中国大型灌区工程风险分析与安全评价研究

李昭辉1，李子阳2, 3，马福恒2, 3，岑威钧4

(1. 河南省赵口引黄灌区二期工程建设管理局，河南 开封 475000； 2. 南京水利科学研究院 水灾害防御全国重点实验室，江苏 南京 210029； 3. 水利部大坝安全管理中心，江苏 南京 210029； 4. 河海大学 水利水电学院，江苏 南京 210098)

摘要: 中国大型灌区输水线路长，建筑物数量庞大且种类繁多，部分骨干工程老化失修严重，一些灌区往往处于带病或超期服役状态，安全状况不容乐观。在介绍中国大型灌区安全现状的基础上，重点论述了大型灌区工程风险源识别、安全评价、加固改造等方面的研究现状，并对大型灌区工程安全管理模式的发展趋势和若干关键问题进行了归纳总结，认为今后应在灌区风险识别和控制技术、服役条件下建筑物混凝土损伤演化、风险管控机制及数字化和智慧化管理等方面进行深入研究，确保大型灌区工程安全长效运行。

关键词：大型灌区； 风险识别； 安全评价； 加固改造； 运行管理

泵站建筑物变形面板数据聚类分析方法

娄本星1, 2，祁 洁3，马福恒1，周晨露3

(1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 2. 河海大学 水利水电学院，江苏 南京 210098； 3. 南水北调东线江苏水源有限责任公司，江苏 南京 210009)

摘要: 泵站建筑物监测系统日益完善，监测点数量众多，传统泵站安全监测主要以单测点变形量为主，不能反映泵站建筑物整体的安全性态。以泵站垂直位移为研究对象，基于面板数据聚类理论和动态时间规整算法，建立一种融合趋势信息的泵站变形相似度指标及度量方法，以定量分析测点间监测序列的相似程度；引入空间关联矩阵，提出考虑泵站测点空间关联性的变形分区方法；在此基础上，构建基于面板数据分析方法的泵站变形测点聚类分析模型。结合南水北调某泵站枢纽，验证了模型的有效性。工程实例表明，所构建模型可以根据泵站面板数据将测点分为4个分区，能够有效描述泵站相应区域的总体变形特征和荷载特点，为泵站建筑物安全监测提供了新方法。

关键词：泵站建筑物； 面板数据； 变形性态； 相似度指标； 聚类分析

典型双孔渡槽复杂流态的改善研究

薛 海，刘 培，王鹏涛，潘从辉，池映华

(华北水利水电大学 水利学院，河南 郑州 450046)

摘要: 为减轻渡槽在大流量运行时出现的水位波动较大、紊流和涡流等复杂流态问题，选取典型双孔渡槽模型进行水力学模型试验和三维数值模拟，应用物理模型与数值模拟相结合的方法研究渡槽出口的卡门涡街在被边界约束时对其上游产生的波浪回涌现象，通过机理解析提出“纺锤型”导流墩方案。研究发现，卡门涡街脱落频率与上游回涌波浪频率一致。边界约束下卡门涡街对上游流态影响机理为：涡街交替脱落产生横向的交变作用力，在边界约束下局部阻水进而形成波动并向上游传递，随着涡街的交替脱落，上游形成波浪交替回涌现象。施加“纺锤型”导流墩后，进出口流态得到改善，能大幅减轻涡街强度和对上游流态的影响，槽身最大波幅消减度达到80% 以上。对比不同长度导流墩组合试验后，提出进、出口导流墩纵横比分别为1.5、2.0的最佳组合。

关键词：卡门涡街； 双孔渡槽； 导流墩

基于声回波特性的引水隧洞表面声点云去噪

王吉松1, 2，张学武1，徐晓龙1，宋 轲1

(1. 河海大学 物联网工程学院，江苏 常州 213022； 2. 淮阴师范学院 计算机科学与技术学院，江苏 淮安 223300)

摘要: 针对基于声波反射原理的隧洞内表面损伤探测过程易受水体环境噪声、多径噪声及检测设备自身噪声干扰问题，提出一种基于声回波特性的引水隧洞内表面声点云去噪方法。该方法利用声回波固有宽度特性形成的多回波数据点及声波叠加特性形成的数据点高强度值，并结合点云空间位置信息实现团状立体隧洞内表面声点云的噪声滤波；构建系列试验以验证不同敏感参数对所提方法去噪效果的影响，并与其他经典点云滤波算法结果进行对比分析。结果表明，所提方法在隧洞内表面声点云模型的平滑、去噪及重建精度上均优于传统激光点云滤波算法。该方法可为引水隧洞内表面损伤的检测及重大水资源配置工程灾变预防提供支撑。

关键词：引水隧洞； 损伤探测； 声点云； 声回波特性； 去噪

浮堤局部三维水流特性试验研究

黄 卫1，钱红露2，於思瀚1, 3，倪玉芳1，段文刚1

(1. 长江科学院，湖北 武汉 430010； 2. 长江设计集团有限公司，湖北 武汉 430010； 3. 武汉大学 水利水电学院，湖北 武汉 430072)

摘要: 浮堤相较于传统坝体，具有对河流泥沙输移影响较小、对来水来沙条件适应性较好、对原有河床及生态环境影响较小等优点，但对浮堤局部三维水流结构相关认识的严重缺乏制约了浮堤在河道治理中的应用。通过水槽试验研究浮堤局部三维水流特性及其几何尺寸对水流结构的影响。结果表明：（1）表面水流经过浮堤后向对岸偏转，浮堤下游产生回流，且回流处的垂向紊动强度与雷诺应力绝对值较大；（2）浮堤的挡水作用使过水断面面积减小，浮堤上游水流缓慢，而浮堤下方和右侧水流流速较大；（3）当浮堤淹没深度或长度增加时，浮堤下游回流的垂向或横向尺度相应增大，非接岸侧水体流速均明显增大；（4）当浮堤厚度增加时，水流结构呈非单调变化，表现为当浮堤厚度小于某一值时，浮堤厚度越大，回流横向尺度越大，超过该厚度后回流横向尺度减小。研究结果可为浮堤在河道整治工作中的推广应用提供参考。

关键词：浮堤； 三维水流结构； 水槽试验； 回流； 紊动强度

阶梯形丁坝区明槽紊流横向涡的统计特征

钟 亮1, 2，谭义波2，葛晨曦2

(1. 重庆交通大学 国家内河航道整治工程技术研究中心，重庆 400074； 2. 重庆交通大学 水利水运工程教育部重点实验室，重庆 400074)

摘要: 阶梯形丁坝是常见的航道整治建筑物。基于PIV（Particle Image Velocimetry）水槽试验，研究了阶梯形丁坝区明槽紊流横向涡密度、面积、形状参数、旋转强度的沿程及沿槽宽分布规律。结果表明：（1）涡密度沿水深方向的分布在坝顶及槽底附近均出现波动峰值，沿流向距丁坝越远，涡密度波动越小；（2）丁坝附近同一位置的顺向涡总面积大于逆向涡，垂线上涡面积峰值出现在丁坝顶部并随距水槽中轴距离的减小而减小；（3）丁坝附近横向涡多呈椭圆形，丁坝区槽底处的逆向涡和水面处的顺向涡均呈扁平状；（4）丁坝附近同一位置的逆向涡旋转强度远大于顺向涡，丁坝上游至丁坝段，横向涡旋转强度沿程呈骤减趋势，丁坝段至下游，横向涡旋转强度沿程逐渐趋稳。研究结果可为揭示阶梯形丁坝的局部冲刷机制提供参考。

关键词：阶梯形丁坝； 明槽紊流； 横向涡； 统计特征

高桩承台基础波流荷载数值模拟

楚晨晖1，陈少林2，张洪翔3

(1. 无锡环境科学与工程研究中心，江苏 无锡 214100； 2. 南京航空航天大学 土木与机场工程系，江苏 南京211100； 3. 中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司，湖南 长沙 410000)

摘要: 为研究高桩承台基础在波流作用下的荷载时程特点和压力分布规律，开展某跨海大桥桩-承台复合基础的数值模拟研究。根据Stokes二阶波理论进行数值水池造波，采用雷诺平均应力方程（RANS）求解流体运动方程，计算得出3种淹没系数（0~1）下高桩承台基础的各部分水动力时程及其表面压力分布；应用流体体积函数（VOF）追踪液面形态模拟波浪形态时程。研究结果表明：（1）淹没系数较大时，承台水平力较大且主要来自波流联合作用，尾流区绕射波浪会产生负向水平力和负向浮托力，承台迎波面及顶面后方存在压力波动极值区；（2）随着淹没系数的降低，承台水平力减小，水平力主要以波浪拍击力为主，竖向浮托力、单桩水平力随之增加，尾流区绕射效应降低，承台压力极值波动区缩小直至消失；（3）桩基正向水平力最大值出现在边列最后排桩；负向水平力最大值出现在中列最后排桩。研究所得总力时程和压力分布规律可为优化结构设计提供参考。

关键词：波流力； 高桩承台； 时程分析； 压力分布

闸站结合泵站进水池优化数值模拟研究

周东方1，王怡波2，周济人1，杨 帆1

(1. 扬州大学 水利科学与工程学院，江苏 扬州 225127； 2. 南水北调东线江苏水源有限责任公司，江苏 扬州225004)

摘要: 为改善泵站进水池内旋涡、偏流等不良流态及研究十字消涡板对喇叭口下方水体的整流效果，选取某闸站结合泵站工程为研究对象，应用数值计算软件模拟导流墩长度对水流流态的影响，计算各方案下两种不同水位的流速分布均匀度与速度加权平均角，并与对应原始方案下的结果进行比较。应用正交分析法研究十字消涡板尺寸对喇叭口处整流效果的影响，得到导流墩长度为3倍喇叭口直径配合十字消涡板的最佳整流方案，能有效减小旋涡面积。两种水位断面流速分布均匀度较原方案分别提升5.88% 和2.73%，速度加权平均角分别提升2.83°和1.13°，流线更加均匀。该整流方案能有效改善水泵的进水条件和喇叭口处旋涡，可为闸站结合泵站工程的多参数优化及设计提供参考。

关键词：进水池； 导流墩； 十字消涡板

江苏省节水分区研究

陈 韬1，陈松峰2，林 锦1，何菡丹2，倪显锋1，李 伟1，柳 鹏1，王会容1，孙意翔1

(1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 2. 江苏省水资源服务中心，江苏 南京 210029)

摘要: 江苏省13个地市的社会经济发展水平、水资源禀赋、用水效率、节水水平等条件差异明显，节水模式与推进路径不尽相同。在充分吸纳现有用水效率指标的基础上，从水资源状况、社会经济条件、节水、供水、用水和排水等6个方面构建具有江苏特色的节水分区指标体系。引入主成分分析+系统聚类方法，划分了3个节水分区：Ⅰ区包括南京市、常州市、无锡市和苏州市；Ⅱ区包括淮安市、盐城市、扬州市、泰州市、南通市和镇江市；Ⅲ区包括徐州市、连云港市和宿迁市。在各区节水工作现状分析的基础上总结各分区的节水工作重点。本研究可为探索丰水地区节水优先途径等后续工作提供支撑。

关键词：节水分区； 主成分分析； 系统聚类； 江苏省

黄河流域工业绿色水资源效率时空差异及驱动因素研究

苗峻瑜

(东北财经大学 产业组织与企业组织研究中心，辽宁 大连 116025)

摘要: 科学评估工业绿色水资源效率并识别其驱动因素，是化解水资源供需矛盾、推动工业绿色转型、推进黄河流域生态保护和高质量发展的基础。基于非期望产出的超效率EBM 模型，以黄河流域九省（区）为研究对象，测算2010—2019年黄河流域工业绿色水资源效率；利用GML 指数分析工业绿色水资源效率动态变化；最后通过地理探测器模型，对工业绿色水资源效率驱动因子进行探究。研究发现：2010—2019年黄河流域工业绿色水资源效率整体均值只有0.585，未达到有效状态，但呈现出稳定上升趋势，各省（区）间差异明显，陕西最高，宁夏最低，呈东高西低态势。黄河流域工业绿色水资源效率GML 指数的提高是技术进步指数和技术效率指数共同推动的结果。自然、社会、经济及环境是黄河流域工业绿色水资源效率的一级驱动因子，科技创新水平、工业用水强度、人口素质水平是驱动力最强的二级指标。

关键词：工业水资源效率； 绿色发展； 超效率EBM； GML 指数； 地理探测器； 黄河流域

考虑长径比及冲刷的单桩基础侧向承载特性分析

张融圣1，刘寒秋1，朱嵘华1, 2，田振亚2，孙 香2

(1. 浙江大学 海洋学院，浙江 舟山 316021； 2. 阳江海上风电实验室，广东 阳江 529500)

摘要: 冲刷是海上风电单桩基础设计中需要考虑的重要因素，然而计算时通常忽略局部冲刷坑的几何形状及桩基入土段长径比（L/D）的影响，导致设计偏于保守。针对这一问题，建立考虑局部冲刷坑形态的海上风电桩基础三维有限元模型，研究冲刷作用下不同长径比桩基础的侧向承载特性变化规律，提出适用于受局部冲刷小长径比单桩基础的简化梁-弹簧分析模型并进行验证。研究结果表明：小长径比单桩基础的侧向响应对局部冲刷深度较为敏感。随着冲刷深度的增大，基底反力和桩侧垂向摩阻力等土反力分量对桩基水平承载力的贡献也随之增大，仅考虑桩侧土反力的传统API p-y曲线方法难以适用受冲刷单桩基础的计算分析，须考虑基底效应的影响。研究结果可为海上风电基础设计分析提供参考。

关键词：局部冲刷； 海上风电； 单桩基础； 长径比

新型柔性铰接框架锚固体系及边坡支护分析

李翔宇1, 2，王海军2，徐 玮3，汤 雷2，王 倩4

(1. 中国矿业大学 江苏省土木工程环境灾变与结构可靠性重点实验室，江苏 徐州 221116； 2. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 3. 苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210019； 4. 德州市陵城区水利局，山东 德州253500)

摘要: 为解决传统框架锚固结构在地震和降雨荷载下可能导致的滑坡和结构失效问题，建立了一种新型柔性铰接框架锚固系统。该系统利用“内刚外柔”的设计理念，通过对传统框架锚固体系的支座连接部位设置铰接的方式，容许边坡有限变形进而通过适度的能量耗散来吸收部分荷载，限制边坡的位移变形，避免支护本身的破坏。采用Flac3D有限差分软件建立了原边坡、传统框架锚固边坡和柔性铰接框架锚固边坡的计算力学模型，通过对比三者剪应变增量、滑动变形和拉应力进行稳定性评估，并采用强度折减法对3种不同支护进行失稳判断和安全系数求解。结果表明：柔性框架锚固支护对控制边坡滑动十分有效；在改善自身应力状态方面，柔性支护体系对比传统框架锚固体系具有明显优势，提高了边坡整体稳定性和抗震性能。该研究为边坡领域提供了全新的加固设计思路，同时为新支护体系的应用提供了依据。

关键词：铰接框架； 边坡稳定； 支护效果； Flac3D有限差分

降雨作用下砂土河道岸坡稳定试验研究

吴 冰1，张桂荣2，池 诚3，孔 洋2，李登华2，丁 勇1

(1. 南京理工大学 理学院，江苏 南京 210094； 2. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 3. 河海大学 水利水电学院，江苏 南京 210098)

摘要: 由于砂土特殊的物理力学特性，砂土岸坡的失稳破坏过程与一般黏性土岸坡存在明显差别。以厚层砂土型河道岸坡为对象，研究不同降雨强度和岸坡坡比下的砂土岸坡变形破坏过程。共设计5组室内物理模型试验，每组试验均埋设水分计、微型孔压计、引线式温度计，并利用高精度摄像机记录岸坡变形破坏的全过程。试验结果显示：随含水率增大，非饱和砂土黏聚力呈先增后减的趋势，并具有明显的峰值，内摩擦角呈减小趋势；不同雨强及坡比情况下，砂土岸坡的变形破坏机制不同；短历时降雨会在坡体表层形成饱和区，阻止雨水的入渗，砂土层不同深度水分运移各异，雨水入渗并非单一的垂直入渗；岸坡侵蚀破坏在雨水冲刷、降雨入渗及重力侵蚀的耦合作用下发生。试验能够真实反映复杂工况下砂土岸坡的冲刷特性与坍塌破坏全过程，可为多因素共同作用下岸坡稳定分析理论与方法的建立提供参考。

关键词：砂土岸坡； 降雨冲刷； 物理模型试验； 变形破坏

刚性桩复合地基离心试验插桩制模研究

姜彦彬1, 2，丁元芳3，钱亚俊2, 4，倪 政1，王艳芳1, 2

(1. 金陵科技学院 建筑工程学院，江苏 南京 211169； 2. 水利部水库大坝安全重点实验室，江苏 南京 210029；3. 松辽水利委员会水文局（信息中心），吉林 长春 130021； 4. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029)

摘要: 土工离心模型试验是研究复合地基关键问题的前沿手段，饱和黏土工况下的刚性桩复合地基离心模型制作复杂，影响因素较多。基于多组刚性桩复合地基离心模型的制备过程分析，探讨了1g下插桩制模对离心模型地基抗剪强度的影响。试验结果表明：离心模型地基制样扰动与插桩方式相关，先引孔、后插桩有益于减少制样扰动。1g制模过程中，黏土模型地基的不排水抗剪强度有所损失，插桩制作扰动与1g 下模型静置是导致饱和模型地基强度损失的主要原因，且复合地基上层软土抗剪强度的降低程度大于下部持力层。离心模型对比试验应充分考虑模型土样应力历史的相似性。研究提出了理想的刚性桩复合地基离心模型试验步骤，可为提升土工离心模型试验的精细化水平提供参考。

关键词：复合地基； 离心模型试验； 插桩； 抗剪强度； 模型制作

深厚黄土场地浸水试验及湿陷性评价

王 锋1，刘德仁2，程富强3，霍 源4，白之璋4，徐硕昌2

(1. 甘肃铁路投资建设集团有限公司，甘肃 兰州 730030； 2. 兰州交通大学 土木工程学院，甘肃 兰州 730070；3. 中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600； 4. 中兰铁路客运专线有限公司，甘肃 白银 730900)

摘要: 现场浸水试验是研究深厚黄土场地自重湿陷特征、评价其湿陷性的重要手段。基于原状黄土的室内试验，在兰州新区深厚黄土场地开展现场浸水试验，测试分析浸水过程中的土层含水率及地基沉降变形发展规律。研究结果表明：兰州新区原状黄土的含水率和干密度沿深度逐渐增大，孔隙比、自重湿陷系数大幅降低；随着水分入渗深度增加，体积含水率变化曲线上翘时间依次增大，湿润锋面到达测点的时间越来越滞后；地表沉降经历缓慢-快速-减缓-稳定的过程，沉降速率可达5.88 cm/d，浸水50 d时完成总沉降量的60%；该场地0~16.5 m强湿陷土层的湿陷量占湿陷总量80%以上；试坑周围有大量环向裂缝发育，裂缝最宽为34 cm，错台高度可达50 cm；结合室内和现场试验结果，该场地的自重湿陷下限深度和地基处理深度可取24.0 m。研究结果可为深厚湿陷性黄土地区的工程建设提供参考。

关键词：自重湿陷系数； 黄土场地； 现场浸水试验； 湿陷性； 兰州新区

热活化油页岩半焦对混凝土力学性能的影响研究

张斌林1，李 波1，张兴军2，李文举1

(1. 兰州交通大学 道桥工程灾害防治技术国家地方联合工程实验室，甘肃 兰州 730070； 2. 甘肃省公路交通建设集团有限公司，甘肃 兰州 730030)

摘要: 为研究热活化油页岩半焦对混凝土力学性能的影响，选取300、400、500和600℃高温煅烧后的油页岩半焦，以5%~25%的掺量替代水泥制备半焦混凝土，测试油页岩半焦混凝土的抗压、抗折强度；借助核磁共振技术分析半焦混凝土内部孔隙信息，剖析半焦混凝土的强度和孔隙率的关系。结果表明：随着油页岩半焦煅烧温度的升高，半焦混凝土的抗压、抗折强度先升后降，500℃时力学性能最好；随着油页岩半焦掺量的增加，半焦混凝土的抗压、抗折强度先升后降，掺量为15%时混凝土力学性能最好；半焦混凝土内部以小孔隙居多，其孔隙率随油页岩半焦掺量的增加先减后增，掺量为15%时混凝土孔隙率最小。

关键词：油页岩半焦； 半焦混凝土； 力学性能； 孔隙率

人工防汛石材的碱激发制备及其抗冻性研究

宋迎宾1, 2，徐金霞3，许 新1, 2，王 萍1, 2

(1. 黄河水利委员会黄河水利科学研究院，河南 郑州 450003； 2. 水利部堤防安全与病害防治工程技术研究中心，河南 郑州 450003； 3. 河海大学 力学与材料学院，江苏 南京 210098)

摘要: 大块石稀缺是黄河流域防汛抢险的关键问题，而黄河泥沙的资源化利用是解决该问题的重要途径。通过碱激发资源化利用黄河泥沙，采用室内压制成型、现场碾压成型制备人工防汛石材，并用快速冻融法研究人工防汛石材的抗冻性能。采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和压汞（MIP）等微观测试方法，研究人工防汛石材形貌、组成和结构的变化，阐明其微观作用机理。研究表明：随着添加剂掺量的增加，人工防汛石材抗压强度呈先提高后降低的趋势；抗压强度、质量、相对动弹性模量随冻融次数的增加而降低，碱激发水泥基人工防汛石材的抗冻性好于碱激发非水泥基人工防汛石材的抗冻性，极限冻融循环次数分别为80和40次；冻融循环不会引起碱激发防汛石材物相的变化，但会导致孔隙率增加，最可几孔径增大。碱激发制备的人工防汛石材具有良好的抗压强度，满足防汛抢险的使用要求。

关键词：碱激发； 人工防汛石材； 抗压强度； 抗冻性； 泥沙； 黄河

中国水工结构抗冲磨防空蚀涂料的研究及应用现状

孙红尧，徐雪峰，杜 恒

(南京水利科学研究院 水灾害防御全国重点实验室，江苏 南京 210029)

摘要: 总结了影响水电工程冲磨损坏的影响因素和水电工程结构抗冲磨防空蚀的材料种类，重点介绍了抗冲磨防空蚀涂料的耐磨性能试验方法及其影响因素、抗冲磨防空蚀涂料的种类及其应用情况，陈述了环氧耐磨涂料、聚脲耐磨涂料和耐磨混凝土的性能差异和性价比。结果表明：影响水工结构冲磨损坏的因素主要为水的冲磨角度、水的流速、悬移质颗粒大小和悬移质的含量等；用于水工结构的抗冲耐磨涂料主要为环氧树脂涂料和聚脲类涂料；影响涂料本身耐磨性能的因素为树脂的弹性和硬度、填料的种类、微米级填料的硬度和含量等；抗冲耐磨涂料主要用于水电工程排沙洞、泄洪洞和溢流面等。

关键词：水工结构； 耐磨； 空蚀； 涂料； 环氧树脂； 聚脲