以平陆运河为牵引的西部陆海新通道水运体系和联运模式研究

刘 宁

摘要:平陆运河是西部陆海新通道的骨干工程，承载着国家战略使命，是优化西部大开发格局的关键举措。发挥平陆运河对西部陆海新通道的牵引作用，对提升西部陆海新通道综合效能具有重要意义。要把握时代性、系统性、致用性，持之以恒高标准、高质量推进平陆运河建设；进一步挖掘平陆运河战略价值，完善以平陆运河为牵引的西南水运体系，前瞻谋划运河扩能升级改造；依托智慧化技术优化物流运输，完善西部陆海新通道物流运输组织及调度机制，推动国内国际物流运输体系建设及规则对接，带动沿线地区高质量发展，更好发挥西部陆海新通道在新发展格局中的支撑引领作用。

关键词：平陆运河； 西部陆海新通道； 水运体系； 物流运输； 调度机制

长江口深水航道三期工程后北槽水沙输移变化研究

路川藤1, 2，朱显博1，韩玉芳1, 2，李肖肖3

(1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 2. 水灾害防御全国重点实验室，江苏 南京 210098； 3. 江苏省水利勘测设计研究院有限公司，江苏 南京 211000)

摘要:基于2010—2021年北槽地形和同步水文资料，分析了长江口深水航道三期工程实施后的水沙输移变化。三期工程完成后，北槽中上段水深整体增大，−8 m等深线的展宽主要发生在2010—2017年，−10 m等深线持续展宽，北槽下段水深变化相对较小。北槽中下段涨落潮平均流速趋势性变化不明显，各水层含沙量大都呈下降趋势，中层水体平均含沙量减小近50%。北槽纵向水沙通量远大于横向通量，自2010年以来，水沙横向通量占比下降。北槽水流净通量表层大、底层小，中下段多年来均存在水通量的垂向环流，即表层水体横向净通量向北，而底层向南。悬沙净通量底层大、表层小，在纵向上，表层水体悬沙净通量指向下游，底层水体规律性较差。在横向上，2015年后，北槽中下段表层水体悬沙净通量大都指向航道北侧，底层水体指向航道南侧，表底层悬沙净通量形成垂向环流。

关键词：长江口； 北槽； 水沙通量； 深水航道； 环流

长江口主要分潮振幅时空变化特征及原因初探

王佑铭1，沈淇2，李俊花3，顾峰峰2，贾雨少4，应铭4

(1. 上海河口海岸工程咨询有限公司，上海 201201； 2. 上海河口海岸科学研究中心 交通部河口海岸重点实验室，上海 201201； 3. 上海海事大学 海洋科学与工程学院，上海 201306； 4. 中交上海航道勘察设计研究院有限公司，上海 200120)

摘要:径潮流相互作用及河口拦门沙综合影响下，长江口潮波传播过程及内在机制十分复杂。以“下游口门—北槽拦门沙—上游徐六泾”段沿程6个潮位站多年逐时潮位、北槽洪、枯季水文及上游大通站流量资料，采用t-tide分析工具与河道阻力系数公式，重点分析长江口主要分潮（M2、S2、N2、K1、O1、M4）振幅受径流及河口拦门沙影响下的时空变化特征及成因。研究表明，外海潮波自口门传入口内，长江口各主要天文分潮振幅呈先增后减的特征，浅水分潮（M4）振幅逐渐增大。径流对分潮振幅影响的正向作用表现为其引起的局地水位抬升使分潮振幅增加，反向作用体现为其与潮流顶冲使分潮振幅减小。由于长江口各水域受径潮流正、反作用影响的占比差异，所以越靠近口内（外），径流对分潮振幅的反（正）向作用越显著。在两者之间的拦门沙过渡水域，分潮振幅（M2）随径流增加而呈现“先增后减”的变化趋势，临界径流量约为45 000 m3/s。最大天文分潮振幅位于河口拦门沙水域，且洪季拦门沙水域分潮振幅沿程衰减速率小于枯季。洪季拦门沙近底高含沙量减阻效应对长江口潮波传播的影响不可忽略。

关键词：长江口； 分潮振幅； 时空变化； 调和分析； 河道阻力

1998—2023年长江口南槽河床演变特征及其影响因素

刘汝兰1，李俊花1，程海峰2，顾峰峰2，王珍珍2，韩露2

(1. 上海海事大学 海洋科学与工程学院，上海 201306； 2. 上海河口海岸科学研究中心 河口海岸交通运输行业重点实验室，上海 201201)

摘要:南槽作为长江口的入海汊道之一，其河床演变动态受到广泛关注。基于长江口南槽1998年以来长序列水下地形、水沙观测数据和大型涉水工程实施情况，分析南槽近期河床冲淤变化过程，从流域减沙和工程建设两方面探讨河床演变特征及影响过程。结果表明：近25年，南槽河床演变总体呈现“缓慢冲刷-趋于平衡-加速冲刷”的三阶段变化特征，其中第一阶段的“缓慢冲刷”主要受工程建设影响，流域减沙则是第三阶段“加速冲刷”的主要因素之一。未来，在稳定河床边界和较低含沙量条件下，南槽短期内仍将延续冲刷态势，直至趋于新的平衡。

关键词：南槽； 河床演变； 水沙变化； 涉水工程

长江口南槽底沙输沙观测研究

丁宏伟1，韩玉芳1，胡国栋2，路川藤1，辛文杰1，赵日明1，谢至正1

(1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 2. 长江水利委员会 长江口水文水资源勘测局，上海 200136)

摘要:为解决长江口底沙输沙无实测资料的问题、研究南槽的底沙输移特性，基于坑测法原理开发了一套适用于长江口水沙环境的底沙观测系统，取得了可靠的低扰动下南槽拦门沙段底沙输沙过程资料。观测结果显示，在潮周期过程中（平均潮差3.3 m），输沙率与流速大小密切相关，实测潮平均输沙率为0.007 kg/(m∙s)，输沙率最大值出现在涨急时刻，为0.045 kg/(m∙s)，落急时刻输沙率最大值为0.020 kg/(m∙s)。涨落潮过程中，同样流速条件下，输沙率存在一定差异，涨潮时段推移质输沙率大于落潮时段。根据窦国仁公式计算的单宽推移质输沙率与实测值变化规律基本一致，但量级上存在差异，潮平均计算输沙率为0.004 kg/(m∙s)，小于实测值，涨急时刻最大计算输沙率为0.031 kg/(m∙s)，落急时刻为0.028 kg/(m∙s)，涨潮期间实测值大于计算值，落潮期间则相反，公式推荐的输沙综合系数取值需要进一步探索。

关键词：长江口南槽； 推移质输沙率； 潮周期过程； 坑测法

漓江生态及航运补水水流演进规律精细化解析

聂远雄1，董吴欣2，王绍旭1，胡腾飞3，阳海涛4，吴树诚5

(1. 桂林市水利电力勘测设计研究院，广西 桂林 541001； 2. 国网江西省电力有限公司电力科学研究院，江西 南昌 330096； 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. 桂林市市属水库管理处，广西 桂林 541001； 5. 广西壮族自治区桂林水文中心，广西 桂林 541001)

摘要:为助力桂林市打造世界级旅游城市，缓解近年来漓江生态及航运用水与枯水期水资源短缺的矛盾，深度挖掘2017—2021年30场水库群重大补水记录，精细解析了漓江河道补水水流演进规律，以期支撑漓江上游水库群开展高效精准补水。以漓江上游水库群坝下至桂林水文站河道为研究对象，采用河道分段模拟、数据分时解析的总体思路，基于数据挖掘、函数构造、曲线拟合等方法，优化确定了各河段不同量级水流演进时间表征函数。结果表明：（1）鉴于水流演进动力机制差异和点据分布特征，上游山区性河道水流演进用时适合采用线性函数表征，区域中下游河段适合采用非线性函数；（2）水流演进函数率定精度理想，演进时间的相对误差基本小于10%、均方根误差基本小于1.7 h。对漓江补水水流演进规律的精细解析结果，可用于历史补水任务复盘及新补水计划拟定，以有效提升水库补水效率。

关键词：漓江； 生态补水； 旅游航运； 水流演进； 数据挖掘

水力式升船机整体联通竖井水位同步性研究

薛淑1，吴洪伏1，李中华1，李军2，李广德2

(1. 南京水利科学研究院 通航建筑物建设技术交通行业重点实验室，江苏 南京 210029；2. 中国能源建设集团广西电力设计研究院有限公司，广西 南宁 530015)

摘要:随着水力式升船机提升高度的增加，竖井水位同步问题将更加凸显，竖井水位同步性是升船机安全运行的关键技术难题，对其开展研究非常必要。基于“纵向长廊道输水系统+整体联通竖井”水力驱动系统设计理念，建立了水力式升船机1∶30概化物理模型，摸清非恒定流作用下该新型水力驱动系统竖井水位变化的基本规律，分析了竖井初始水深、输水流量两项关键因素对竖井水位同步性的影响。试验结果表明：在充水初期，水面在整体连通的竖井内形成纵向坡降，经历往复振荡后衰减；平衡重参与运行后，发挥了整流作用，有利于减小竖井水面坡降、大幅缩短了振荡衰减时间，整个输水过程中竖井水位同步性高，各平衡重受力均匀；在初始水深大于15 m的条件下，新型水力驱动系统能够满足百米级提升高度的水力式升船机竖井水位同步要求。

关键词：水力式升船机； 联通竖井； 水位同步性； 水力坡降

大汶河流域2001—2022年暴雨洪水特征及其关系分析

贾本有1，黎东洲1，杨帆1，孙晓明2，高瑾瑾1，苏琨1，毕峥峥3，范子武1

(1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 2. 山东黄河河务局东平湖管理局，山东 泰安 271018； 3. 华北水利水电大学 水利学院，河南 郑州 450046)

摘要:科学认识流域实际发生暴雨洪水特征，总结洪水特征及其对致洪暴雨特征响应关系和产汇流规律，对流域洪水精准精细模拟与预报具有重要意义。以大汶河流域为研究区域，基于2001—2022年实测降雨洪水时间序列资料，整理了场次暴雨洪水，选取降水空间矩、洪水集中度等指标表征暴雨洪水特征，采用Kendall秩相关分析研究暴雨洪水响应关系，并对流域降水-径流关系进行统计分析。结果表明：（1）大汶河洪水的流域降雨量呈东多西少特征，洪水相应的暴雨事件常覆盖全流域1/3~1/2的面积，暴雨中心多集中在上游大中型水库附近；（2）北支牟汶河子流域洪水总量统计均值大，是大汶河洪水的主要来源，其洪水特征值与致洪暴雨强度呈弱正相关，但与一阶降水空间矩呈负相关，表明子流域内部具有较强的调蓄能力，而南支柴汶河子流域则相反；（3）大汶河流域洪水产流表现为蓄满产流为主、兼有超渗产流的特点，其中大戴区间近22年降雨事件中产流很少，这与其区间特殊的富水性地质条件及灌区引水密切相关，需在流域水文模拟与洪水预报时特别关注。

关键词：场次暴雨洪水； Kendall秩相关分析； 降雨径流关系； 产流机制； 大汶河流域

CMIP6模式下渭河流域气温和降水时空分布特征

占杨英，汤军，高贤君，杨元维，范桂英，邓莉婷

(长江大学 地球科学学院，湖北 武汉 430100)

摘要:渭河流域是中国重要的粮食生产基地之一，研究流域未来气候状况将为实现“黄河流域生态保护和高质量发展”的总体目标提供坚实保障。利用渭河流域的27个气象站资料（1979—2014年），并结合NCEP的再分析数据，构建了SDSM的降尺度模型，应用于NorESM2-MM、CanESM5、MPI-ESM1-2-HR等CMIP6多模式集合的3种不同情景（SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5），预测该流域未来气温和降水变化。模拟结果表明，SDSM模型在对渭河流域气温的模拟上表现出色，但对降水的模拟效果稍显不足；渭河流域未来气温将持续升高，空间分布呈由南向北递减的趋势；渭河流域未来降水量增多，空间分布呈东南高西北低的趋势；渭河流域气温升高与降水量增大的幅度均为SSP5-8.5 > SSP2-4.5 > SSP1-2.6。渭河流域未来气温呈现“冷-暖”交替变化，而未来降水量则呈现“丰-枯”交替变化。

关键词：渭河流域； SDSM模型； CMIP6多模式集合； 气温； 降水

基于刚性约束的宿迁黄河故道片区水资源配置研究

胡继成1，黄昌硕2，吴培强1，陈丽君2, 3，王若禹4，赵新化1

(1. 宿迁市水利局，江苏 宿迁 223800； 2. 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； 3. 长江保护与绿色发展研究院，江苏 南京 210098； 4. 黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州 450003)

摘要:针对宿迁黄河故道片区河道调蓄空间不足、雨洪资源无法有效利用，供水能力不足、制约水资源开发利用，水系连通不畅、区域水环境容量不足等问题，开展基于刚性约束的宿迁黄河故道片区水资源配置研究，以促进区域水资源的优化配置，提高水利保障能力。在水资源刚性约束要求下，将需水划分为刚性、刚弹性、弹性需水3个层次，采用遗传算法建立刚性约束水资源配置模型，以可用水量配置黄河故道片区刚性需水。结果表明，在规划水平年现状工程条件下的可用水量不能满足规划水平年2025年、2030年90%保证率下的刚性需求。因此，未来须增加外调可用水量，可建设龙岗枢纽工程、朱海站、洋河引水工程等三大工程。该配置方案可为宿迁建设黄河故道生态富民廊道提供水资源保障方面的科技支持。

关键词：刚性约束； 刚性需水； 可用水量； 遗传算法； 水资源配置； 黄河故道

动水条件下三维岩质滑坡涌浪爬高规律研究

王梅力1, 2，田野2，王平义2，杨胜发2

(1. 重庆交通大学 建筑与城市规划学院，重庆 400074； 2. 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)

摘要:借助动水条件下弯道浅水区三维散体岩质滑坡涌浪模型试验系统，研究水流动力影响下滑坡涌浪爬高的基本规律和最大爬高的确定方法。根据物理模型试验观测资料，计算得到爬高特征值；分析了水流流速、河道水深、滑坡方量、滑坡倾角对爬高的影响；通过多元非线性回归分析和最小二乘法分析，分别得到动水条件下三维涌浪沿对岸和同岸的爬高衰减公式，并与静水条件下散体岩质滑坡涌浪爬高衰减公式进行对比；采用无量纲及多元回归分析方法，给出动水条件下涌浪最大爬高计算式，并将计算结果与长江新滩滑坡涌浪实测资料进行对比验证，二者较为接近。

关键词：滑坡涌浪； 水流流速； 涌浪爬高； 最大爬高

基于模糊数的不确定性河道生态流量研究

谷魏鹏1, 2，刘晓民1, 2, 3，刘廷玺1, 2，王文娟2, 3, 4

(1. 内蒙古农业大学 水利与土木建筑工程学院，内蒙古 呼和浩特 010018； 2. 黄河流域内蒙古段水资源与水环境综合治理协同创新中心，内蒙古 呼和浩特 010018； 3. 内蒙古黄河生态研究院，内蒙古 呼和浩特 010018； 4. 内蒙古金华源环境资源工程咨询有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010018)

摘要:受气候变化和人类活动影响，河流生态问题突出，然而河流生态流量的基础理论和计算方法仍不具有普适性。基于1960—2020年石嘴山站、巴彦高勒站、三湖河口站与头道拐站实测流量、水位和径流量数据，引入模糊数的概念，构建梯形与三角模糊数生态流量计算模型，对比另外6种生态流量计算方法，分析了黄河内蒙古段生态流量。结果表明：梯形模糊数生态需水模型更适用于石嘴山水文站河道断面，适宜生态流量区间为701~1190 m3/s；三角模糊数计算所得石嘴山、巴彦高勒、三湖河口和头道拐水文站生态流量最可能值分别为766、668、522和559 m3/s；在满足保障率方面，不同水文站间的年内生态保障率具有相似的变化趋势，逐月频率计算法与改进7Q10法的保障率基本超过90%。基于Tennant生态环境评价等级标准给出了各站年内推荐生态流量，可为维系黄河流域水文过程完整性及推动河流生态环境复苏提供科学依据。

关键词：模糊数； 生态流量； 水文学法； 黄河内蒙古段

弧形钢闸门支臂受冲击荷载的非线性动力分析

董静1，白宇航1，裴多菲2，张俊发1

(1. 西安理工大学 西北旱区生态水利国家重点实验室，陕西 西安 710048； 2. 中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司，陕西 西安 710054)

摘要:为研究水工弧形钢闸门在正常运行工况时支臂受冲击作用下的动力响应问题，预估闸门可能出现的破坏模式，以某水电站的弧形钢闸门为研究对象，采用非线性有限元方法模拟钢闸门在静水压力作用下，支臂受浮木冲击的过程，得到并分析弧形钢闸门支臂不同位置受冲击时的冲击力、位移及闸门整体的变形特征。结果表明，闸门破坏过程为受冲击的支臂或其斜杆首先发生面外失稳，随后靠近失稳支臂侧的闸门向铰支座方向移动，导致另一支臂承担的水压荷载瞬间增大而被压溃，最终导致闸门整体失稳破坏。随着浮木质量和冲击能量增加，受冲击位置受到的力和位移随之增大。当冲击能量较小时，即使支臂受冲击部位应力超过钢材屈服应力，闸门仍具有一定的稳定性；闸门支臂不同部位所能承受的最大冲击能量差异较大，冲击支臂近铰支座处位置易引起闸门结构失稳破坏；堰上水头越高，闸门支臂受冲击时越容易失稳。研究结果可为闸门受冲击时的安全性和闸门较易失稳构件的评判提供参考。

关键词：弧形钢闸门； 钢闸门支臂； 动力响应； 静水压力； 等效应力

拟树桩群防护下并线桥墩的局部冲刷研究

张以升1，唐伟1，曹飞2，姚广2，齐万帅3，蔡迎春1

(1. 郑州大学 水利与交通学院，河南 郑州 450001； 2. 河南省公路工程局集团有限公司，河南 郑州 450052； 3. 河南濮泽高速公路有限公司，河南 郑州 450046)

摘要:为降低水流对并线桥墩周围河床的局部冲刷掏蚀，提出了一种放置于桥墩上游的拟树桩群防护结构，并分别通过模型试验和数值仿真的方法研究了拟树桩群布设距离、叶面积比和宽度对桥墩周围河床冲淤特性的影响。研究结果显示，数值计算结果与试验结果具有良好的吻合度。拟树桩群能够有效降低桥墩周围的流速，削弱水流的冲刷作用，并促进悬浮泥沙的沉积，有利于并线桥墩的稳定。有防护时的悬浮泥沙沉积量和河床泥沙冲刷量分别是无防护时的3.11倍和22%。拟树桩群的布设距离、叶面积比和宽度的增加会使悬浮泥沙的沉积量明显增加，但对河床泥沙冲刷量的影响较小。

关键词：桥墩局部冲刷； 含沙水流； 拟树桩群； 泥沙冲淤； 数值仿真

基于损伤诱因反演的高桩码头结构健康评估

周世良1，唐盟涵1，孙世泉2，徐瑛2，谢雷2

(1. 重庆交通大学 西南水利水运工程科学研究院，重庆 400074； 2. 重庆航运建设发展（集团）有限公司，重庆401120)

摘要:现有的码头结构评价方法具有滞后性，无法持续获取结构的安全信息。基于损伤诱因反演研究，综合码头常见的两种失效模式，引入承载力富余系数作为码头结构评价指标，依托机器学习方法开展损伤诱因强度、位置、承载力富余系数的预测。结果表明：粒子群优化神经网络（Particle Swarm Optimization-Back Propagation, PSO-BP）模型对强度反演与承载力富余预测效果最好；粒子群优化支持向量机（Particle Swarm Optimization-Support Vector Machine, PSO-SVM）优化模型对损伤诱因位置识别精度最高。本研究中PSO-BP与PSO-SVM模型预测精度较高，为基于损伤诱因反演的码头健康监测方法提供了状态评价指标，可为码头结构长期、动态评价提供参考。

关键词：高桩码头； 机器学习； 损伤； 反演； 承载力