平原河网区河道交汊口分流特性模型试验研究

刘国庆，王 蔚，范子武，穆守胜，贾本有，乌景秀，邓 曌

(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: 以苏南运河-蠡河-望虞河交汊河道为研究对象，基于经验证的江苏省太湖地区整体一维河网数学模型及苏南运河-蠡河-望虞河交汊口局部物理模型，构建了交汊口平面二维数学模型，利用“16·7”超历史洪水资料并联合物理模型进行验证，在现状交汊角计算基础上，进一步模拟了苏南运河-蠡河变交汊角条件下蠡河分流比特性，并开展了多因素影响分析。结果表明，苏南运河-蠡河-望虞河分汊口不同于“Y”型或者斜接形交汊口，蠡河分流比主要由望虞河水位与苏南运河-望虞河水位差决定，与苏南运河下泄流量关系较小；苏南运河-蠡河交汊角度对蠡河分流比影响不大，主要是口门回流区束缩了支流有效过水宽度，导致进水口的实际过流宽度小于支流宽度。

关键词：平原河网；交汊口；分流比；物理模型；数学模型

森林覆盖率变化对流域洪水特性影响的数值模拟

姚 原1，顾正华1，李 云2，辜樵亚1，范子武2

(1. 浙江大学 建筑工程学院，浙江 杭州 310058；2. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029)

摘要: 为研究森林覆盖率变化对洪水特性的影响，建立小溪流域的分布式水文模型，通过实测水文资料对模型重要参数进行率定和验证，并对其适用性进行评价。选取7 日同次降雨序列，利用率定并验证后的数学模型对森林覆盖率从0 到100% 共11 组工况的流域洪水过程进行模拟。结果表明，森林覆盖率的变化对小溪流域洪水特性产生一定影响，森林覆盖率越大，影响效果越明显；相比无森林覆盖条件，森林覆盖率达到最大时减小洪峰流量约13.2%，延缓洪峰到达时间约4 h，延长洪水历时约13 h；当森林覆盖率低于40% 时，森林对洪峰的削减作用非常有限；当森林覆盖率大于40% 时，森林覆盖率平均每增长10%，可削减洪峰流量约2%；并且随着森林覆盖率增长，洪水过程形态呈现从单峰到双峰的变化特点。

关键词：森林覆盖；数值模拟；洪水特性；分布式水文模型

苏南运河沿线精细化水文-水动力模型构建及验证

杨 帆1, 2，周钰林3，范子武1，乌景秀1，贾本有1，刘国庆1，谢 忱1，王朝勇4

(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. 河海大学 水利水电学院，江苏 南京 210098；3. 苏州市河道管理处， 江苏 苏州 215124；4. 苏州市水务局，江苏 苏州 215004)

摘要: 苏南运河自北向南穿过太湖流域腹部，具有航运、防洪排涝、灌溉和景观功能。近些年，运河汛期水位连年超历史，造成运河沿线及周边受灾严重。精细化水文-水动力模型可为运河高水位成因分析、防汛排涝调度决策、新老工程效益评估提供技术手段。基于Infoworks ICM 软件，充分考虑苏南运河沿线平原河网地区圩区、城区管网以及复杂下垫面，构建了苏南运河沿线平原河网水文水动力模型。鉴于苏南运河沿线水系边界难以确定，将模型构建范围扩大至2.16 万km2。采用2015年和2016年的汛期实况降雨、水位和调度数据对模型进行率定和验证。绝大多数水文站点水位模拟纳什系数接近于1，模型可信度高；可决系数显示相关性中等偏上，模型总体结果可信。同时相比其他片区，湖西区精度更高，主要原因是相比其他片区，湖西区受人为调度干预较少。

关键词：水文-水动力模型；太湖流域；苏南运河；模型构建；率定验证

污泥厌氧消化液中磷的去除效果与机制研究

——基于离子交换与改性水滑石吸附法

付瑜玲1, 2，严晗璐2，王 丽2，陈 诚2，陈求稳2

(1. 重庆交通大学 河海学院，重庆 400074；2. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029)

摘要: 以磷酸铁污泥厌氧消化液为研究对象，选用强碱性阴离子交换树脂（IRA402-Cl）、弱碱性阴离子交换树脂（DOWEX66）和改性水滑石开展磷酸根去除试验，探索3 种材料在富铁富磷溶液中去除磷酸根的效果与机制。试验结果表明：（1）由于DOWEX66 树脂具有与磷酸根（H2PO-4）结合力较强的叔胺官能团，相同固液比（3.0 g/L）条件下DOWEX66 树脂除磷效率（33.3%）优于IRA402-Cl 树脂（14.2%）。（2）固定床动态吸附试验结果显示DOWEX66 树脂对磷酸根的吸附穿透点约在5个柱床体积处，表示其在富铁溶液中除磷能力有限且缓冲溶液体系更有利于树脂与磷酸根的离子交换过程。（3）300 ℃煅烧的水滑石在模拟溶液中表现出优良的磷去除能力，在投加量为2.0 g/L时磷去除率达到最高，且具有较好的铁磷分离效果，可作为污泥厌氧消化液中磷元素回收的潜力材料。

关键词：磷酸铁；污泥厌氧消化液；离子交换树脂；改性水滑石；磷回收

等宽明渠交汇口流速分布特性数值模拟

周 舟1，曾 诚1，周 婕2，王玲玲1，丁少伟1

(1. 河海大学 水利水电学院，江苏 南京 210098；2. 河海大学 力学与材料学院，江苏 南京 210098)

摘要: 明渠水流的交汇现象在涉水工程中十分常见，其中交汇口流速的分布特性复杂，对渠道的设计与维护有着直接的影响。针对明渠交汇流的流速分布特性，基于雷诺方程模型（RSM）与体积函数法（VOF）建立等宽明渠交汇流三维数值模型，结合物理试验数据进行模型验证，对不同交汇角与流量比组合工况进行模拟研究，对交汇口水流流速的分布特性进行分析。计算结果表明，交汇口流速存在分区特征，交汇口内流线弯曲流速偏转，下游会出现回流结构与断面环流现象。当交汇角增大时，水流的偏转幅度更大，回流结构与环流现象增强，分区特征更明显，渠道边壁受到的水体冲击更大；当流量比增大时，主渠水体受到的挤压效应减弱，流速分区特征受到抑制，水流交汇更平顺，边壁受到的冲刷更少。

关键词：交汇流；流速分布；数值模拟；回流结构；二次流

竖缝式鱼道休息池水动力特性研究

王晓刚1，李 云1, 2，何飞飞1，宣国祥1, 2，王 彪1

(1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029；2. 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: 诸多鱼类会在休息池内，特别是转弯段休息池内出现滞留或上溯困难。通过建立三维RNG k-ε 紊流模型，分析了竖缝位置、池室长度、休息池内增设辅助隔板等对直段休息池、转弯段休息池水动力特性的影响。结果发现，休息池内水流紊动能、紊动耗散率远低于普通池室，且休息池越长，紊动能及紊动耗散率越低，休息空间越大；竖缝位置对直段休息池水流特性影响不大，规范规定的休息池池长是合理的。对于29°弯段休息池，竖缝异侧布置更有利，对于180°弯段休息池，同侧布置更有利；由于180°弯段休息池池室中央存在大范围高流速回流区，应予充分重视。在休息池内增设辅助隔板能有效消除池室中央大回流区，且大幅增加低流速区面积，值得推广应用。

关键词：鱼道休息池；三维紊流模型；紊动能；紊动耗散率

地形变异条件下长江口南港河段水动力变化

钱明霞1，路川藤1，孙高霞1，丁 伟2，朱方剑3

(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. 河海大学， 江苏 南京 211000；3. 台州市水利局，浙江 台州 318000)

摘要: 1958—2010年，长江口南港河段河槽断面形态呈“U”型和“W”型交替变化。基于二维潮流数学模型，模拟了1958，1973，1997 和2010 年长江口地形条件下的水动力变化，进而分析了地形变化对潮波传递和潮流运动的影响。研究表明，南港河段水动力与地形变化密切相关。自1958年以来，南港河段潮差逐渐减小，潮波变形逐渐加剧；潮流与瑞丰沙发展变化联系紧密；1997年，瑞丰沙范围最大时，南港流速平面上呈复式分布，长兴水道为涨潮占优，其他年份，落潮占优，南港主槽始终为落潮占优；南港落潮分流比自1958 至1973 年明显降低，1973年后趋于稳定，为50%左右，随地形变化较小。

关键词：长江口；南港；河床演变；潮流

天然河道丁坝群局部冲刷三维数值模拟

戚 蓝1，曾庆达1，吉顺文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. 浙江省水利河口研究院 工程安全研究中心，浙江 杭州 310020)

摘要: 为研究天然河道中丁坝长度对河床的冲刷影响，基于天然河道形状和实际丁坝群布置，提出适用于天然河道形状的丁坝群局部冲刷计算流体力学(CFD)三维数值模拟方法，建立了滦河马良子段丁坝群三维模型。采用RNG k-ε 模型模拟计算，用VOF方法进行自由表面的追踪，并对丁坝局部冲刷坑形态及冲刷深度进行了数值模拟。对比实测数据，数值模拟结果与实测结果非常吻合。针对丁坝群中局部冲刷最严重的丁坝，对其长度进行调整，调整后冲坑深度明显改善。

关键词：丁坝群；天然河道；三维数值模拟；局部冲刷

基于浸没边界法的水库变动水面模拟及验证

周 睿，程永光，吴家阳

(武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北 武汉 430072)

摘要: 水库水面波动具有复杂的流动边界。对复杂边界条件的处理，将直接影响水资源的开发利用效果。为模拟真实水库自由液面的大幅变动，利用浸没边界法来处理水库自由液面的变动问题，比较水库水温分布、水库下泄水温和坝前垂向水温分布，并通过简单算例予以验证。结果表明：该方法具有良好的可行性和准确性，改进了水库变动水面预测方法，可用于研究水库水面的时空变化规律。

关键词：水库；水温预测；格子Boltzmann 方法；浸没边界法

内河框架码头桩柱绕流水动力特性的二维数值模拟

刘明维1, 2，曾丽琴1, 2，陈 刚3，沈立龙1, 2，牟治忠3，王明镜3

(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；3. 四川省交通运输厅交通勘察设计研究院，四川 成都 610000)

摘要: 桩柱绕流水动力特性直接决定水流对桩柱作用力的分布规律，是内河框架码头水流荷载计算的基础。结合计算流体动力学(CFD)，依托内河框架码头实际工程，进行了内河框架码头大直径桩柱串列及并列4 桩柱绕流水动力特性的二维数值模拟，系统分析了不同流速及不同桩间距下桩柱绕流尾流流场形态，揭示了桩柱绕流阻力系数、升力系数、斯特劳哈尔数随桩间距和流速的变化规律。研究了串列及并列4 桩柱绕流流场形态和水动力特性，不同流速及不同桩间距下的遮流影响效应、遮流影响系数以及横向影响系数的变化。数值模拟与分析结果可为计算类似内河框架码头水流荷载提供一定的技术参考。

关键词：内河框架码头；桩柱绕流；水动力特性；数值模拟；遮流影响系数；横向影响系数

桩承式加筋路堤有限元几何建模方法及边坡效应研究

姜彦彬，何 宁，许滨华，张中流，耿之周，石北啸

(南京水利科学研究院 水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室，江苏 南京 210029)

摘要: 桩承式加筋路堤常用的有限元几何建模方法包括单桩模型（含轴对称模型和单桩3D模型）、平面应变模型和3D 断面模型，这些模型各具特点且前提假设各不相同，但却缺乏对比研究。使用非线性有限元软件ABAQUS 结合现场试验结果进行了几何建模，对比分析了基于大面积堆载假定的模型与带边坡3D 断面模型应力分布及变形的差异与原因。计算表明：3D断面模型最能反映桩承式加筋路堤真实工况，而单桩模型及大面积3D 断面模型均低估了沉降量。边坡效应引起的水平位移及坡外隆起使得桩土沉降差、平均桩土应力比、桩顶荷载分担系数及土工加筋横向拉应力均在路肩区域达到极大值，且在路面范围内均大于大面积堆载工况。

关键词：桩承式加筋路堤；单桩模型；3D 断面模型；边坡效应；大面积堆载；参数分析

密度及应力水平对珊瑚砂强度变形特性影响

侯贺营1，曹永勇1，张绍栋2，关云飞1

(1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029；2. 北京城建集团有限责任公司，北京 100088)

摘要: 为研究密度与应力水平对珊瑚砂强度和变形特性的影响，利用三轴仪，对珊瑚砂试样开展了一系列不同密度、不同应力水平条件下的三轴固结排水剪试验。根据试验结果分析了珊瑚砂密度和应力水平对其应力应变、体积变形特性及强度特性等的影响。结果表明，不同相对密度的试样均表现出剪胀特性，同一初始密度的试样，围压越大其剪胀现象越不显著。珊瑚砂初始切线模量随着围压和相对密度的增大而增大，可近似用直线表示，并建立了初始切线模量与相对密度和围压的关系式。相变点应变随围压的增大而增大，随相对密度的增大而减小。珊瑚砂强度指标φ0 和Δφ 随着相对密度的增大而呈线性增大趋势。

关键词：珊瑚砂；密度；应力变形；三轴试验；围压

基于3DEXPERIENCE 平台的CATIA 二次开发下的拱坝结构快速建模

楼 涛1, 2，包腾飞1, 2, 3

(1. 河海大学 水利水电学院，江苏 南京 210098；2. 河海大学 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏 南京 210098；3. 三峡大学 水利与环境学院，湖北 宜昌 443002)

摘要: 拱坝的曲线曲面众多，结构复杂，建模过程繁琐且耗时耗力。为便于快速构建拱坝模型，提高建模效率，减少建模过程中的重复工作，提出了一种基于CATIA 二次开发的拱坝三维建模方法。该方法依托于3DEXPERIENCE平台，运用面向对象的Python语言，利用Python代码简洁易懂的特点，通过自动化接口连接CATIA模块，对CATIA模块进行二次开发。编写的二次开发程序可读取给定的EXCEL文件中的拱坝模型参数，自动生成草图，继而构建实体，实现批量构建三维形状的功能。这种快速建模方式不仅提高了工作效率，3DEXPERIENCE 平台还具有多阶段建模、叠加模型、关联模型的技术特点，为实现三维环境下的模型并行协同设计提供了基础。

关键词：拱坝；3DEXPERIENCE 平台；CATIA 二次开发；Python 语言

基于模糊神经网络的水电施工安全隐患评价

刘 帅1，盛金保1, 2，王昭升1, 2，杨德玮1, 2

(1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029；2. 水利部大坝安全管理中心，江苏 南京 210029)

摘要: 水电工程施工过程中存在的安全隐患多且动态变化，是造成水电工程事故多发的主要原因。为评价水电工程施工的安全隐患程度，基于模糊综合评价和BP神经网络建立了水电工程施工安全隐患评价模型，构建了一个具有多层次和多指标特性的水电工程施工安全隐患诊断指标体系，提出了重大、较大、一般、较小以及轻微的5个等级划分。结合实例，对某水电工程施工进行评价，确定其安全隐患等级，并对评价结果进行分析。结果表明：该水电站施工安全隐患等级为3级，符合其实际隐患排查情况。评价提出的模糊神经网络模型可操作性强，能有效分析水电工程施工安全隐患，对于水电工程施工过程的安全隐患排查具有一定参考意义。

关键词：水电工程施工；模糊综合评价；BP 神经网络；安全隐患

特高拱坝动态安全风险分析系统研发及应用

王子成1，许后磊1，赵志勇1，张礼兵1，陈 豪2, 3，陈亚军1，徐智勇1

(1. 中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南 昆明 650051；2. 华能澜沧江水电股份有限公司，云南 昆明 650214；3. 河海大学 水利水电学院，江苏 南京 210098)

摘要: 针对特高拱坝运维期内结构安全风险的动态性和复杂性，以及失事后果严重性，基于层次分析法、模糊理论和定量风险评估分析法，利用SQL Server 数据库和Visual C#.NET 编程技术，研发了一套特高拱坝动态安全风险分析系统。根据特高拱坝的荷载结构特性、安全监测仪器种类繁多和安全监测体系布置复杂的特点，构建了适应不同监测类型和大量安全监测数据的数据库，以及基于监测数据、巡视检查和物探检测的特高拱坝安全综合评价体系，确定特高拱坝事故发生的可能性级别。借助当量法量化分析事故损失，并以此确定损失的级别。最后结合特高拱坝事故发生的可能性级别和由此引起的损失级别，通过风险矩阵评估特高拱坝动态安全风险等级。

关键词：特高拱坝；安全监测；层次分析法；模糊理论；当量法；风险分析