柱状结构物； 波流力； 势流理论

 

 

 

大型船坞坞室墙施工期有限元分析

 

曹邱林， 陈 蕾

 

(扬州大学 水利科学与工程学院， 江苏 扬州 225009)

 

 

摘要： 拉锚式坞墙结构在大型船坞工程中广泛采用，但船坞的结构计算中，往往引入多种假设，因而无法获得严密的解答.结合启东丰顺船坞坞墙工程施工实际情况，分析拉锚式钢筋混凝土坞墙施工期特点.借助大型三维有限元软件MSC.Marc分别建立4种典型工况有限元计算模型，选取足够大的地基计算范围，以减少地基的影响，得出各工况下坞墙结构位移及应力特点，并将有限元计算结果与实测数据进行比较，以分析施工工序对坞室墙受力的影响.分析表明拉锚结构能够有效降低坞墙体系的水平位移及土体、混凝土结构的有效应力，从而提高拉锚体系的稳定性.当拉锚体系形成之后，原先由部分土体所承受的坞室墙前后荷载差所形成的应力，全部通过钢拉杆传递给锚碇桩，从而明显改善坞室墙及整体的变形.

 

 

关键词：拉锚式坞墙； 施工期； 有限元； 应力传递

 

 

 

疏浚底泥掺外加剂真空预压脱水技术研究

 

刘禹杨¹， 吴 燕¹， 胡保安²， 张 铮¹， 刘 银¹

 

(1. 天津科技大学 材料科学与化学工程学院， 天津 300457； 2. 中交天津港航勘察设计研究院， 天津 300450)

 

 

摘要：太湖环保疏浚工程产生的高含水率疏浚底泥量日益增加，而且会造成十分严重的二次污染.为实现底泥的快速脱水，便于资源化利用，针对底泥疏浚工程的传统堆场处置方式存在的缺点，尽快脱除由于淤泥沉降作用积累的大量上清液，采用真空预压并加入高分子絮凝剂和脱水剂的方法进行疏浚底泥脱水.同时做了空白试验，测定了排水速率，检测出水水质.试验结果表明：掺外加剂试验组疏浚底泥的含水率在650 h内从76.0%降至46.5%，而无外加剂的空白组试验含水率只降至53.4%.所用脱水剂不与絮凝剂、淤泥和淤泥中的有机质等成分发生化学反应，对出水水质无明显影响，出水的浊度、COD_Mn以及pH值在废水排放的规范之内.所以，真空预压并加入高分子絮凝剂和脱水剂的方法能够实现快速脱水，同时保证出水水质.

 

 

关键词：疏浚底泥； 脱水； 真空预压； 絮凝； 含水率

 

 

 

下水式钢丝绳卷扬垂直提升升船机水力特性研究综述

 

王敬鹏^1，2， 胡亚安¹， 李中华¹

 

(1. 南京水利科学研究院 通航建筑物建设技术交通行业重点实验室， 江苏 南京 210029； 2. 河海大学， 江苏 南京 210098)

 

 

摘要：下水式升船机可适应较大的水位变幅及较快的水位变率.我国中西部地区河流具有水量及水位随季节变化大、河势狭窄等特点，因此下水式升船机有较广阔的应用前景.主要针对岩滩、构皮滩升船机的研究成果，首先总结了下水式钢丝绳卷扬垂直提升升船机的特点、运行方式、船厢出入水过程中所涉及到的水动力特性；其次，概述了船厢出入水过程中船厢内以及船池内水体的波动特性，以及前人所进行的理论分析及公式推导；最后，综述了船厢出入水时，前人关于船厢附加水动力荷载产生机理的探讨以及为降低附加水动力荷载而采取的工程措施及其效果，总结了相关的经验公式.此外，提出了下一阶段需要研究的重点问题，如船厢出入水过程升船机水动力特性规律性的研究；数值模拟计算研究；结合物理模型，深入探讨船厢受力、船厢运行平稳性以及提升系统荷载的变化特性等.

 

 

关键词：钢丝绳卷扬提升； 下水式升船机； 水力特性； 综述

 

 

 

古洪水重建研究综述

 

张 斌， 李徐生， 韩志勇， 杨达源

 

(南京大学 地理与海洋科学学院， 江苏 南京 210093)

 

 

摘要：古洪水水文学于20世纪80年代成为一门独立学科，其核心就是古洪水重建，即依据古洪水的指示标志，推算古洪水的水文参数，最终确定古洪水的量级与发生频率.简要介绍了古洪水重建的概念及其工程应用；较为系统地综述了古洪水在水位指示标志（洪痕、古洪水滞流沉积、泛滥沉积）和水力指示标志研究和古洪水重建方面的研究进展；总结了古洪水洪峰流量重建的水位流量法、比降面积法及水面曲线法-HEC模型和水力重建的2个方程，以及古洪水相对年龄推算和绝对年龄测定的方法；分析了古洪水重建中滞流沉积和洪峰水位确定中存在的问题，以及非基岩河段进行古洪水重建和堰塞古洪水判别的难度；最后对现代河流的滞流沉积及其与水文的关系、规范古洪水辅助指示标志、非基岩河段的古洪水重建的方法和古洪水记录与古气候变化关系的研究等4个方面进行了展望.

 

 

关键词：古洪水； 古洪水重建； 古洪水标志； 古洪水滞流沉积