舟山本岛海域“烟花”台风风暴高潮位研究

黄世昌，谢亚力，严聿晗，刘 勇，于普兵

(浙江省水利河口研究院（浙江省海洋规划设计研究院），浙江 杭州 310020)

 摘要: 近年来登陆或严重影响浙江的强台风频率上升，北移次数增多，对舟山本岛及邻近岛屿经济活动威胁越来越大，开展舟山本岛风暴高潮位研究十分必要。分析了"烟花"台风在舟山本岛造成的风暴高潮位分布，基于海区的实测潮位资料及构建的风暴潮模型计算的风暴高潮位，揭示了本次风暴高潮位总体东部低、西部高、中部局部低值区的特征，中部局部低值区与天文高潮位的分布有关。本岛海域“烟花”台风风暴高潮位差异可达0.5 m 以上；“烟花”台风若在本岛天文大潮高潮位登陆，定海至岱山风暴高潮位会继续抬高0.1~0.4 m；若南移至大目涂位置且在高潮位登陆则会造成本岛周边更高的风暴高潮位，超过本次风暴高潮位0.2~0.8 m。应高度重视风暴潮高潮位的区域差异性和变化特征，进一步提高区域风暴潮灾害防御能力。

 关键词：“烟花”台风；舟山本岛海域；风暴潮增水

 基于遥感影像的1307号台风对杭州湾含沙量分布影响

刘 勇，黄君宝，谢东风，黄世昌，应 超，李来武

(浙江省水利河口研究院（浙江省海洋规划设计研究院），浙江 杭州 310020)

摘要: 水体中悬沙含量的变化对近岸海洋工程、港口航道疏浚等工程具有重要影响。浙江沿岸海区经常遭受不同程度台风的侵袭，台风经过后的一段时间内近岸海域水体中悬沙含量将发生明显改变。为定量研究台风对杭州湾含沙量分布的影响，选择2013年第7号台风“苏力”，结合逐时遥感影像和高精度含沙量反演算法，通过农历日期来确定正常天气下的代表日期，对比台风期间和正常天气下情况下杭州湾海域悬沙含量随潮汐变化情况。台风“苏力”登陆后，杭州湾海域含沙量整体呈增大趋势，杭州湾中部海域增幅在0.10~0.50 kg/m3，高平时刻和低平时刻附近表层含沙量增幅大于其他时刻。海水表层含沙量增大的原因主要是台风期间风应力增大产生的垂向混合及垂向剪切应力增强，将下层水体中的悬浮泥沙输运至表层。

关键词：台风；悬沙含量；逐时遥感影像；杭州湾

“烟花”台风对钱塘江涌潮影响的数值模拟

汪求顺1, 2，潘存鸿1, 2

(1. 浙江省水利河口研究院（浙江省海洋规划设计研究院），浙江 杭州 310020； 2. 浙江省河口海岸重点实验室，浙江 杭州 310020)

摘要: 2021年7月25日“烟花”台风登陆于浙江舟山，恰逢天文大潮期，对钱塘江涌潮产生了较大的影响。为研究该强台风对涌潮的影响，建立了台风暴潮作用下的涌潮数学模型，采用“烟花”台风登陆期实测数据进行数学模型的验证，模型较好地复演了台风登陆期潮位和涌潮的变化过程。拟定计算方案以分离台风的直接和间接影响，计算结果表明：受“烟花”台风登陆时的逆风影响，台风对盐官河段涌潮的直接影响明显较间接影响小。“烟花”台风登陆时盐官潮差为3.59 m，盐官—老盐仓的涌潮传播速度增加7.7%，一线潮和回头潮的潮头高度平均增加0.30和0.22 m。“烟花”台风使盐官一线潮和老盐仓回头潮的潮到时间分别提前62和65 min。

关键词：“烟花”台风；天文大潮；数学模型；钱塘江河口；涌潮

“烟花”台风影响下长江南通以下河段的增水分布特征

白一冰1，石景元2，路川藤1，张功瑾1，丁 伟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. 东海航海保障中心上海海事测绘中心，上海 200000)

摘要: 为探讨台风对河口区域的影响，构建了覆盖中国东南沿海大范围数学模型，对2106号台风“烟花”产生的风暴潮进行了模拟，与实测气象及水位数据对比表明该模型可靠、合理。基于此模型，研究了“烟花”台风在长江口地区风暴潮增水的时空分布特征。研究表明，“烟花”台风期间，长江口区域整体表现为增水状态，最大增水大于0.5 m区域北至连云港、南至台州。南通以下河段最大增水值分布较均匀，均在1.5 m 左右；上游区域增水幅度随潮汐过程呈规律波动，增水在涨潮中间时刻达到最大，于落潮中间时刻降至最低，至下游区域，波动规律逐渐消失；0.5 m以上增水历时从上游至下游逐渐减小。

关键词：“烟花”台风；增水；长江口；数值模拟

不同风场数据集对台风期间海浪模拟的影响

李新文1，丁 骏2，黄君宝1，员 鹏1，谢东风1

(1. 浙江省水利河口研究院（浙江省海洋规划设计研究院），浙江 杭州 310020； 2. 浙江省海洋监测预报中心，浙江 杭州 310007)

摘要: 风场资料的精度和适用性对海浪的准确模拟至关重要。选取ERA5、CCMP和CFSv2等3个常用的风场数据集，以2106号“烟花”台风为例对比不同数据集在台风浪模拟方面的表现。结果表明，采用3个风场的模拟结果均很好地再现了台风期间海浪的增长和衰减过程，其中ERA5和CCMP风场计算的波高较为一致，而采用CFSv2风场的模拟结果明显大于另2个风场。选取4个外海浮标站，对比3个风场的模拟结果与实测波高的差异。统计发现，ERA5风场的模拟结果最优，CCMP风场的模拟结果次之，而CFSv2风场的模拟结果较实测值偏大。在过程最大波高的模拟精度方面，CCMP风场的模拟结果最优，ERA5风场的模拟结果在台州外站明显偏小，而CFSv2风场计算的4个浮标站的过程最大波高均高于实测值。

关键词：风场数据集；ERA5；CCMP；CFSv2；SWAN海浪模型

三门湾猫头深潭对“烟花”台风的冲淤响应

应 超，王乐乐，黄世昌

(浙江省水利河口研究院（浙江省海洋规划设计研究院），浙江 杭州 310020)

摘要: 极端台风天气下，台风浪可能会造成海湾泥沙大幅起悬，从而引起湾内深槽骤淤。以浙江中部三门湾为研究对象，建立波流共同作用下的泥沙冲淤数学模型，研究猫头深潭在台风“烟花”过境期间可能产生的泥沙骤淤风险。经验证，数学模型较好地复演了“烟花”台风过程中的风暴潮与台风浪过程。研究结果表明，在台风浪作用下，下洋涂南侧浅滩及猫头深潭南北侧浅滩的含沙量均有明显增加，局部可增加至无浪情况下的3倍以上，“烟花”台风使猫头深潭最大淤积达0.15 m。台风浪导致的含沙量增加是三门湾深潭骤淤的主要原因。

关键词：“烟花”台风；三门湾；骤淤

基于GWO-LSTM 的丹江口水库入库径流预测

王立辉1，杨辉斌1, 2，王银堂2，刘 勇2，胡庆芳2

(1. 福州大学 水利水电与港口工程系，福建 福州 350116； 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: 入库径流预测对丹江口水库调度及水资源利用具有重要的指示意义。基于灰狼优化算法（GWO）构建不同的预测模型，开展丹江口水库月入库径流预测研究，并探讨网络结构超参数的选取及验证GWO 全局遍历性、收敛快的特点。结果表明：灰狼优化的长短期记忆模型（GWO-LSTM）的预测精度和泛化性能优于灰狼优化的人工神经网络模型（GWO-BP）和逐步回归模型，其验证期的纳什效率系数平均达到0.969，整体趋势预测较好，峰值捕捉略有不足，可适用于丹江口水库月入库径流预测；模型超参数依据经验取值时，其预测结果不如GWO 优化，验证期的纳什效率系数不足0.5，未达到可接受范围，而且带有一定的偶然性，建议选用具有全局优化特性的优化算法进行超参数选取；验证了GWO 算法全局遍历性和收敛快的特点，平均在3 次迭代后可达到

收敛状态。

关键词：长短期记忆模型；径流预测；灰狼优化算法

山区河流河床形态对推移质输沙率影响的试验研究

张利国1，程金香1，骆文广2，田荣洁3

(1. 交通运输部规划研究院，北京 100028； 2. 武汉大学 水利水电学院，湖北 武汉 430072； 3. 北京信息科技大学，北京 100085)

摘要: 为探索山区卵砾石河流推移质运动受水流条件和河床形态的影响规律，开展了大比降浅水流动条件下卵砾石输移的室内水槽试验，获得了两组泥沙组成的19个流量条件下的水流、泥沙及河床三维地形场数据。结合室内水槽试验及文献中的天然河流输沙观测数据，分析了不同水沙输移阶段水流阻力、河床形态与推移质运动之间的关系。试验结果表明：河床阻力系数随着河床形态强度参数增大而增大，形态阻力与河床形态强度参数相关性更强。在泥沙补给充分阶段，推移质输沙率与床面阻力、形态阻力及河床形态强度参数均呈正相关关系；在泥沙补给不充分的水流冲刷阶段，推移质输沙率随河床形态强度参数增大而减小。

关键词：卵砾石河流；室内水槽试验；推移质输沙率；河床形态；水流阻力

水垫塘动水冲击压力测压管灵敏性分析

沙海飞，范丽丽，李子祥，徐佳怡

(南京水利科学研究院，江苏 南京 210029)

摘要: 随着一批高水头、大流量高拱坝的建设，水垫塘合理布置便成为工程设计中的一项重大技术问题，而动水冲击压力是水垫塘的一个重要指标。测压管法是目前水工模型试验中常用的较经济的方法。为了评价测压管测量水垫塘动水冲击压力的灵敏性，采用三维紊流数值模拟方法，对不同的测压孔内径和测压管内径比值下的水垫塘动水冲击压力测量敏感性进行分析，并用模型试验进行验证。研究结果表明：测压孔内径和测压管内径的比值对动水冲击压力测量有较大的影响，区别于常规水工模型试验要求（测压孔内径应小于2 mm，测压管内径宜大于6 mm）；建议测压孔内径和测压管内径的比应大于0.7且测压管内径宜大于6 mm，并对冲击核心区域用脉动压力传感器法结合测量。

关键词：动水冲击压力；测压管；水垫塘；紊流；数值模拟

漂流河段水动力数值模拟研究

张 晔1，侯精明1，张玉蓉1，张兆安1，马勇勇1，毛拥政2，程汉鼎2，周伟2

(1. 西安理工大学 省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室，陕西 西安 710048； 2. 陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安 710001)

摘要: 为了给水利枢纽下游河道整治规划提供技术支撑并提出漂流供水方案，采用二维全水动力模型，对水利枢纽下游河道整治前后不同泄水工况进行模拟。以三河口水利枢纽下游河道为例，河道两侧风景优美且暗礁险滩较少，河床高程为514~526 m，河床砂卵石层厚度5~10 m，为实施漂流项目提供了保证，结合上游水利枢纽调度运行情况，计算了各个泄水工况下不同断面的水力要素及相关统计信息，并根据计算结果提出河道整治及漂流供水方案。结果表明，该二维水动力模型能高效高精度对水利枢纽下游河道进行不同泄水工况下的模拟，为河道水上娱乐设施规划提供了有效的技术支撑，并从节约水资源及减少工程施工量的角度建议对河道进行6 m疏浚，在此工况下上游水利枢纽仅需泄水4 m3/s，此时河床断面最大水深最小值为0.50 m，断面水面最小宽度为4 m，断面最小流速为1.02 m/s。

关键词：动力波法；数值模拟；漂流

非淹没刚性挺水植被对弯道水流特性的影响

赵瑜琪，彭清娥，史学伟，杨克君

(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: 广泛分布于天然河道浅滩的植被能够改变河流局部的水力特性和泥沙运移过程，为了解植被对弯道水流特性的影响，针对特定流量下凸岸侧含有刚性挺水植被的弯道，对植被密度、位置不同时水流特性的沿程分布规律开展试验探究。通过建立弯道水流概化模型，利用ADV采集三维流速数据，对比无植被和有植被（植被密度分别为0、2.2%和4.5%）条件下的流速分布，定性分析不同工况下植被对弯道水流紊动特性的作用，确定弯道环流的结构及强度。结果表明，凸岸侧植被的存在（在0°~90°弯段，1/4河宽区间内均匀分布）能有效削弱弯道环流强度，但对凸岸区的消减效果并不随植被密度的增大而加强。非植被区上下不同流向水层的分界点位置随植被密度变化而变化，且植被分布对弯道各断面不同水深处的环流结构也有影响。

关键词：刚性植被；弯曲河道；速度分布；横向环流；紊动特性

基于鱼类集群及上溯通道分析的鱼道进口位置论证

文 典1，李洪泽2，王晓刚2，黄涌增2，祝 龙2

(1. 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司, 四川 成都 610072； 2. 南京水利科学研究院, 江苏 南京 210029)

摘要: 为确保大渡河龚嘴水电站鱼道能够成功过鱼，基于龚嘴水电站坝下河段鱼类集群分布的水声学观测结果，结合研究河段水流条件，分析鱼类集群分布特征，并根据主要过鱼对象关于水力学因子的适宜性特征，提取坝下河段鱼类主要上溯通道，论证龚嘴水电站鱼道进口布置方案。结果表明：坝下河段鱼类垂向分布范围为1.15~11.62 m，主要分布在中下层水域；鱼群主要集中在河段中上游区域；鱼类上溯通道分布于靠近两侧河岸的水域，流速为0.1~1.2 m/s；在北纬29.290°~29.292°范围内，存在横跨整个河宽的鱼类集中分布区域，说明该区域内流场条件能够较好地满足河段过鱼对象的上溯需求。本研究从鱼类集群及上溯通道分布两个方面对鱼道进口布置进行论证，提出较合理的鱼道进鱼口位置，研究结果可为其他水电站鱼道进口布置提供参考。

关键词：龚嘴水电站；鱼道进口布置；鱼类集群分布；鱼类上溯通道

我国水库大坝安全监测现状深度剖析与对策研究

江 超1，肖传成2

(1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 2. 大连市水务事务服务中心，辽宁 大连 116001)

摘要: 当前我国水库大坝安全监测工作存在监测项目不完善、施工安装不规范、运行管护能力不足等问题，导致部分安全监测系统建成后不能正常运行，造成建设资金浪费甚至影响大坝安全管理工作。结合全国水库大坝安全监测系统建设与运行现状调研成果及工作经历，系统梳理大坝安全监测在规划、设计、审查、招标、施工、验收及运行管理等环节存在的一系列问题，并深度剖析水库大坝安全监测现状原因。针对性提出了改进水库大坝安全监测工作的对策和建议，包括提高对大坝安全监测工作重要性的认识，加大安全监测培训力度，研究出台大坝安全监测管理办法，组建大坝安全监测专家库，加强大坝安全监测专项督查，建设期间引入安全监测仪器检测与第三方鉴定环节等。本研究对促进我国水库大坝安全监测水平提升具有一定的指导意义。

关键词：水库；大坝；安全监测；对策

水工程安全监测智能化面临的挑战、目标与实现路径

卢正超1, 2，杨 宁3，韦耀国4，黎利兵2，聂 鼎2，姜云辉2

(1. 流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 100038； 2. 中国水利水电科学研究院 水电中心，北京 100038；3. 中国三峡建设管理有限公司，四川 成都 610000； 4. 南水北调中线干线建设管理局，北京 100038)

摘要: 近年来我国的水利信息化已取得长足进步，智慧水利建设即将步入高潮，但各应用系统的具体建设目标、标准与技术路线等仍在探索中。水工程安全监测智能化是智慧水利的重要组成部分，其现实目标的边界取决于人工智能技术的成熟度。考虑到人工智能技术的现状并基于数十年大坝安全监测实践的经验，系统分析了水工程安全监测智能化面临的挑战，提出了水工程安全监测智能化的“三度”理念，合理的近期目标及“四化”路线。首先，需要从哲学的高度来把握 “应该做什么”和“能够做什么”，从理性的角度即技术、经济、安全诸方面来衡量其合理的范围和程度，并自始至终秉承真诚的态度将其做好做实。其次，水工程安全监测智能化应聚焦于工程风险与结构抗力及安全相关信息的需求与有效供给两大矛盾，智能化的标准是对工程既有缺陷隐患看得见、说得清，未来安全风险想得透、管得住。第三，在监测自动化的基础上实现全信息化、可视化和模型化，是超越常规信息化、实现水工程安全监测智能化的关键。贯彻落实好这些理念，将为智慧水利的成功实施打下坚实的基础。

关键词：水工程；安全监测智能化；信息化；智慧水利

基于Unity3D的水库大坝巡视检查培训系统

葛从兵，陈 剑，严吉皞

(南京水利科学研究院，江苏 南京 210029)

摘要: 针对水库大坝巡视检查网络培训需求，研究严肃游戏，提出水库大坝巡视检查培训系统架构，探讨大坝BIM建模、巡检点和缺陷三维建模、水库枢纽场景仿真等关键技术，分析水库大坝巡视检查要求、方法、设备、内容，研发了基于Unity3D的水库大坝巡视检查培训系统。水库大坝巡视检查培训系统由数据层、模型层和应用层组成，具有巡视检查知识、巡视检查训练、巡视检查考核和系统管理等功能。水库大坝巡视检查培训系统解决了传统培训方式中覆盖面窄、成本高、时间长等问题，可用于水库管理人员的培训，特别是没有监测设施或监测设施损坏的中小型水库管理人员的培训，促进水库大坝巡视检查工作规范化，提高水库管理人员巡视检查能力，保障水库大坝安全运行。

关键词：水库大坝；巡视检查；培训系统；Unity3D；严肃游戏；BIM

基于DPSO-ANFIS的大坝变形预测模型

马广臣1, 2，杨 杰1, 2，程 琳1, 2，宋锦焘1, 2

(1. 西安理工大学 水利水电学院，陕西 西安 710048； 2. 西北旱区生态水利工程国家重点实验室，陕西 西安710048)

摘要: 变形预测模型是大坝结构安全性态分析的关键技术支撑。针对现有大坝变形预测模型在精确度、泛化性等方面的不足，将自适应模糊神经网络引入到大坝变形预测模型中，利用动态权重粒子群算法对自适应模糊神经网络中模糊层的适应度值进行参数寻优，形成可以寻找最优适应度值的自适应模糊神经网络，进而建立基于DPSO-ANFIS的大坝变形预测模型。根据大坝原型监测数据，代入训练好的模型得到输出值，并将其与实际监测数据进行对比分析。工程实例应用表明，基于DPSO-ANFIS的大坝变形预测模型输出值与实测值偏差最大为0.051 6 mm，均方根误差为0.035 1 mm，平均绝对误差为0.032 0 mm，各项指标精度均优于基于PSOANFIS、ANFIS 和BP神经网络的大坝变形预测模型。针对不同位置测点、预测时间段，基于DPSO-ANFIS的大坝变形预测模型输出值接近实测值，预测趋势符合真实值走向，整体预测性能稳定。该模型具有较高的精确度、良好的泛化性与可靠的稳定性，工程实用综合性能较优。

关键词：自适应模糊神经网络；动态权重粒子群算法；大坝变形预测；适应度

考虑损伤的软弱夹层剪切流变模型及程序实现

祝 鑫1, 2，胡 斌1, 2，李 京1, 2，崔 凯1, 2，魏二剑1, 2，刘 杨1, 2

(1. 武汉科技大学 资源与环境工程学院，湖北 武汉 430081； 2. 冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室，湖北 武汉 430081)

摘要: 自然界中岩体破坏的主要形式是沿着滑面的剪切破坏，且主要表现为剪切流变损伤特征。根据软弱夹层不同剪切应力水平下的试验数据分析，引入可以表征其流变过程中参数损伤的变量D，提出了一个基于D的可以反映软弱夹层加速流变特性的黏弹塑性非线性流变模型，与伯格斯模型串联构成了一个能全面反映3个流变阶段的新的软弱夹层剪切流变损伤模型。基于FLAC3D使用C++语言对该流变损伤模型进行了二次开发，与室内流变试验进行了对比验证。结果表明：（1）每级剪应力下，其瞬时应变均较为接近，且经过相同时间的应力加载后，无论是稳定后的应变值还是加速阶段的应变值也均较为接近。（2）数值模拟试验中，当施加的剪切荷载未达到屈服应力时，其减速阶段历时较室内试验的历时短，即更快地达到稳定流变阶段；而当施加的剪切荷载超过屈服应力阈值时，其加速流变阶段位移变化速率大于室内试验的，且最终的位移比室内试验位移稍大。

关键词：剪切流变；流变损伤；非线性流变；数值模拟；FLAC3D 二次开发

PCCP管内环向预应力碳纤维板加固数值分析

吕康伟1, 2，鲁文妍2，刘海祥2，柯敏勇2，许珉凡2

(1. 河海大学 力学与材料学院，江苏 南京 211100； 2. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029)

摘要: 为充分发挥碳纤维板（CFRP）的抗拉性能，提升断丝预应力钢筒混凝土管(PCCP)的承载能力，提出了管内环向预应力碳纤维板加固方法。研究分析CFRP和混凝土的环向应力，得出拉梅公式的力学模型计算结果与有限元计算结果基本相符，两者结果最大仅相差9.3%。PCCP钢丝断丝率相同情况下，对不同断丝分布进行了计算研究，断丝率相同情况下断丝在同一位置时最不利。断丝发生时，在断丝处从管内到管外的混凝土损伤由小变大。重点对断丝率为10%时预应力CFRP加固前后性能进行了比较。结果表明：正常工作水压下，断丝处PCCP混凝土、钢筒的应力应变显著减小，说明CFRP起到了很好的加固效果；断丝率越高，在混凝土内壁没有损坏前，CFRP的作用越大。管内环向预应力碳纤维板加固方法还具有施工周期短、环境影响小、非开挖、易操作的特点，对实际PCCP应急修复具有很好的参考价值。

关键词：预应力钢筒混凝土管；预应力碳纤维板；有限元加固模型；断丝；加固效果

考虑转动阻抗作用的砂土模拟直剪试验

王 壮，段志波，廖新超，刘一鸣

(湖北工业大学 土木建筑与环境学院，湖北 武汉 430068)

摘要: 基于离散单元法进行一系列砂土直剪数值模拟试验，探究存在转动阻抗作用时颗粒抗转能力与砂土相互作用间宏细观力学的内在联系。通过抗转动线性接触模型模拟砂颗粒间的接触本构关系，得出的宏观应力-应变特性、强度指标和剪切带变形规律与前人研究相类似，验证了砂土直剪数值模拟试验的可行性。细观层面，试样内平均力学配位数及强接触比例均随着抗转动系数的增大而减小。结合玫瑰图、偏组构和第二不变量表征的张量研究各向异性的演化规律发现：在剪切过程中，法向接触力和切向接触力的各向异性均随抗转动系数的增大而增大，其中强接触偏组构均大于整体接触偏组构，法向接触力张量均大于组构张量且与宏观抗剪强度变化规律具有一致性，这表明转动阻抗主要通过增大颗粒间强接触力的数值及其组构的各向异性程度提高抗剪强度，法向接触力各向异性对抗剪强度具有关键作用。

关键词：离散单元法；砂；直剪试验；转动阻抗；各向异性