变化环境下区域海水入侵数值模拟与影响因素分析

李岱远1，施 睿1，吴永祥1，王高旭1，张 轩1，万永静2

(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. 安徽工业大学 建筑工程学院，安徽 马鞍山 243000)

摘要: 为科学防治海水入侵，保护沿海地区生态环境，以山东省龙口市为例，构建了SEAWAT海水入侵数值模型，通过情景分析法定量评估了海水入侵影响因子，针对性提出了地下水开发利用对策，并预测了未来海水入侵发展趋势。结果表明，构建的数值模型可以准确模拟地下水位时空变化，能反映海水入侵发展变化。模型检验期内地下水位模拟值与观测值的均方根误差、绝对平均误差和平均相对误差分别为0.903 m、0.811 m和8.78%，相应地，氯离子质量浓度分别为51.61 mg/L、41.52 mg/L和9.61%。地下水开采和降水是龙口市海水入侵变化的主要影响因素，其中北马镇等北部沿海地区是地下水管控的重点区域。在现状地下水开采条件下，未来龙口市海水入侵面积总体上呈现减小趋势，到2050年末预计为128.68 km2。沿海地区应考虑丰枯水年变化对地下水可开采量的影响，同时实施分区动态开采管控，能有效防控海水入侵。该研究结果可为海水入侵演变、影响因素识别及沿海地区地下水开发利用等提供参考。

关键词：海水入侵； 地下水水位； 氯离子质量浓度； 地下水开采

嘉兴海域主要污染物环境容量及总量控制研究

刘星璐1，郭江泓2，张亚力2，罗小峰1，路川藤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. 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

摘要: 嘉兴海域近年来海洋生态环境质量明显退化，实施污染物总量控制作为保证海域环境质量的根本措施之一，有助于嘉兴海域污染物的减排与治理工作，保障嘉兴海域可持续发展能力。基于嘉兴临近海域水动力-水质模型与现场监测结果，依据浙江省近岸海域环境功能区划的水质要求，采用响应系数法与线性规划方法，计算了该海域重要排放口的化学需氧量COD、无机氮与磷酸盐环境容量，并针对削减扩容影响的总量控制措施进行计算与评估。结果表明，研究海域COD总环境容量为2.97×105 t/a，仍有较大富余，而无机氮与活性磷酸盐含量均超四类海水水质标准，超过海域无机氮与磷酸盐环境容量。对现有规划进行合理的量化数值模拟，削减措施尽管减少了一部分扩容引起的COD、无机氮与磷酸盐含量的增加，使其保持平稳，但仍需继续优化污水处理能力，减少氮磷营养盐的排放。研究结果可为沿海城市陆源污染物总量控制研究提供科学依据。

关键词：环境容量； 氮磷营养盐； 总量控制； CJK3D-WEM； 嘉兴海域

基于演化四元减法集对势模糊数随机模拟的旱灾风险评估

秦广虎，周亮广，赵齐雅

(合肥工业大学 土木与水利工程学院，安徽 合肥 230009)

摘要: 为有效评估旱灾风险，将五元联系数中的不确定性差异度项分解到偏同差异度项和偏反差异度项上，得到演化四元减法集对势，并对其中的差异度系数进行三角模糊数随机模拟，建立基于演化四元减法集对势模糊数随机模拟的旱灾风险评估模型，并应用于淮南市旱灾风险评估。结果表明：淮南市2008—2017年旱灾风险等级整体处于2~3级，属于弱中险状态，但在2014年后等级呈小幅上升趋势；在旱灾风险评估子系统中，危险性子系统、暴露性子系统和灾损敏感性子系统风险等级均逐渐降低，有向好的发展趋势，而抗旱能力子系统等级逐渐增高；单位面积水资源量、灌溉指数、复种指数、水田面积比和森林覆盖率被识别为主要障碍因子。基于演化四元减法集对势模糊数随机模拟的旱灾风险评估方法包含了五元减法集对势的计算结果，且其计算结果是一个等级置信区间，可综合反映旱灾风险变化的多因素影响、不确定性等特点。

关键词：旱灾风险； 五元联系数； 演化四元减法集对势； 三角模糊数； 淮南市

负压对粉土渗透变形特性影响的试验研究

万景琳1, 2，陈秀良2, 3，江朝华1，张超杰2, 4，陈式华2

(1. 河海大学 港口海岸与近海工程学院，江苏 南京 210098； 2. 浙江省水利防灾减灾重点实验室，浙江 杭州310020； 3. 浙江广川工程咨询有限公司，浙江 杭州 310020； 4. 浙江省水利河口研究院（浙江省海洋规划设计研究院），浙江 杭州 310020)

摘要: 针对潮水涨落或涌潮产生负压作用加剧古海塘粉土渗透变形和破坏的现象，研制了一种可以模拟负压作用影响的水平向渗透变形仪，以此为基础，开展不同负压（0、−3、−6、−9 kPa）、不同粉土干密度（1.40、1.45、1.50、1.55 g/cm3）条件下的渗透变形试验。结果表明：随着干密度增加，临界水力比降增大，抗渗能力增强，负压作用会相应降低临界水力比降并加快粉土的渗透破坏进程。通过分析提出了以现行规范确定的水力比降与流速双对数曲线为主、以渗透出水颗粒分布曲线为必要补充的粉土临界水力比降综合判别法。试验结果可为强涌潮海塘粉土防渗设计与评估提供参考。

关键词：粉土； 渗透变形； 负压； 临界水力比降

根-土复合体岸坡渗流及稳定数值模拟

刘 然1，周 成1，陈 媛1，钟启明2，何 宁2

(1. 四川大学 山区河流保护与治理国家重点实验室，四川 成都 610065； 2. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029)

摘要: 植物护岸中根系力学效应可显著提高岸坡浅层稳定性，但对降雨和水位变化等条件下，根系水力效应与力学效应之间相对关系变化对岸坡浅层稳定性影响的研究较少。采用数值分析方法模拟了岸坡根-土复合体从非饱和到饱和（降雨工况和水位上升工况）、从饱和到非饱和（水位下降工况）过程中根-土复合体水力效应对岸坡渗流场的影响，进一步分析了不同水力特性条件下根-土复合体对岸坡浅层稳定性的影响。模拟计算结果表明：（1）在设定的3种降雨强度下，根-土复合体的优先流入渗作用与降雨强度和降雨时间均呈正相关，而排水作用与降雨强度和降雨时间均呈负相关。在长历时的小降雨或短历时的强降雨情况下，由于降雨影响深度增大，根-土复合体水力效应带来的消极影响占主导地位。（2）在水位下降工况下，根-土复合体排水作用有滞后性，力学效应仍占主导地位；在水位上升工况下，根-土复合体增渗作用随水位上升速率增加而增强，根-土复合体的力学效应逐渐被水力效应所掩盖。研究结果对植物护岸工程应用具有借鉴意义，即使采用植物生态护岸，也应加强坡面排水和坡体排水措施。

关键词：根-土复合体； 优先流； 降雨影响深度； 水位变化； 非饱和土

平原河网地区全库盆土工膜防渗水库膜下排水减压分析

卢 斌1, 2，谭海劲3，张宝森1，何妙妙4，张 宇2，谢兴华2

(1. 水利部堤防安全与病害防治工程技术研究中心，河南 郑州 450003； 2. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 3. 广东省水利电力勘测设计研究院，广东 广州 510635； 4. 苏州市吴中区水务局，江苏 苏州 215200)

摘要: 平原河网地区地下水与河道联系紧密，在地质条件较差或有隔污等要求时建库，常采用全库盆土工膜防渗方案。为了满足土工膜抗浮稳定及防止气胀等问题，通过膜下布设排水管网进行排水减压。依托某引调水工程全库盆土工膜防渗平原水库，采用多孔介质渗流和管道流耦合的地下水流模拟方法，模拟复杂排水管网和库区岩土体共同作用的复合渗流场。通过对比不同排水方案、土层渗透性能等条件下的渗透压力分布表明，正交管网闭合小区内膜下渗透压力从小区中心向四周排水管逐渐降低，闭合小区内减压效果明显，坝脚位置膜下渗透压力明显高于库内区域，需增设坝脚排水管。淤泥质粉细砂层渗透性对膜下渗透压力影响较大，水库低水位运行期间应加强对膜下渗透压力的监测。研究结果可为平原河网地区全库盆土工膜防渗水库工程的渗控设计和安全运行提供参考。

关键词：平原水库； 土工膜； 全库盆防渗； 渗透压力； 排水减压

三维重构反演的土石坝渗漏通道精确识别技术

孙佳易，邓 昌，汤 雷，王海军，温嘉琦

(南京水利科学研究院，江苏 南京 210029)

摘要: 高密度电法是探测土石坝渗漏的主要方法，但对渗漏范围边缘的识别较为模糊，无法分辨低阻识别成因。为了弥补该局限性，提出一种三维重构反演（3D-reconstruction inversion）的渗漏通道精确识别方法：首先布设多条正交于可能存在渗漏通道的2D平行测线并进行高密度电法反演，将反演图简化处理后置于三维模型剖面中，然后利用多条测线探测的低阻区高程推算出浸润线，综合分析确定渗漏位置。结果表明：该方法可以精确检测渗漏位置，确定导致反演中低阻识别的原因，可更加直观地观测渗漏通道走向，有效减少因正常渗流导致的低阻识别误差。

关键词：土石坝； 渗漏通道识别； 三维重构反演； 高密度电法

三角形管球模型的多孔介质渗透系数理论研究

胡君磊1，郑坤灿1，叶宏萌2，李震东1，刘 犇1，邱邢轩1，赵高阳1

(1. 内蒙古科技大学 能源与环境学院，内蒙古 包头 014010； 2. 武夷学院 生态与资源工程学院，福建 武夷山 354300)

摘要: 渗透系数在环境、化工、岩土、水利、油气开采、核反应堆等许多工程领域都是极为重要的参数，然而该参数的理论预测极为困难。渗透系数理论公式较少，很多经验公式又因包含物理意义不明的经验常数导致适用范围狭窄，预测偏差多为1~3个量级。拟通过理论推导建立一个适用范围广、预测偏差小的渗透系数理论计算式。根据渗透材料性质和渗流特性建立了三角形管球渗流模型，假设渗流阻力由管流和球绕流的黏性阻力引起，利用流动阻力理论推导得到渗透系数理论计算式。为验证计算式的准确性，测试了福建省南平市中心城区46个土壤样品的平均渗透系数，还收集了来自文献的11组试验测试数据。结果表明，理论计算结果与文献数据平均偏差为48.74%，与试验数据平均偏差70.21%，偏差低于目前应用较广泛的Kozeny-Carman方程。

关键词：多孔介质； 渗透系数； 渗流模型； Kozeny-Carman方程

新拌固化淤泥流动性测试标准试验研究

王 硕1，黄英豪1, 2，王文翀1，王 淮3，彭广益3

(1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 2. 南京水利科学研究院 河湖库底泥处理与资源化利用研究中心，江苏 南京 210024； 3. 苏州市港航事业发展中心，江苏 苏州 215007)

摘要: 流动性是评判新拌固化淤泥能否进行流动化施工的关键指标，一般采用流动度试验方法。研究流动度测试试验标准是推动新拌固化淤泥流动化施工的重要内容。采用目前主流的3 种流动度测量筒/截锥圆模，研究初始含水比、水泥掺量及水化反应时间对淤泥和新拌固化淤泥流动度的影响，讨论3种流动度测量模具所反映的流动度规律异同及适用性。研究发现：（1）淤泥和新拌固化淤泥流动度具有最大/小值，随着初始含水比的增加呈现S形增长。（2）水泥掺量从0变为50 kg/m3时对流动度影响最大，掺量继续增加流动度变化趋缓；水泥掺量固定时，水灰比和流动度呈现较明显的线性关系；3种流动度测量模具所得的拟合参数变化规律类似。（3）随着水泥水化反应的进行，新拌固化淤泥流动度下降，较高水泥掺量时流动度下降更快。（4）JHS.A 313和GB/T 2419流动度测量筒对初始含水比的变化关联度更强；ASTM D6103流动度测量筒因为其过长的高度，在实际操作中易造成试样倾斜，GB/T 2419测量筒则更容易混进空气，二者均对试验结果产生较大影响，因此推荐使用JHS.A 313流动度测量筒进行淤泥、新拌固化淤泥流动度的研究。

关键词：固化淤泥； 流动性测试； 含水比； 水泥掺量； 水化反应； 灰色理论

基于Copula 函数的水闸变形实时风险率量化模型

陆美凝1，罗 翔2，马福恒2, 3，娄本星2，俞扬峰2

(1. 江苏省洪泽湖水利工程管理处，江苏 淮安 223100； 2. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 3. 水利部水闸安全管理中心，江苏 南京 210029)

摘要: 变形监测数据实时反映了水闸结构性态及所受荷载的特性，若能根据水闸变形监测资料确定其失效风险概率，将得到更可靠的结果。将原位监测资料融入水闸失效概率分析中，提出一种基于Copula 函数的水闸变形实时风险率量化模型，在考虑水闸各部位监测效应量差异性与关联性的基础上，将单测点变形风险率提升为多测点变形风险率，进而实现水闸整体变形风险率的实时量化分析。实例分析表明，模型实现了水闸变形实测效应量与风险率的动态转化，对水闸变形实时风险率进行了整体分析；所得结果符合水闸整体变形风险率变化的基本规律和客观事实，可有效解读工程监测信息和直观反映工程运行性状，可为水闸工程的运行管理和安全监控提供理论依据与技术支撑。

关键词：水闸； Copula 函数； 变形风险； 风险率

基于改进POT模型的混凝土浇筑仓温度双控指标拟定

周俊杰1，樊仕文1，崔卫天2，赵 越1，黄耀英2

(1. 山西大同抽水蓄能有限公司，山西 大同 037400； 2. 三峡大学 水利与环境学院，湖北 宜昌 443002)

摘要: 基于小概率法或最大熵法拟定浇筑仓温度双控指标时对样本数据的极端值保留程度欠缺，而现有文献关于温度双控指标拟定所选取的典型龄期没有明确的物理意义。为避免混凝土浇筑仓温度超过容许最高温度，结合某混凝土坝在高温季节浇筑仓实测温度，采用POT模型拟定了混凝土浇筑仓在绝热温升半熟龄期下的温度双控指标。为了提高结果可靠性，选用基于准则改进的阈值确定方法，并提出了一种改进的POT模型条件概率确定方法。工程实例分析表明：采用改进POT模型与典型小概率法拟定的温度双控指标较为接近，但由于POT模型重点考虑了极端条件下的浇筑仓温度，对极端事件概率下的估计更为准确，由此求出的温度双控指标更合理。此外，选取混凝土浇筑仓在绝热温升半熟龄期作为拟定温度双控指标的典型龄期更利于工程推广。

关键词：温度双控指标； POT 模型； 浇筑仓； 半熟龄期； 小概率法

长期直接剪切作用下钙质砂的颗粒破碎特性研究

钟昊宇，汤 斌，王银川

(桂林理工大学 广西岩土力学与工程重点实验室，广西 桂林 541004)

摘要: 长期直接剪切作用下钙质砂的颗粒破碎特性是影响钙质砂剪切蠕变变形的重要因素。为了探寻钙质砂在长期直接剪切作用下的颗粒破碎特性，在不同应力水平下对具有特定分形维数的钙质砂进行直剪蠕变试验。试验结果表明：钙质砂的剪切蠕变可以分为快速剪切、减速蠕变和稳态蠕变等3个阶段；大粒径组的颗粒相比小粒径组的颗粒更容易被剪切破碎，大粒径组的颗粒破碎后向相邻的小粒径组迁移，且粒径越相近迁移量越大；钙质砂的破碎程度与法向应力和应力水平正相关，但最终的破碎程度由两者共同作用决定；长期直接剪切作用下相对颗粒破碎率和分形维数之间存在线性相关性，法向应力越大相关性越好；相对颗粒破碎率与输入总功之间呈双曲线关系。

关键词：钙质砂； 剪切蠕变； 颗粒破碎； 分形维数

基于广义塑性理论框架的堆石料变形计算

蔡新合1，朱雨萌2, 3，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； 3. 河海大学 土木与交通学院，江苏 南京 210098)

摘要: 堆石料是土石坝工程中承受水压力的主要载体，构建合理描述其力学特性的本构模型对预测高土石坝坝体应力与变形具有重要意义。根据三轴排水试验结果，建立描述堆石料强度和剪胀特性的应力表达式；在分析流变和湿化试验结果的基础上，建立流变和湿化变形的流动准则，并构建流变和湿化模量表达式，从而在广义塑性框架内建立能够统一计算堆石料加载、流变和湿化变形的计算方法。通过模拟堆石料的三轴排水、流变、湿化及三轴流变湿化组合等试验资料验证了该方法的合理性。

关键词：广义塑性模型； 堆石料； 流变变形； 湿化变形

长江安徽段河道冲刷特征及江砂资源变化趋势

肖晨光1，张 肖2，刘东风3，孙玉明1

(1. 安徽省（水利部淮河水利委员会）水利科学研究院 安徽省水科学与智慧水利重点实验室，安徽 合肥 230088；2. 安徽省水利厅，安徽 合肥 230022； 3. 安徽省长江河道管理局，安徽 芜湖 241003)

摘要: 为了解新水沙形势下长江安徽段河道冲刷特征及江砂资源变化趋势，通过对长江安徽段水文泥沙测验资料、长程水道地形测量资料、护岸工程观测资料、崩岸险段监测资料的研究，分析长江水流输沙、河道冲淤、江岸崩岸等方面的变化。结果显示：长江安徽段河道来沙量大幅减少，2021年安徽长江大通水文站实测年输沙量比多年平均减少71%；长江安徽段河床持续净冲刷，2016—2021年长江安徽段冲刷量达3.375亿m3，年均冲刷量达6 750万m3；安徽长江段崩岸加速发展，崩岸区总长418 km，占安徽长江岸线的37.6%；原规划的可采砂区域已发生严重冲刷，冲刷总量达1 297.1万t，大于年度控制开采总量的640万t。针对研究结果，提出了长江安徽段应当遵循“江砂不上岸”的原则，限制开采江砂资源直至全面禁止开采江砂的建议。

关键词：长江； 安徽江段； 河道冲刷； 江砂资源

支铰与启闭杆对弧形闸门有限元计算影响分析

傅学敏1，鲍 伟2，卢洋亮1，刘亚坤1

(1. 大连理工大学 建设工程学院，辽宁 大连 116024； 2. 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳550081)

摘要: 弧形钢闸门有限元结构计算中对支铰和启闭杆的不同简化处理方式，会造成闸门局部构件应力应变的结果差异，针对此问题，以贵州乌江某水电站溢流表孔三主横梁斜支臂弧形钢闸门为例，通过建立支铰体系间直接约束、创建柱坐标系、节点耦合和设置接触等4种连接方式，以及启闭杆结构直接约束、梁单元和实体单元等3种建模方式，综合对比了各建模方式对闸门静力计算结果的影响，在此基础上对该弧形钢闸门的静动力特性进行评价。结果表明：在支铰间设置接触连接方式的结果更为合理，建立柱坐标系约束及节点耦合方式的结果也较合理；启闭杆设置摩擦接触方法的位移结果更为合理，完全光滑的刚性域法的位移结果偏大，完全绑定的节点耦合方法的位移结果偏小。该工程表孔弧形闸门强度及刚度均满足规范要求，但各运行条件下闸门低阶振动频率与水流脉动主频较为接近。

关键词：弧形钢闸门； 支铰体系； 启闭杆； 静力学分析； 模态分析

基于高分子材质的L型城市应急防洪屏受力分析

王小东1，徐进超2，董 家1

(1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 2. 南京信息工程大学 水文与水资源工程学院，江苏 南京 210044)

摘要: 国内关于高分子材质城市内涝应急防御装备的研究较为少见。采用水槽试验与流固耦合数值仿真相结合的方法，对城市应急防洪屏（以下简称“防洪屏”）的结构受力特性展开研究。结果表明，数值仿真模拟与试验结果吻合较好。随着水深和流速的增大，防洪屏的应力和变形逐渐增大，最大应力位于防洪屏的踵部，最大变形位于挡水面顶部两侧。防洪屏的结构受力系数随着来流弗劳德数的增大快速衰减，当弗劳德数大于0.15后，结构受力系数趋于定值；相对于惯性力，防洪屏承受最大应力的影响因素主要是重力。研究结果可为防洪屏的进一步优化设计提供参考。

关键词：城市应急防洪屏； 水槽试验； 流固耦合