基于同步原型观测的水质改善效果敏感性分析与应用

刘国庆，范子武，王波，柳杨，王蔚

（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：将无锡运东大包围调水试验过程划分为背景期、调度期和恢复期3个阶段，通过长系列河网水动力－水质多要素同步原型观测，获得河网干支流水动力特性，掌握不同控制断面水质指标的变化规律，并分析水动力过程对不同水质指标改善的敏感性。在此基础上，基于引水流量、汊道分流比、河网流速、水位以及水质改善幅度控制阈值，论证白屈港－严埭港－转水河－环城河－古运河沿线主引水通道的可行性与存在的问题，构建区域精细化河网水动力模型，在模型率定验证基础上模拟了高水位单通道自引泵排、低水位单通道泵引泵排、双通道自引泵排运行方案，比选了不同生态补水方案的水动力与水质效果，为无锡运东大包围畅流活水方案制定提供了研究方法与数据支持。

关键词：原型观测； 河网模型； 生态补水； 畅流活水； 水动力； 水质； 敏感性分析

常州市运北主城区畅流活水方案设计与现场验证

柳杨，范子武，谢忱，刘国庆，杨帆，潘小保

（南京水利科学研究院，江苏 南京 210029）

摘要：为改善常州市运北主城区水环境，采用数学模型计算和现场试验验证相结合的方法，开展畅流活水水环境提升方案研究。依据常州市区域地形和水系情况，确定主城区引水水源、引排格局和引水水量，结合现状工程条件，提出“利用长江优质水源、打造两条清水通道、新建四座活动溢流堰、形成三级水位差”的畅流活水方案。基于Infoworks ICM构建常州市主城区水动力数学模型，模拟澡港河入口水位3.80～4.00 m多种方案下，运北主城区内部河道流量分配情况，确定最佳入城水位，并结合现场试验验证了活水效果。结果表明，常州市运北主城区畅流活水方案实施后大部分河道流量显著增加，流速达7 cm/s以上，多项水质指标达到Ⅲ类及以上水平。研究成果可为其他平原河网地区水环境提升提供借鉴。

关键词：平原河网； 畅流活水； Infoworks ICM； 数值模拟； 现场试验； 水环境

夏季引流条件下苏州古城区河网水质变化研究

廖轶鹏1, 2，周钰林3，范子武1，贾本有1，李云1

(1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 2. 河海大学，江苏 南京 210098； 3. 苏州市河道管理处，江苏 苏州 215004)

摘要：为探寻城市河网水动力提升对水环境改善的影响，评估引水调流效益，以苏州古城区河网为例，在夏季丰水期条件下通过对不同流量引水条件下数条河流水动力及水质的监测和分析，探讨水动力作用对河网水体的水质改善效果。结果表明，在汛期允许最佳引流条件下，苏州齐门河、平门河及学士河的污染物通量分别下降了15.2%，16.5%和13.2%，其中古城区北部河网水环境改善情况明显高于南部河网。引水调流方案能够有效增强古城河网流动性，而河网水体中COD和溶解氧含量在不同水动力条件下的变化较为敏感，可以作为古城区河网典型水质指标参数，反映水动力调控的影响效果。

关键词：城市河网； 引水调流； 水质改善； 效益评估

城镇化背景下平原河网区暴雨洪水重现期变化分析

——以太湖流域武澄锡虞区为例

王丹青1，许有鹏1，王思远1，王强1，袁甲1，胡尊乐2

（1. 南京大学 地理与海洋科学学院，江苏 南京 210023； 2. 江苏省水文水资源勘测局，江苏 常州 213022）

摘要：以太湖流域武澄锡虞区典型雨量水文站为例，基于长时间序列逐日降雨与水位数据，采用累积距平法、皮尔逊频率曲线和克里金插值等方法对水位进行还现分析以及对暴雨洪水重现期进行分析，探讨了城镇化背景下典型平原河网区暴雨洪水重现期变化规律及成因。结果表明：（1）武澄锡虞区不同量级降雨重现期均有提前，极端降雨频率增大；武澄锡虞区小量级洪水事件(T=5, 10, 20 a)发生频率有所增加，而量级较大（T=50 a）的洪峰水位重现期在城区与郊区则差异显著。受圩垸影响的常州站1960年50 年一遇洪峰水位在2010年增至68 年一遇，洪峰水位整体降低，而郊区白芍山站1960年50 年一遇洪峰水位在2010年则提前至32 年，洪峰水位整体有所增加。(2) 小量级洪水事件发生频率增加主要是由降雨增加、城镇扩张以及河网水系衰减所致，同等量级的暴雨导致洪峰水位不断增长；而闸泵和圩垸等水利工程建设加强了对较高量级洪水的调节作用，使高量级洪峰水位有所降低，减小了城区圩垸内洪水风险。对于不同量级的洪峰水位，下垫面特征变化和水利工程建设对其影响的程度则有所不同。分析结果可为研究该地区防洪安全提供技术支持。

关键词：暴雨洪水； 重现期； 水利工程

黄河流域典型流域水文气象变化与径流过程模拟

管晓祥1, 2，金君良2, 3, 4，黄爱明1，詹慧婕1，王国庆2, 3，刘翠善2, 3

（1. 河海大学 水文水资源学院, 江苏 南京 210098; 2. 水利部应对气候变化研究中心, 江苏 南京 210029; 3. 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; 

4. 长江保护与绿色发展研究院， 江苏 南京 210098）

摘要：典型流域水文气象分析及水文过程模拟是合理评价黄河流域水资源变化的重要基础。利用Mann-Kendall秩次相关检验法和均值差异T检验法分析了黄河流域7个典型流域的年降水量、年径流量和年均气温序列的变化特征，并采用VIC模型、新安江模型、WBM模型和GR4J模型模拟站点的径流过程。结果表明：各典型流域年均气温显著升高；年降水量变化趋势和突变情况均不明显；而年径流量呈显著下降趋势，且突变多发生在1980s。模型模拟结果表明4种水文模型在黄河流域应用效果较好。就Nash效率系数而言，VIC和新安江模型因为考虑产汇流过程较为详细，模拟径流过程与实测过程更贴近；就径流相对误差而言，WBM模型在水量模拟计算中表现较优，其结构简单，适用于流域水资源的模拟与评价。

关键词：黄河流域； 水文变化； VIC模型； 新安江模型； WBM模型； GR4J模型

长江对鄱阳湖倒灌影响的微模型模拟

王志寰1, 2，朱立俊1，王建中1，范红霞1，刘贝贝1，陈槐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. 江苏省水利科学研究院，江苏 南京 210017)

摘要：微模型试验技术具有模型规模小、试验周期短和经济性好等优势，可用于研究大范围和复杂系统的江湖关系问题，但国内应用实例较少，其相似理论和模型设计关键技术值得深入研究。基于研究长江与鄱阳湖江湖倒灌规律的需要，探讨了江湖倒灌微模型应遵循的相似律和微模型设计方法，提出了微模型阻力相似及模型物理量测控的解决方案，建立了平面比尺1∶6 500、垂直比尺1∶150的长江-鄱阳湖-“五河”尾闾微模型。经实测水文资料验证，该模型在水位、流速及长江对鄱阳湖倒灌时间和倒灌流量等方面与原体具有较好相似性，所用模型设计和模拟方法为进一步推广微模型试验技术提供了理论依据，为研究河流、湖泊、河口、海岸等大尺度和复杂水沙运动问题提供了参考。

关键词：微模型； 鄱阳湖； 倒灌； 流量变态； 江湖关系

相变材料水下自吸式堵漏状态试验研究

张盛行1，汤雷1，贾宇1，2，王玉磊1，2

（1. 南京水利科学研究院 水文水资源和水利工程科学国家重点实验室，江苏 南京 210029； 2. 河海大学 水利水电学院，江苏 南京 210098）

摘要：在汛期等极端条件下，渗漏是溃堤、垮坝的先兆险情，及时有效地应急处理渗漏病害是切断堤坝溃决灾害链的关键举措。基于一种水下熔化相变材料应急封堵渗漏通道的新方法，开展了石蜡材料水下熔融、渗漏通道自吸入式封堵的试验研究，分析了其封堵效果并总结了相关规律。通过分段量测渗漏通道中的石蜡，经卷积平滑处理出封堵材料沿封堵长度的质量分布曲线，定性描述了石蜡封堵材料在渗漏通道中凝固后的分布情况，并分析了封堵完成后的残余材料。结果表明：封堵过程中，熔融的石蜡材料与周围水体结合良好，易涌入渗漏通道，可实现稳定封堵；封堵长度和有效封堵材料量与初始渗漏流速正相关，封堵线密度随着初始渗漏流速的增加而减小；针对石蜡封堵状态的特征，可将封堵长度划分为碎裂密实段、松散破碎段和断裂密实段。封堵完成后，设备中的残余材料剖面呈楔形状，且残余质量波动幅度较小。

关键词：堤坝渗漏； 应急封堵； 新技术； 相变材料； 封堵状态

长江上游透水丁坝水面线分布试验研究

许百强1, 2，喻涛1, 2，王平义1, 2，杨小文3，张秀芳1, 2

（1. 重庆交通大学 水利水运工程教育部重点实验室，重庆 400074； 2. 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； 3. 长江重庆航道局，重庆 400010）

摘要：丁坝是长江上游航道整治中最常用的整治建筑物，工程实践中多采用抛石透水丁坝，此类丁坝具有一定透水性,在现有丁坝水沙特性研究中极少考虑透水性对此类丁坝的影响。不同的空隙率和空隙尺寸对改善透水丁坝附近水位场及流速场具有不同效果。通过水槽概化模型试验，研究了3种空隙尺寸和5种空隙率工况下透水丁坝周围水面线分布情况，对比分析了不同空隙率和不同空隙尺寸等因素对透水丁坝周围水面线的影响规律。结果表明：相比实体丁坝，在一定的空隙率和空隙尺寸条件下，透水丁坝对其上游的壅水效果更佳，同时还可增加其下游水深，降低纵横向水面比降，对改善丁坝右侧束窄段水流形态、减轻丁坝水毁、延长其使用年限以及改善生态环境等方面也具有更积极的作用。

关键词： 透水丁坝； 空隙率； 水面线； 空隙尺寸

岛礁地形抛石护岸稳定性试验研究

刘清君1, 2，张晋勋3，孙天霆1，徐华1，王登婷1，李秦3

（1. 南京水利科学研究院 港口航道泥沙工程交通行业重点实验室，江苏 南京 210029； 2. 河海大学 港口海岸及近海工程学院, 江苏 南京 210098； 3. 北京城建集团有限责任公司，北京 100088）

摘要：岛礁地形是一种特殊的海岸形式，国内外学者对波浪在岛礁地形上的传播变形研究较多，但对于岛礁地形上的护岸工程研究较少，缺乏对关键设计参数的研究。以马尔代夫机场岛护岸工程为例，通过比例尺为1∶10的波浪水槽物理模型试验，分析研究了3种不同岸坡宽度、4种不同水深和波浪组合工况下的护面块石稳定性。结果表明，前沿岸坡宽度，即护岸坡脚至礁缘之间的距离是影响抛石护岸稳定性的重要因素。在同样水深、波况及护岸块石质量条件下，护面块石的失稳率随岸坡宽度的增加而减小。进一步分析发现，为保障护岸安全，抛石护岸外坡坡脚宜布置于波浪破碎点之后，且与破碎点之间距离不应小于浅水波长的26％，即0.26Tghe。

关键词：岛礁；抛石护岸；稳定性；岸坡宽度；模型试验

圆形截面混凝土中氯离子时变扩散解析模型

汪加梁1, 2, 3，杨绿峰1, 2, 3，余波1, 2, 3

(1. 广西大学 土木建筑工程学院, 广西 南宁 530004； 2. 工程防灾与结构安全教育部重点实验室,广西 南宁 530004； 3. 广西防灾减灾与工程安全重点实验室， 广西 南宁 530004)

摘要：为了克服传统常扩散解析模型无法考虑氯离子扩散系数时变特性所存在的缺陷，研究建立了圆形截面混凝土中氯离子时变扩散解析模型。在极坐标系中建立了圆形截面混凝土中氯离子时变扩散的控制方程、边界条件和初始条件，然后通过引入等效扩散时间将氯离子的时变扩散方程转化为常扩散方程，进而结合贝塞尔函数和变量代换法，建立了圆形截面混凝土中氯离子时变扩散的解析模型，并与数值模型和常扩散解析模型进行对比验证。分析结果表明，该解析模型具有较高计算精度和计算效率，不仅可以克服数值模型对空间离散网格和时间步长的依赖性，而且还可以克服常扩散模型由于忽略氯离子扩散系数时变性而高估混凝土中氯离子质量分数所存在的缺陷；圆形截面混凝土中的氯离子质量分数分布介于一维和二维扩散之间，随着圆形截面半径和龄期衰减系数的增大逐渐趋近于一维扩散情况。

关键词：混凝土； 圆形截面； 龄期衰减系数； 氯离子； 时变扩散； 解析模型

考虑土性参数空间变异性的单桩竖向承载力分析

杨剑1，黎冰2，鲍安琪2，马文昊2

(1. 中交公路规划设计院有限公司 上海分公司，上海 200072； 2. 东南大学 土木工程学院，江苏 南京 210096)

摘要：岩土体是自然界的产物，其性质具有较大的空间变异性。在已有土体随机场模拟研究成果基础上，考虑了土体强度参数的变异系数和相关距离，通过数值方法研究了竖向荷载作用下土体空间变异性对桩基础承载力的影响。结果表明，考虑土体空间变异性后，桩基承载力的中值都小于确定性分析得到的桩基承载力；随着变异系数和相关距离的增大，桩基承载力的不确定性越来越大，实际工程中需重点关注土体参数变异性大的工况。考虑土体强度参数空间变异性的桩基竖向承载力分布规律可以用对数正态分布曲线来描述，当样本数足够多时，可依此获取任一荷载下桩基础的失效概率。

关键词：桩基础； 空间变异性； 随机场理论； 变异系数； 相关距离

桩靴贯入砂土层时邻近桩挤土压力分析

郭东1, 2，王建华1, 2，范怡飞1, 2

(1. 天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室， 天津 300072； 2. 天津大学 岩土工程研究所， 天津 300072)

摘要：钻井船插桩时会使邻近平台桩桩身受到挤土荷载作用，这种挤土荷载可能会严重影响平台桩的承载能力。采用CEL方法结合模型试验分析桩靴贯入砂土层时邻近桩受到的挤土压力变化。通过对缩尺试验结果的计算，验证了CEL方法的可行性。进一步分析了桩靴贯入砂土层时，邻近桩桩身挤土压力的变化。分析结果表明，邻近桩靠近桩靴一面受到的挤土压力随桩土相对位移的增加而不断增大直到极限值，在泥面以下10倍邻近桩桩径范围内，桩身最大挤土压力随土层深度逐渐增加，其变化范围为1.5~5.0倍的朗肯被动土压力，当土层深度超过10倍邻近桩桩径后，桩身最大挤土压力趋于稳定，约5.0倍的朗肯被动土压力；而远离桩靴一面受到的挤土压力随相对位移增加而不断减小，最终保持在朗肯被动土压力的10％～20％；桩身受到的挤土压力合力随桩土相对位移增加而不断增大直到极限值，在泥面以下10倍邻近桩桩径范围内，桩身极限挤土压力合力随土层深度逐渐增加，其变化范围为1.5~5.0倍的朗肯被动土压力；当土层深度超过10倍邻近桩桩径后，桩身极限挤土压力合力趋于稳定，约5.0倍的朗肯被动土压力。最后还定量分析了砂土摩擦角、弹性模量、泊松比和净间距的变化对插桩挤土力变化关系的影响。

关键词：挤土力； CEL方法； 极限土压力； p-y曲线； 钻井船插桩

双轴受压混凝土动态力学特性及破坏准则研究

程卓群，王乾峰，王 普，孙尚鹏，刘苗苗

（三峡大学 土木与建筑学院，湖北 宜昌 443002）

摘要：利用动静力三轴试验机进行不同加载速率、不同侧向压力下300 mm立方体混凝土的抗压试验，并对所得试验数据进行力学参数分析，在此基础上，建立考虑动态加载速率的K-G破坏准则并对其适用性进行了验证。验证分析结果表明：应变速率越低，侧压对混凝土峰值应力的增益作用越明显；混凝土峰值应变随应变速率增加，大致呈先减后增趋势；峰值应变随侧压的增大而增大,侧压对峰值应变的影响在应变速率较低时更明显；随应变速率的增大，混凝土弹性模量呈先增后减趋势；侧压对混凝土弹性模量的影响不明显；建立的改进后的K-G准则对动态双轴受压模型描述效果好，而且该模型同时也适用于100和300 mm混凝土立方体的单向和双向应力状态。

关键词：混凝土； 应变速率； 力学性能； 双轴抗压； 破坏准则

金华江下游灵马枢纽建设与航道深开挖方案比选分析

王峰1，张铭2，尤克诗1，方向征1

（1. 金华市港航管理局，浙江 金华 321000； 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）

摘要：内河航运工程常采用梯级枢纽建设或航道整治两种开发模式，在实际应用中需通过综合对比论证以优化开发方案。利用水动力数值计算方法，对金华江航运开发工程中灵马枢纽建设与航道深开挖两种方案效果进行对比分析，论证并优选工程建设方案。结果表明：若通过航道深开挖，研究河段最大疏浚深度超过5 m，水流归槽引起河道裸滩将破坏环境与生态；而灵马梯级枢纽建设方案不仅可使航道通航保证率提高至95%以上，还可显著改善该区域水生态环境与人文景观，是实现金华江Ⅳ级航道建设目标的必要条件。

关键词：山区航道； 航道疏浚； 水动力计算； 水文分析； 水生态环境

钱塘江九溪涌潮重塑在工程实践中的探索研究

金建峰1，张玉伦1，李志永2，钱学诚3，黄姿菡2

（1. 杭州市闲林水库管理处，浙江 杭州 311122； 2. 浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310007； 3. 杭州市河道管理总站，浙江 杭州 310014）

摘要：为保护钱塘江涌潮景观、减小涌潮危害，重塑钱塘江九溪涌潮，变潮害为潮景，使涌潮可赏、可控、安全。应用KFVS格式建立二维涌潮数学模型，在实测水文资料验证的基础上，计算优化方案实施前后的流场及涌潮传播特性，从构筑物近区涌潮高度、涌高明显的岸线长度和涌高明显的区域面积等3个指标综合评判涌潮重塑效果。通过物理模型试验，模拟涌潮的形成与传播过程，分析比较各方案实施前后工程区域附近涌潮传播过程的壅高、越堤等变化情况，进一步验证了重塑效果。研究结果表明，通过优化工程布局，采取工程措施，钱塘江九溪涌潮重塑具有可行性，既能保留九溪涌潮特性，又能实现安全观潮。

关键词： 钱塘江； 涌潮； KFVS格式； 物理模型； 涌潮重塑