水利工程白蚁防治研究进展

高长胜^{1, 2, 3}，刘成栋^{1, 2, 3}，孟颖^{1, 2, 3}，沈光泽^{1, 2, 3}

(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； 3. 水利工程动物堤害隐患防治研究中心，江苏 南京 210029)

摘要: 白蚁是一种主要的害堤动物，一直是水利工程安全运行的重大隐患，经济社会的发展和复杂环境的变化对白蚁防治提出了更高的要求。梳理了水利工程白蚁防治中预防、探查、处置三个环节的研究进展，阐述了白蚁防治关键技术的基本原理、适用场景及应用效果；回顾了白蚁监测预警技术的发展过程，介绍了技术原理、系统架构和功能实现；总结了白蚁综合防治技术的实践及探索，探讨了现阶段白蚁防治技术的适用性和局限性。在此基础上提出了对白蚁习性规律、白蚁蚁巢精准探测、白蚁智能监控预警、堤坝动物危害风险评估、白蚁防治综合治理及体制机制建设等研究方向的思考，为促进白蚁防治更加精准高效、绿色智能提供借鉴。

关键词：水利工程； 白蚁防治； 监测预警； 综合治理； 对策展望

堰塞体漫顶溃决溃口冲蚀特性试验研究

成泽霖^{1, 2}，夏云峰¹，徐华¹，吴道文¹，闻云呈¹，刘祺¹

(1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 2. 河海大学 港口海岸与近海工程学院，江苏 南京 210098)

摘要: 针对堰塞体漫顶溃决室内试验中库容普遍过小的现状，开展了较大库容下堰塞体漫顶溃决试验，观测分析了溃口冲蚀特性和演化规律。研究结果显示堰塞体漫顶溃决的冲蚀过程可分为初始阶段、加速冲蚀阶段和减速冲蚀阶段，各阶段动力特性和冲蚀特性均有显著差异。初始阶段冲蚀特性表现为局部跌坎的溯源冲刷，加速冲蚀阶段为全断面高速下切，减速冲蚀阶段为上游冲刷下游淤积。溃决期间侵蚀速率峰值出现在溃决加速阶段，同时溃口流量峰值总是滞后于侵蚀速率峰值。初始坡比1∶3条件下，在初始阶段与减速冲蚀阶段堰塞体下游坡面坡度持续变缓，在加速冲蚀阶段则先变陡后变缓；坝顶坡度在初始阶段变陡，在加速冲蚀阶段和减速冲蚀阶段不断变缓。冲刷历时方面，上游入库流量变化对初始阶段历时存在较大影响，但对加速冲蚀阶段和减速冲蚀阶段影响较小。初始阶段泄流槽内局部抗冲刷能力较强的材料会阻碍溯源冲刷发展，对该阶段历时产生一定影响。研究结果有助于深入认识堰塞体漫顶溃决机制，并为相关防洪减灾工作提供参考。

关键词：堰塞坝； 库容； 冲蚀特性； 宽级配材料； 溃决历时； 纵向形态演化

杭州湾北岸嘉兴港溢油扩散连续工况法数值模拟

李燃¹，许雪峰^{1, 2}，宋泽坤¹，杨万康¹，袁行知¹

(1. 海洋工程勘测设计研究院 自然资源部第二海洋研究所，浙江 杭州 310012； 2. 自然资源部海洋空间资源管理重点实验室，浙江 杭州 310012)

摘要: 为科学评估港区溢油事故的影响，以嘉兴港乍浦港区码头航道发生溢油事故对周边环境敏感区影响为例，应用MIKE21软件，基于拉格朗日“油粒子”理论并考虑溢油入海后不同过程影响构建平面二维数值模型，采用连续工况法设计5 200组工况对该地区水文气象及溢油条件的组合工况实现全覆盖，得到溢油72 h油膜扩散状况，并将周边主要敏感目标区域按照溢油风险指数计算结果进行区域划分。研究结果表明：连续工况相比随机工况更具有地域典型性和非偶然性，连续工况下溢油海上扩散影响统计面积最高达2 547.0 km²；九龙山重要滨海旅游区、海盐农渔业区和杭州湾湿地海洋保护区属于高风险区，受该地区航道溢油事故油膜影响大，其他敏感目标所受影响程度随油膜扩散距离而不同。

关键词：水动力模型； 溢油扩散； 敏感区； 风险预测； 嘉兴港区

涉水桥群对河道水动力累积影响概化研究

李阳帆¹，吕馨怡²，徐 华¹，王晓俊¹，杜德军¹

(1. 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； 2. 江苏省水利工程规划办公室，江苏 南京 210029)

摘要: 涉水桥梁的高密度建设可能对河道产生一些不利影响。为探究桥群对河道水动力的累积影响，通过建立平面二维水动力学模型分析平原河道中桥群建设前后河道壅水高度、流速等水动力特性的变化，得到河道水动力对桥梁数量、桥梁距离的响应关系。结果表明：桥群会对上游河道形成桥前壅水和墩前冲高，墩前冲高远大于桥前壅水，冲高影响在距桥群上游8倍墩宽的距离时几乎消失；河道水动力累积影响随桥群数量的增加而显著增加；当桥梁之间距离超过160倍墩宽时，累积影响几乎消失。因此，在桥梁建设中需合理设置桥梁数量、桥梁间距以减小桥群的累积影响。

关键词：桥群； 水动力； 桥梁间距； 累积影响

沿海地面沉降对风暴潮作用下洪水淹没影响的析因试验

黄光玮¹，郭成超¹，蔡华阳¹，田雨²，赵铜铁钢¹

(1. 中山大学 南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海），广东 珠海 519000； 2. 中国水利水电科学研究院 水资源研究所，北京 100038)

摘要: 地面沉降会加剧沿海地区潮灾风险。基于验证良好的MIKE 21水动力模型预测珠海市未来地面沉降和风暴潮影响下洪水淹没情况，引入并设计析因试验以量化地面沉降和风暴潮对洪水淹没的单独效应、主效应和交互效应。结果表明：珠海市地面沉降在平沙镇东北至白蕉镇西南呈条带状分布，对洪水淹没存在空间“放大效应”。地面沉降和风暴潮交互作用会加剧鸡啼门水道和泥湾门水道两侧洪水向内陆演进的趋势；与内陆相比，沿岸农田和水产养殖区的淹没对地面沉降更为敏感。交互作用时两个因素的单独效应均增强，二者对洪水淹没存在正向协同交互作用。未来100年地面沉降情景下，地面沉降主效应约为风暴潮主效应的1.11~29.49倍，这表明地面沉降在淹没效应中占主导地位，在预测未来风暴淹没时须考虑地面沉降的影响。

关键词：地面沉降； 风暴潮； 洪水淹没； 析因试验； MIKE 21

甬江流域鄞州平原区极端洪水对暴雨的响应特征

徐羽^{1, 2}，傅维军³，赵艳³，王宗志¹

(1. 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； 2. 宁波大学 地理与空间信息技术系，浙江 宁波 315211； 3. 宁波市鄞州区水利局，浙江 宁波 315513)

摘要: 为深刻揭示变化环境下甬江流域鄞州平原区雨洪关系特征，以姜山水文站为例，基于1962—2021年逐日降水和水位观测资料，利用分位数扰动法和极端降雨水位时变相关模型，从扰动过程和时变关系两个方面，探讨了水位对极端暴雨的响应特征演变趋势。结果表明：近60年姜山水文站年最大1、3d降水量和年最大水位均呈显著上升趋势，变化倾向率分别为8.39 mm/10 a、12.66 mm/10a和0.67 m/10 a；年最大1、3d降水量和最大水位均呈现相似的阶段性扰动特征，即1960—1984年以负扰动为主，1985—2012年扰动强度较为平稳，2013—2021年为显著扰动；在选用的12个模型中，Time-varing Normal、Time-varing Rotated Gumbel、Time-varing Symmetrized Joe-Clayton等3个动态时变响应模型能更好地拟合极端洪水对暴雨的响应。总体上，年最大水位对年最大3d降水量的响应以1990s—2000s为高值期，呈现先升后降的阶段性特征。研究结果可以加深城镇化对雨洪关系影响机制的认知，也可供区域洪涝灾害预警和预测参考。

关键词：极端降雨； 水位； 扰动； 动态时变相关； 甬江流域

基于热传递减法集对势的区域水资源承载力评价

吴啸骎¹，吴成国^{1, 2}，秦广虎¹，杨振龙¹，赵齐雅¹，金菊良^{1, 2}

(1. 合肥工业大学 土木与水利工程学院，安徽 合肥 230009； 2. 合肥工业大学 水资源与环境系统工程研究所，安徽 合肥 230009)

摘要: 为有效评估区域水资源承载力系统演变特征并诊断脆弱性影响因素，引入物理学热传递思想，在集对分析传统减法集对势基础上进一步深化确定性项和不确定项之间的势差概念，构建了基于热传递减法集对势的区域水资源承载力评价方法，并应用于安徽省江淮丘陵区。结果表明：2011—2018年安徽省江淮丘陵区除合肥市外，其余地市水资源承载力水平整体有所改善，合肥市水资源承载力等级较低；人均水资源量、产水模数、生态用水率等因素是影响安徽省江淮丘陵区水资源承载力变化的重要脆弱性因素。整体而言，本文计算分析结果与传统减法集对势及半偏减法集对势计算结果基本一致，这表明构建的基于热传递减法集对势的水资源承载力评价方法计算结果合理有效，且丰富和发展了集对势的内涵，可为开展区域水资源承载力评价及脆弱性因素识别提供新的研究途径。

关键词：水资源承载力评价； 减法集对势； 热传递减法集对势； 江淮丘陵区

动态差异度系数在淮北平原水资源承载力评价中的应用

刘凌¹，陈浩¹，周戎星¹，王平²，金菊良¹，袁康¹，葛瑞敏¹

(1. 合肥工业大学 土木与水利工程学院，安徽 合肥 230009； 2. 陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安710001)

摘要: 为科学有效地评价区域水资源承载力，基于现有动态差异度系数的相关研究，充分挖掘评价样本与等级标准之间的不确定性信息，推导出随样本值变化而变化的差异度系数计算式，构建了基于动态差异度系数的四元联系数值法的区域水资源承载力定量评价方法。该方法在安徽省淮北平原的应用结果表明：2015—2019年安徽省淮北平原六市水资源承载状况均处于2级临界可载与3级临界超载之间，说明水资源承载状况较差；联系数值法得出的评价结果与级别特征值法、四元减法集对势基本相同，联系数值法较其他两种方法更客观，灵敏度更高；联系数值法可准确判断集对系统的发展趋势，为解决水资源、水环境等领域类似评价提供参考。

关键词：水资源承载力； 动态差异度系数； 联系数值； 减法集对势； 淮北平原

基于决策树C5.0的水库防洪调度研究

王君诺¹，马晓超¹，王昊²，刘艳丽^{3, 4, 5, 6}，李新宇²，李淑贤²，刁艳芳²

(1. 水发规划设计有限公司，山东 济南 250000； 2. 山东农业大学 水利土木工程学院，山东 泰安 271018； 3. 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； 4. 长江保护与绿色发展研究院，江苏 南京210098； 5. 水利部应对气候变化研究中心，江苏 南京 210029； 6. 河海大学 水安全与水科学协同创新中心，江苏南京 210098)

摘要: 水库是一种重要的防洪工程措施，科学的水库防洪调度方式是实现水库设计效益的关键。鉴于常规调度和优化调度存在的不足，以山东省跋山水库为研究对象，提出并评估了一种利用决策树C5.0算法制定水库防洪调度规则的新方法。首先，在根据实测洪水数据构建跋山水库新安江模型的基础上，采用暴雨资料进行洪水模拟；然后，以最大削峰准则为目标进行模拟洪水的优化调度；最后，由跋山水库优化调度方案生成洪水调度数据集，由决策树C5.0算法提取水库调度规则决策树，据此对4场实测洪水进行调度。结果表明：由调度规则决策树制定的调度方案可行，且比实测调度方案更优。以决策树算法制定水库调度规则的过程，可为水库实时防洪调度提供决策支持。

关键词：新安江模型； 洪水模拟； 防洪优化调度； 调度规则决策树

广东省北江流域防洪体系与布局优化

秦民^{1, 2, 3}，李臻²，刘正风^{2, 4}，陈志和³，刘志敏¹，郑泳¹

(1. 广东省水利水电科学研究院，广东 广州 510635； 2. 水利部水利水电规划设计总院，北京 100120； 3. 中山大学 土木工程学院，广东 珠海 519082； 4. 福建省水利水电勘测设计研究院有限公司，福建 福州 350001)

摘要: 结合广东省水网建设规划中的“江河安澜防洪保安网”，重点针对北江流域“22·6”特大洪水暴露出的现状防洪体系与布局的短板、弱项，在分析评估北江流域（思贤滘以上）现状防洪体系与布局的基础上，结合设计水文计算成果及骨干水库调洪计算、飞来峡水利枢纽动态库容调洪计算等分析成果，提出了“防、管、控”三位一体系统治理的北江流域防洪（潮）治理思路及“调蓄、拦挡、蓄滞、分洪、畅泄”多功能、有韧性、相融合的防洪体系与布局。按照治理思路和科学构建现代化水网目标，综合提出了完善、优化北江流域防洪体系与布局的各项具体工程和非工程措施。

关键词：北江流域； 防洪体系布局； 广东水网； “防、管、控”三位一体

海上风电单柱复合筒型基础拖航性能研究

张浦阳¹，王一婷¹，校建东²，高扬¹

(1. 天津大学 水利工程智能建设与运维全国重点实验室，天津 300072； 2. 上海勘测设计研究院有限公司，上海200335)

摘要: 单柱复合筒型基础结合了单桩基础与筒型基础的优点，能有效缩短施工期、降低成本且对环境友好。拖航是单柱复合筒型基础可重复利用、便于运输和安装的关键技术，需对拖航性能进行深入研究，为实际拖航过程提供技术指导。使用MOSES软件建立单柱复合筒型基础水动力模型，对单柱复合筒型基础的拖航过程进行数值模拟。计算结果表明，单柱复合筒型基础拖航性能较好，其运动响应受波浪和浮运条件影响显著，应避免横浪和大浪，且不宜在波浪周期接近基础固有周期时段拖航；通过调整系缆点高度、吃水深度及拖航速度可提升结构拖航稳性。

关键词：单柱复合筒型基础； 波浪； 浮运； 拖航

面向船舶大型化的渤海湾适航客滚船船型尺度研究

高嵩，李响，刘文迪

(交通运输部水运科学研究院，北京 100088)

摘要: 为科学指导渤海湾客滚运输船舶合理大型化，统筹过海运输发展与安全，厘清客滚船大型化发展历程，研判市场需求、企业运营、行业管理等影响因素与供需矛盾。系统梳理客滚运输航线及港口布局特征，分析客滚运输企业及船舶运力结构分布，找准船港航一体化发展需求导向。基于海港总体设计规范中通航基础设施尺度的计算方法，采用逆向工程思维推导船型计算式，匹配调整理论结果、归并数值，提出渤海湾4种客滚船大型化标准船型，确定船舶总长、型宽、满载吃水、吨级等主要参数，研判提出渤海湾30个客滚泊位的大型化船型并开展适用性评价。对引导渤海湾新建省际客滚船标准化、序列化发展，强化船舶适港、适航安全保障性具有技术支撑作用。

关键词：渤海湾； 客滚运输； 标准船型； 大型化； 主尺度

复掺聚合物改性水下不分散浆液的性能研究

戴圣^{1, 2}，徐菲¹，李飞³，韩雪松¹，韦华¹

(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. 江苏省防汛防旱抢险中心，江苏 南京 211500)

摘要: 针对掺入聚丙烯酰胺（PAM）水泥浆液在水工建筑物水下修补时存在的施工性差、水陆强度比偏低的问题，采用外掺占水泥质量5%~25%聚丙烯酸酯乳液（PAE），通过截锥圆模、贯入阻力法、称重法测取水泥流失量和浊度仪测试悬浊物含量测定改性水泥基材料施工性能，研究水陆成型养护条件下PAE和PAM混合改性水泥浆液在3、7和28d时的力学性能，并以扫描电镜（SEM）分析PAE对掺PAM水泥浆液的微观改性机理。结果表明：PAE的掺入可明显改善浆体流动性，延长凝结时间，但对水下抗分散性能有所削弱；显著提高了水泥浆体的抗折和粘结强度，但会导致抗压强度有所降低；聚合物与水泥形成的互穿网络结构、膜填充孔隙区域并与钙矾石（AFt）等水化产物的缠绕包裹，是其力学性能提升的原因；陆上成型养护的水泥试件膜结构更加致密，力学性能更佳。

关键词：聚丙烯酸酯乳液； 聚丙烯酰胺； 水陆成型养护； 水泥浆液； 力学性能

考虑颗粒破碎能耗的堆石料剪胀方程及其应用

蔡新合¹，陈子玉²，李国英²

(1. 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西 西安 710065； 2. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029)

摘要: 堆石料由于粒径较大、颗粒棱角过多，在试验中颗粒破碎现象较为显著。通过分析砂砾料和堰塞料两种堆石料三轴试验结果，在剑桥模型剪胀方程中引入颗粒破碎耗能系数，并结合广义塑性模型的理论框架对两种堆石料的试验结果进行数值验证。结果表明：（1）试验过程中颗粒破碎耗能系数与剪切应变的关系呈先增后减的趋势，可以采用单峰曲线描述其发展规律；（2）引入颗粒破碎耗能系数的剪胀方程可以反映两种堆石料剪胀曲线的非线性特征；（3）考虑颗粒破碎的剪胀方程结合广义塑性模型可以拟合出两种堆石料的应力应变曲线，能够反映其应变硬化和剪缩、剪胀特性。

关键词：剪胀方程； 颗粒破碎； 堆石料； 广义塑性模型

土石坝护坡冻胀破坏水-热-力耦合数值模拟研究

李 卓^{1, 2}，姜 鑫³，张继勋³，赵 昱³，王虞清³，方艺翔¹

(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； 3. 河海大学 水利水电学院，江苏 南京 210098)

摘要: 针对寒区土石坝护坡普遍存在的冻胀破坏问题，选取寒区某土石坝工程为研究对象，结合土石坝工程特点，建立考虑水-热-力耦合作用的有限元计算模型。研究护坡在库水位和坝体填土水分迁移作用下冻胀破坏全过程，分析土石坝温度场、水分场和位移场的变化规律，并将位移场有限元计算结果与实测冻胀变形资料进行对比，验证有限元计算结果。研究结果表明：冻胀作用对坝坡影响深度约为2 m，坝坡浅层0~2 m范围的温度变化受外界气温影响较大，坝体内部温度相对坝坡浅层变幅小，且有一定的滞后性；负温使坝坡浅层孔隙水相变成冰，宏观上表现为未冻水体积分数的降低，坝坡浅层土石混合体孔隙水相变、坝体填土内水分向坝坡迁移和冻结峰面向坝体内部移动是护坡冻胀破坏的主要因素；大坝坝坡计算冻胀量为20~30 cm，最大值为36 cm，计算结果与实测冻胀变形资料吻合；护坡冻胀破坏主要由砂砾料垫层、坝体填土等土石混合体冻胀及冰推力共同作用引起。研究结果可为寒区土石坝护坡设计提供参考。

关键词：土石坝； 护坡； 冻胀破坏； 水-热-力耦合； 寒区

基于WOA-VMD-XGBoost的混凝土坝变形预测

常留红^{1, 2}，李晨玉³，曾子彬^{1, 2}，尹光景³，赵芃芃³，薛雄^{1, 2}

(1. 长沙理工大学 水利与环境工程学院，湖南 长沙 410114； 2. 长沙理工大学 水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室，湖南 长沙 410114； 3. 中国电力建设集团有限公司 中国水利水电第八工程局有限公司科研设计院，湖南 长沙 410004)

摘要: 建立混凝土坝高精准变形预测模型是掌握坝体结构服役性态的关键，而其变形监测数据具有复杂的非线性和非平稳特征，会影响预测模型的精度及泛化能力。针对上述问题，引入鲸鱼优化算法（WOA）和包络熵理论自适应寻优变分模态分解（VMD）参数，根据最佳参数组合多尺度分解变形数据，得到多个不同特征尺度的本征模态函数（IMF）。通过重构分量为新分量，将新分量分别输入极端梯度提升（XGBoost）模型中进行预测，叠加各预测结果得到最终预测值。基于山口岩碾压混凝土拱坝变形监测数据，开展支持向量回归机（SVR）、随机森林（RF）、XGBoost、WOA-VMD-XGBoost等4种模型的精度、泛化能力对比研究。结果表明：相比于单一预测模型，组合模型有效挖掘了变形信号多尺度特征，降低了非线性、非平稳性对模型性能的影响，在精度、泛化能力中表现出更高性能。该组合模型为大坝变形监测提供了理论依据和应用参考。

关键词：混凝土坝； 变形预测； 鲸鱼优化算法； 包络熵； 变分模态分解； 极端梯度提升

大坝安全巡检无人机最优图像采集工况试验研究

魏海东¹，徐世媚²，黄耀英¹，方卫华³，黄译萱⁴

(1. 三峡大学 水利与环境学院，湖北 宜昌 443002； 2. 广东粤电南水发电有限责任公司，广东 韶关 512600； 3. 水利部南京水利水文自动化研究所，江苏 南京 210012； 4. 中南财经政法大学 统计与数学学院，湖北 武汉 430073)

摘要: 为提高大坝安全巡检无人机图像采集的有效性，针对拍摄距离、风速和光照条件三项重要影响因素，基于大疆Phantom 4 Pro无人机开展试验，分别结合图像自适应阈值二值化、无人机位移及深度学习方法对图像的信息提取效果进行评估，从而研究无人机大坝巡检最优的图形采集工况。研究结果表明，在拍摄距离为3 m、单向风速为2.5~4.0 m/s范围内、晴天背阳的光照条件下，无人机悬停能力较好，不会与被拍摄物体表面发生碰撞，且采集的图像质量最佳。优化了无人机图像采集方案，为基于无人机巡视大坝工作提供参考依据。未来可以进一步应用自动化巡检系统、传感器技术和智能飞行控制算法，实现无人机在大坝安全巡检中的全面应用。

关键词：大坝安全巡检； 无人机； 拍摄间距； 风速； 光照

基于M-DBT框架的岩质边坡落石跟踪算法研究

高切¹，李登华^{2, 3}，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. 水利部水库大坝安全重点实验室，江苏 南京 210029)

摘要: 边坡落石是一种常见的自然灾害，构建高效准确的落石监测方法对边坡安全监控十分重要。传统基于视频图像的落石监测方法缺乏对落石运动的关注。针对该问题，选取YOLOv5s和DeepSort模型，基于DBT框架，从框架、算法两个层面对模型进行改进，提出了基于M-DBT框架的落石跟踪算法。框架层面，基于Background Matting算法搭建了运动检测器，并融入原有的DBT框架中，依据运动检测结果动态调用落石跟踪算法，提出了M-DBT目标跟踪算法框架，提高了设备算力的使用效率。算法层面，基于CBAM注意力机制、ASPP空间金字塔池化、SIoU损失函数和Swin Transformer网络集成优化了YOLOv5s和DeepSort算法，提高了算法对落石特征的提取能力、预测框的准确率及检测目标ID分配精度。使用自建目标检测和图像分类数据集进行模型训练与试验，试验结果表明：基于M-DBT框架的落石跟踪算法与基于DBT框架的算法相比，能有效减少算力资源消耗（最高可减少21.5%）；改进后的YOLOv5s模型检测精度提高了8.4%，岩块检测准确率最高达87%；改进后DeepSort模型的跟踪精度提升了8.9%，跟踪准确率最高达84%。所提落石跟踪算法能够实现边坡落石的检测与跟踪，具有较强的实用价值。

关键词：边坡稳定； 落石监测； 运动检测； 目标识别； 目标跟踪