实现中国“双碳”目标 水利行业可以做什么

张建云1, 2, 3，周天涛1, 2，金君良1, 2, 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. 长江保护与绿色发展研究院，江苏 南京 210098； 3. 水利部应对气候变化研究中心，江苏 南京 210029)

摘要: 2020年9月中国国家主席习近平在第75届联合国大会代表中国政府郑重承诺，中国将力争于2030年前达到碳排放峰值，努力争取2060年前实现碳中和（简称“双碳”目标）。为什么要加快实现“双碳”目标？如何实现“双碳”目标？水利行业在实现“双碳”目标过程中可以做出什么贡献？文章对上述问题进行了深入论述。由于温室气体过度排放造成全球气候变暖，大气、海洋和陆地系统等均发生明显变化，对人类生存和自然系统可持续发展形成巨大挑战。受气候变化影响，中国在水安全、自然灾害防御、公共健康和粮食安全等方面受到严重挑战。水资源与气候变化紧密相关，应对气候变化，水利行业应该从加快水电开发、加强抽水蓄能电站建设、发展绿色小水电、开发利用地热资源等方面，为实现“双碳”目标做出贡献。

关键词：“双碳”目标；气候变化；水利行业

变化环境下的径流演变与影响研究：回顾与展望

徐宗学1, 2，姜 瑶3

(1. 北京师范大学 水科学研究院，北京 100875； 2. 城市水循环与海绵城市技术北京市重点实验室，北京 100875；3. 南昌大学 建筑工程学院，江西 南昌 330031)

摘要: 气候变化和人类活动影响下的流域水循环过程发生了深刻的变化，认识和把握变化环境下的流域径流变化规律及演变机理成为当前水文科学研究领域的热点和难点问题。归纳和总结了近十几年来的相关研究成果，从流域径流演变特征识别、流域径流变化归因分析、变化环境下流域径流模拟、未来气候变化背景下的径流响应规律及其预估4 个方面梳理了流域径流演变相关研究的主要内容、方法及其进展，并就当前研究中的难点和不足，提出今后在径流演变特征的认识、径流影响因素定量化、径流模拟及其不确定性度量等方面亟待深入开展研究的工作。

关键词：径流；气候变化；演变特征；归因分析；不确定性

黄河源区水源涵养有关问题探讨

田世民1, 2, 3，韩 冰1, 2, 3，梁 帅1, 2, 3，王弯弯1, 2, 3，曹永涛1, 2, 3

(1. 黄河水利科学研究院，河南 郑州 450003； 2. 河南省黄河水生态环境工程技术研究中心，河南 郑州 450003；3. 河南省黄河流域生态环境保护与修复重点实验室，河南 郑州 450003)

摘要: 黄河源区是黄河流域重要产水区和水源涵养区，在气候变化和人类活动双重胁迫下，黄河源区各类型生态系统发生了显著变化，影响了源区水源涵养功能。在总结前人研究的基础上，阐述了水源涵养的概念和内涵，系统梳理了黄河源区水源涵养主体的变化过程，论述了水源涵养功能对水源涵养主体变化的响应特征，分析了黄河源区未来水源涵养能力演变所面临的形势，并基于此提出了黄河源区水源涵养能力提升的对策与建议。可为黄河源区水源涵养相关研究的进一步开展及其水源涵养能力提升提供支撑。

关键词：黄河源区；水源涵养；演变特征；提升对策

黄河流域水土资源联合配置技术框架

秦天玲1, 2，吕锡芝3，刘姗姗1, 2，王建伟3，李晨昊1, 2，冯贱明1, 2

(1. 中国水利水电科学研究院，北京 100038； 2. 流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 100038； 3. 黄河水利委员会黄河水利科学研究院，河南 郑州 450003)

摘要: 黄河流域生态保护和高质量发展上升为重大国家战略，对黄河流域水土资源配置提出了新要求。随着气候变化和人类活动的影响，黄河流域面临水资源总量不足、水土资源空间不匹配、水沙异源和生态用水用地矛盾突出等问题。在分析黄河流域水土资源所面临问题及成因的基础上，以山水林田湖草整体保护、系统修复和综合治理为导向，基于已有水土资源要素数据和精密监测获取的数据，识别黄河流域水土资源演变规律及生态关键阈值，构建基于水土资源高效利用与保护的黄河流域水土资源联合配置模型。本研究旨在规范黄河流域水土资源开发，为黄河流域生态保护和高质量发展提供技术支撑。

关键词：黄河流域；水土资源；联合配置；技术框架

变化环境下的水源涵养能力评估研究进展

贾雨凡1, 2, 3，杨勤丽4，胡非池4，鞠 琴1，王国庆2, 3, 5

(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. 长江保护与绿色发展研究院, 江苏 南京 210098； 4. 电子科技大学 资源与环境学院, 四川 成都 611731； 5. 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: 水源涵养功能属于生态学与水文学的交错领域，是近年来的研究热点。水源涵养功能包涵广泛，水源涵养能力是针对不同区域特点和具体研究对象对水源涵养功能的量化评估。将水源涵养能力定义为一个区域的最大持水能力，与区域的气候、土壤、植被等因素有关，并且由区域持或蓄的水量应能够补给地表或地下水，为区域的工农业发展提供相对稳定的水源，讨论了区域水源涵养能力的组成和影响因素，分析了变化环境下气候条件和人类活动对水源涵养能力的影响。此外，水源涵养能力表征在干旱区和湿润区有所不同。基于上述观点，总结了水源涵养能力的评估方法及其适用条件与优缺点，并在此基础上，进一步讨论了水源涵养能力评估的研究方向，以期为生态水文学发展和环境治理提供科学参考。

关键词：变化环境；水源涵养；影响因素；评价方法

黄河源弯曲河流的河段尺度横向冲淤特征研究

文 杰1，李志威2，陈 帮1，胡旭跃1

(1. 长沙理工大学 水利与环境工程学院，湖南 长沙 410114； 2. 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: 弯道横向迁移是弯曲河流周期性演变的主要特征，也是横向冲淤的累积性结果。为认识弯曲河流年际时间尺度下的河岸迁移规律，2018—2020 年在黄河源麦曲和兰木错曲河段开展了连续3 年的无人机航测。通过影像后处理技术生成高精度地形，对河段尺度的河岸迁移和弯道冲淤特征进行探讨。结果表明：边滩的淤积外延驱动边滩-凹岸宽度的变化，所以弯道河宽变化值超过0.1B（B 为河宽）的河段总是位于弯顶段。两个弯曲河段凹冲凸淤特征明显，凹岸侵蚀峰值与凸岸淤积峰值在弯道出口段呈对称分布。麦曲河段的凸岸边滩冲淤共存，但整体淤长，凹岸岸线的冲退宽度反映了河岸侵蚀状况。

关键词：弯曲河流；横向冲淤；河段尺度；点边滩；无人机航测

近50年伊洛河流域径流演变归因分析

倪用鑫1, 2，余钟波2，吕锡芝1，马 力1，张秋芬1，王建伟1

(1. 黄河水利委员会黄河水利科学研究院 河南省黄河流域生态环境保护与修复重点实验室，河南 郑州 450003；2. 河海大学 水文水资源学院，江苏 南京 210098)

摘要: 流域尺度的径流变化反映了气候和人类活动的综合影响，然而目前伊洛河流域径流演变的量化归因尚不明晰。基于Budyko假设构建解析径流变化归因的模型，量化评估径流对各环境因素变化的敏感性系数，定量揭示各因素对径流变化的贡献。结果表明，1970—2018年间，伊洛河流域径流显著下降（α=0.05），且在1991年发生突变，突变后径流减少了46.43 mm（34.32%）。径流变化对降水、潜在蒸散发和下垫面参数的敏感性系数分别为0.42、−0.18 和−78.36，即降水每增加1 mm将导致径流增加0.42 mm，潜在蒸散发量每增加1 mm将导致径流减少0.18 mm，下垫面参数每增加1 个单位将导致径流减少78.36 mm。气候变化和人类活动对径流变化的贡献率分别为42.60%和56.36%，人类活动引起的下垫面变化是径流变化的主要原因，其中植被变化是下垫面变化的主导因素。研究结果可为流域径流演变归因和水资源管理规划提供理论支撑。

关键词：径流演变；归因分析；Budyko 假设；伊洛河流域

永定河三家店以上流域径流减少归因分析

彭 弢1，贾仰文1，牛存稳1，刘 欢1，KHU Soon-Thiam2

(1. 中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 100038； 2. 天津大学 环境科学与工程学院，天津 300350)

摘要: 20世纪70年代以来，永定河流域径流特征发生了巨大变化，下游常年处于断流状态。根据1956—1991年及2006—2018年永定河三家店以上流域各站的气象与水文数据，利用M-K检验和小波分析方法分析了永定河流域的气象要素及径流变化趋势，利用双累积曲线和基于Budyko假设的弹性系数法进行了径流减少归因分析。结果表明：①1956—2018年间永定河流域的降雨无明显增加或减少趋势，气温有显著上升趋势，蒸发能力略有下降，径流减少非常明显，达到99.9%置信水平。②永定河流域大部分站点的降雨和径流变化存在大概11或23 a的波动周期。③永定河10个水文站的降雨-径流双累积曲线均发生了2~4次较为明显的偏移，在20 世纪的60年代中期、70年代初期、80年中期和90年代初期都发生了偏向径流的偏移，这表明在降雨量水平未发生明显变化的情况下，径流减少了。④永定河流域是强人类活动区域，弹性系数绝对值依次为：降水>下垫面参数>蒸发能力，人类活动对径流减少的平均贡献率约为95%。

关键词：永定河流域；气候变化；趋势分析；径流变化；归因分析

层结环境下刚性植被群对异重流影响的数值模拟

谢晓云，韩东睿，林颖典

(浙江大学 海洋学院，浙江 舟山 316000)

摘要: 利用FLUENT软件模拟了层结环境下开闸式异重流通过刚性植被群的演变特性，使用二维大涡模拟，并结合用户自定义函数加入植被阻力效应，对异重流的头部速度、瞬时卷吸常数、势能转变，动能剖面变化等与环境水体层结度、植被群高度的关系进行相关分析。结果表明：层结环境会使异重流头部后期产生中性层入侵，但植被的存在会抑制此现象；在运动初期，异重流在低层结度环境时的头部速度比在高层结度环境的大，经过转变点，此趋势相反，而植被的存在会延迟这个转变点的出现，且转变点的出现随植被高度的增加而滞后；层结环境和植被都会抑制异重流的卷吸，但当这两种因素同时存在时，植被对异重流掺混抑制的影响起主要作用。异重流运动过程中，势能早期主要用于维持异重流前进，经过转变点后，大部分势能主要被不可逆掺混消耗，且植被和层结环境会将这个转变点提前。相同层结环境下，植被越高，异重流与环境流体间不可逆掺混引起的背景势能越不占优。层结环境会抑制断面处动能的多次波峰现象，但植被会促进该现象的发生。

关键词：异重流；刚性植被；层结环境；势能转变；动能峰值

铝酸盐水泥对粉煤灰基地聚合物性能影响探究

王亚民1, 2，胡少伟3，范向前2，娄本星2，姚丽琴4，胡登兴4

(1. 交通运输部天津水运工程科学研究所，天津 300456； 2. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 3. 重庆大学 土木工程学院，重庆 400045； 4. 宁夏青龙管业集团股份有限公司，宁夏 银川 750004)

摘要: 为探讨铝酸盐水泥对粉煤灰基地聚合物性能的影响规律，用掺量分别为0、2%、4%、8%和12%铝酸盐水泥代替粉煤灰，运用SEM、XRD、FTIR 与TG等测试方法，对复掺铝酸盐水泥的地聚合物进行微观机理探究；开展流动度试验、凝结时间与抗压强度试验，对复掺铝酸盐水泥的地聚合物进行宏观性能分析。结果表明，当铝酸盐水泥掺量从0增长到12% 的过程中，C-S-H凝胶含量从2.16%增长到8.10%，富铝凝胶含量从55.22%增长到74.60%，增大铝酸盐水泥掺量，流动度从22.4 cm降低到21.5 cm，初凝时间从622 min减小到106 min，终凝时间从740 min减小到125 min，抗压强度从27.7 MPa增长到70.78 MPa。因此，复掺铝酸盐水泥有利于生成更多的C-S-H凝胶和富铝凝胶，C-S-H凝胶具有更大的生成速率，降低了地聚合物工作性能，增大了地聚合物抗压强度，丰富了地聚合物性能的提高方法。

关键词：粉煤灰基地聚合物；铝酸盐水泥；微观机理；抗压强度

土体强度的空间分布形式对单桩承载力的影响

杨 剑1，黎 冰2，鲍安琪2，陈 宁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: 土体参数可能服从不同类型的分布，而在考虑土性空间变异性的桩基础承载特性的研究中一般将随机变量假定为服从对数正态分布。以土体的不排水强度为随机变量，考虑不同的变异系数和相关距离，采用随机有限元法分别模拟了竖向和水平向荷载作用下单桩基础的承载性状，对比分析了土体不排水强度分别服从对数正态分布、Beta分布和Gamma分布条件下单桩的承载力均值和标准差。结果表明，土体强度的分布形式对单桩竖向承载力的均值没有影响，而服从对数正态分布的随机场中单桩水平承载力均值最大，服从Beta分布的随机场中单桩水平承载力均值最小；竖向荷载和水平荷载作用下Beta分布得到的承载力标准差均为最大。当地基土强度空间分布形式未知时，建议采用Beta分布确定单桩承载力。

关键词：空间变异性；桩基础；非高斯随机场；不排水强度

考虑封闭气体影响的边坡稳定系数计算

何玲丽，田东方

(三峡大学 水利与环境学院，湖北 宜昌 443002)

摘要: 强降雨导致边坡封闭气体压力的产生，对边坡稳定产生不利影响。现有研究主要考虑封闭气体对入渗的影响，以及当边坡沿湿润锋面滑动时气压对稳定系数的影响。基于封闭气压理论和Green-Ampt模型，建立了同时考虑坡角和气压影响的边坡入渗模型；然后，基于Mohr-Coulomb强度准则和刚体极限平衡法，考虑气压对潜水面之下土体有效应力的降低效应，构建了无限边坡沿潜水面之下的直线滑面滑动时的稳定系数计算模型。最后，通过算例研究了气压力对边坡稳定系数的影响及当滑面位于不同位置时边坡稳定系数的变化规律。结果表明：气压力可显著降低边坡稳定系数；摩擦角越大，黏聚力、滑面深度和坡角越小时，气压力影响越大；降雨入渗过程中，边坡最危险滑面可能位于潜水面之下的直线滑面。

关键词：边坡；稳定系数；封闭气压；入渗模型

“踩脚印”工况下自升式钻井平台桩靴结构优化

贺林林1, 2, 3，杨 柳2, 3，冯楚杰2, 3，梁 越1, 2, 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. 重庆交通大学 河海学院，重庆 400074)

摘要: 为了降低自升式钻井平台在旧桩坑附近插桩时可能产生的工程风险，开展了一系列桩靴结构型式的优化研究和对比分析，提出六孔莲蓬形桩靴、平底桩靴、内凹形桩靴3种新型桩靴结构型式。首先借助CEL分析方法研究了上述桩靴结构在偏心距为0.5D的“踩脚印”贯入过程中桩靴-地基土体相互作用机制、受扰动土体的塑性变形水平范围及桩靴倾斜角和桩腿偏移距等与传统桩靴结构的差异，并采用有限元法及规范计算法对比分析了桩靴结构承载特性，最后评估了上述桩靴结构在成层土地基插桩过程中发生穿刺事故的风险。结果表明，相同“踩脚印”工况下，提出的3种新型桩靴结构产生的水平滑动力、桩腿顶部弯矩峰值相较于传统纺锤形桩靴结构降低值依次分别为32.59%、22.47%、28.18% 和26.32%、12.88%、18.02%。可见，3种新型桩靴结构型式均能较好地降低桩靴“踩脚印”过程中产生的不利影响，其中六孔莲蓬形桩靴降低效果最好，内凹形桩靴次之，但后者结构型式更为简单，制作方便。其次，若考虑降低桩靴贯入对邻近导管架平台的影响，六孔莲蓬形桩靴结构因对周围土体扰动影响最小而效果最佳。若考虑桩靴在成层土或不连续贯入插桩作业时发生穿刺事故的可能性，当施加相同的稳定荷载并插桩到相同深度时，平底桩靴发生穿刺事故的可能性更小。

关键词：“踩脚印”工况；新型桩靴；VHM 曲线；桩靴倾斜角；桩腿偏移距

基于不同信息程度攻击下的长距离输水系统抗毁性研究

杨元媛1，李 港2，黄廷杰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. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029)

摘要: 综合运用图论和复杂网络理论，构建了长距离输水系统网络拓扑结构图，选取破坏效率较高的节点攻击，分别在输水系统网络拓扑结构信息未知、部分已知和全部已知的情况下展开随机攻击、条件攻击和蓄意攻击，进行了3种攻击策略下输水系统抗毁性的仿真试验，并在网络拓扑结构信息完全获取的情况下采用度、介数和接近中心性3种特征参数量化节点重要性，分析了输水系统对不同节点重要度参数的抗毁性响应。研究结果表明：不同攻击策略下的破坏效率呈现为蓄意攻击>条件攻击>随机攻击，对拓扑网络结构的信息获取程度越大，攻击效率越高；完全信息攻击下的输水系统抗毁性受节点的介数影响较大，受节点的度影响较小。本研究可为长距离输水系统的重要设施识别及保护提供理论支撑。

关键词：复杂网络；长距离输水系统；攻击策略；抗毁性

并行电法探测水库坝肩渗漏

夏玉立1，江晓益2, 3, 4，谭 磊2, 3, 4

(1. 浙江省水利发展规划研究中心，浙江 杭州 310019； 2. 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； 3. 浙江广川工程咨询有限公司，浙江 杭州 310020； 4. 浙江省水利防灾减灾重点实验室，浙江 杭州 310020)

摘要: 土石体混合结构是水库大坝防渗主体的重要形式，但散粒体填筑料之间及与相邻建筑物之间的结合部位常常是隐患的多发区域，其中水库大坝接触带渗漏表现得最为普遍且诊断难度较大。为探究并行电法在探测水库两坝肩岩土接触带及岩基部位渗漏的可行性，通过构建水库坝肩渗漏通道物理模型，利用并行电法的AM采集方式得到视电阻率及反演电阻率剖面图，并结合水库探测实例进行了应用分析。研究结果表明：并行电法技术采集数据反演后得到的图像能较好地反映出模型设置的渗漏通道位置，但因水库坝肩岩土体的异型结构，视电阻率剖面对坝肩低阻区反应灵敏度不高，反演电阻率剖面仍存在较高的体积效应。青山水库坝肩渗漏探测结果与钻探验证结果一致，这表明并行电法可为探查坝肩渗漏隐患提供新的技术手段。

关键词：并行电法；坝肩渗漏；物理模型；电阻率剖面；电阻率反演

混凝土坝坝体渗漏水下修复处理及效果评价

李 铮1，李宏恩1，张安富2，刘定忠2

(1. 南京水利科学研究院， 江苏 南京 210029； 2. 云南龙江水利枢纽开发有限公司，云南 芒市 678400)

摘要: 混凝土坝坝体渗漏会影响大坝的安全性和耐久性，以云南龙江水电站大坝坝体渗漏水下修复处理为背景，详细介绍修复处理过程并对处理效果进行评述。为探明坝体入渗点部位，首先采用温度测试法初步查找渗漏范围，再采取水下扩大检查的方式明确渗漏点具体位置。通过水下检查最终确定9#坝段832.00 m和816.00 m、10#坝段830.00 m和808.00 m层间缝混凝土存在质量缺陷，为坝体渗漏通道的主要入渗点。然后，采用水下处理的方式进行坝体修复，从源头对入渗点进行封堵，坝体经修复处理后，渗漏量由近年来最大值74.85 L/s降低至正常蓄水位下渗漏量仅6.04 L/s，处理效果较好。从坝体渗漏水下检查情况来看，层间缝是混凝土坝坝体渗漏的主要通道。层间缝是贯穿于坝体浇筑全过程的施工缝，应在施工过程中加强质量控制，以保证各层混凝土之间的充分结合。所采用的渗漏水下修复处理技术可有效解决坝体局部渗漏缺陷问题，可供类似工程借鉴。

关键词：混凝土坝；坝体渗漏；水下处理；层间缝；龙江水电站

多次加-卸载条件下考虑颗粒破碎的钙质砂一维压缩特性研究

龙 蛟1，顾琳琳1，王 振2，CHENG Chen3

(1. 南京理工大学 理学院，江苏 南京 210094； 2. 南京理工大学 机械学院，江苏 南京 210094； 3. Glasgow International College，University of Glasgow，Glasgow G12 8QQ，Scotland)

摘要: 南沙群岛附近海域钙质砂多为珊瑚礁碎屑，是一种未胶结的疏松松散颗粒聚集体，颗粒极易产生破碎。为研究钙质砂颗粒破碎特性对其压缩特性的影响，对钙质砂开展多次加-卸载条件下的一维压缩试验，采用相对破碎率为度量指标，评价钙质砂在多次加-卸载过程中颗粒破碎情况；根据试验数据得到反复加-卸载过程中砂样的塑性功，通过建立塑性功与相对破碎率的关系，探讨颗粒破碎对钙质砂一维压缩特性的影响。研究表明：颗粒破碎率随压力的增大而显著增大，颗粒破碎过程具有明显的应力历史依赖性，随着反复的加-卸载，颗粒破碎率的增幅越来越小；同时钙质砂的颗粒破碎率与塑性功呈幂函数关系，且随着塑性功的增加，颗粒破碎率的变化率逐渐减小。

关键词：钙质砂；多次加-卸载；侧限压缩试验；颗粒破碎；塑性功