黄河源区冻土变化对流域地表径流和水源涵养量的影响

秦甲1, 2，施发祥1, 2，崔峻豪1, 2，杨冰峰3，丁永建1, 2

(1. 中国科学院 西北生态环境资源研究院 冰冻圈科学与冻土工程全国重点实验室 唐古拉山冰冻圈与环境西藏自治区野外科学观测研究站，甘肃 兰州 730000； 2. 中国科学院大学，资源与环境学院，北京 100049； 3. 兰州理工大学 土木工程学院，甘肃 兰州 730050)

摘要：黄河源区是黄河流域的重要产水区和水源涵养区，近年来气候变暖导致黄河源区冻土退化加速、多年冻土活动层逐渐增厚。冻土的变化使黄河源区的水资源和涵养功能研究变得更复杂。研究明晰多年冻土变化状况、量化评估水源涵养量对多年冻土变化的响应，对黄河流域及青藏高原水资源科学管理具有重要意义。基于水文、气象及冻土等多源数据，对黄河源区多年冻土变化对流域地表径流和水源涵养量的影响进行了具体分析。结果表明：（1）1960—2020年间，黄河源区多年冻土呈退化趋势，活动层厚度增加10~25 cm，多年冻土集中分布区域逐渐缩小，到2020年部分区域多年冻土已退化消失。（2）黄河源区水源涵养量呈波动上升趋势，1979—2018年间有14年为负值，26年为正值，表明水资源总体上补给大于消耗。自1998年实施水量调度和退耕还林还草政策以来，水源涵养量逐步提升。（3）随着多年冻土退化（活动层厚度的增加），水源涵养量呈增加趋势；源头至黄河沿站和吉迈站至门堂站区域的水源涵养量变化，对多年冻土退化的响应最为显著。本研究有关结论可为黄河流域水资源管理和科学利用提供参考。

关键词：多年冻土； 冻土退化； 径流量； 水源涵养量； 黄河源区

黄土高原典型流域雨洪过程定量关系构建与相似性判别

高俊杰1, 2, 3，谢 康2, 3，王国庆1, 2, 3, 4，白世明5，杨 娜1，刘翠善2, 3

(1. 南京信息工程大学 水文与水资源工程学院，江苏 南京 210044； 2. 水利部应对气候变化研究中心，江苏 南京210029； 3. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 4. 长江保护与绿色发展研究院，江苏 南京 210098； 5. 鄂尔多斯市圣圆水务集团有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯 017200)

摘要：基于降雨与洪水特征指标，依据1996—2023年黄土高原典型流域窟野河转龙湾站的径流数据和降水数据，利用主成分分析和K均值聚类方法对雨洪过程进行相似性判别，采用不同回归方法构建雨洪定量关系，量化分析了3种类型洪水与降雨特征指标的相关性。研究结果表明，短历时单峰型洪水以多元线性回归效果最优，长历时高孤峰型洪水和小流量多峰型洪水采用逐步回归拟合结果较好。本文结论进一步揭示了黄土高原典型流域的雨洪特性，可为雨洪资源高效利用、旱涝灾害等极端事件的防治提供参考。

关键词：相似性判别； 雨洪关系； 多元线性回归； 逐步回归

黄河三角洲典型湿地植被的遥感监测

端木雪妍，拾 兵

(中国海洋大学 工程学院，山东 青岛 266404)

摘要：湿地植被是黄河三角洲生态系统的重要组成，然而植被分布混杂，且光谱特征相近，还有可能由于不定期被水体淹没导致同种地物之间光谱差异较大，遥感分类识别工作难度较大，效率也有待提升。基于Google Earth Engine (GEE)云计算平台，结合Harmonic Analysis of Time Series (HANTS)算法提取植被物候特征确定了植被分布提取的最优时相，利用实地勘测数据和多源遥感影像，设计了4种分类方案，采用机器学习算法实现2016—2023年各年多时相植被分类制图。分类总体精度均在93.38%以上，Kappa系数均高于0.92，其中采用面向对象分类加上雷达极化特征的方案所得分类结果精度最高，尤其是在芦苇和互花米草的区分上，精度均超过97%，碱蓬低于前两者，但精度也近92%。对多年植被时空演变特征进行分析，发现互花米草面积由35.6 km2持续增加至52.2 km2，刈割后大幅降低至不足10 km2，芦苇面积随互花米草变化呈先降后升趋势，面积最小时仅有74.3 km2，碱蓬面积波动下降；芦苇和碱蓬分布与河道走向基本一致，刈割遏制了互花米草向保护区南侧的扩张且整体清除效果较好，整体植被生长演变状况受人类活动影响较大。应用本文方法获取典型植被的分布范围，有着精确度高、运算速度快、占用内存小的优点，适用于黄河三角洲湿地植被监测，可为该地区生态保护和高质量发展提供理论依据。

关键词：黄河三角洲； 湿地植被识别； 物候提取； Google Earth Engine； 面向对象分类

2000—2022年黄河下游游荡段冲刷模拟

隋迎春1，申红彬2，王海周2，华 广3，曹 兵1

(1. 东营市水务局，山东 东营 257091； 2. 华北水利水电大学 水利学院，河南 郑州 450045； 3. 东营市水利灌溉服务中心，山东 东营 257091)

摘要：自黄河小浪底水库蓄水运用并调水调沙以来，下游游荡段河床持续冲刷，输沙与冲刷效率显著下降。如何科学构建黄河下游游荡段持续冲刷期间输沙与冲刷效率调整的计算方法，成为后续开展调水调沙重点关注的问题。考虑到实测输沙率测量误差对河床冲淤计算的影响，以花园口进口站实测输沙率为基础，通过模型计算高村出口站输沙率，以达到部分修正高村出口站实测输沙率的目的。基于河床滞后响应模型与沙量平衡法，结合黄河下游输沙计算幂律函数公式，推导建立了考虑河床冲淤过程中输沙系数调整的输沙率滞后响应模型，并应用于游荡段在2000—2022年持续冲刷期间输沙与冲刷效率调整过程的模拟。结果表明，对于游荡段在小浪底水库蓄水运用与调水调沙前后高村出口站输沙率与河床累计冲淤量的变化过程，模拟效果良好；对于游荡段在持续冲刷期间冲刷效率的调整过程，相比实测沙量平衡法计算结果，模拟结果与断面法实测冲刷效率变化趋势更为符合。这表明通过该模型计算可在一定程度上减小高村出口站实测输沙率误差的影响。

关键词：黄河下游； 游荡段； 持续冲刷； 冲刷效率

多沙河流水库水沙电优化调度研究

李定乾1，王增辉1，唐文昕1，宋炜杰1，李立平2

(1. 西北农林科技大学 水利与建筑工程学院，陕西 杨凌 712100； 2. 长江水利委员会 水文局，湖北 武汉 430010)

摘要：为最大程度实现水库的综合效益，确保水库优化运用，将水库发电模块融入精准描述水沙输移、计算库区冲淤的水沙动力学模型，并采用基于高斯动态分布变异算子的遗传算法进行水库优化调度计算，构建了库区减淤与水库发电的水沙电优化调度模型。将该模型应用于三门峡水库进行水沙电模拟验证，同时以下泄流量为决策变量开展水库优化调度的研究。结果表明，水沙电模型能够较精准地模拟库区各测站水位流量过程，库区泥沙淤积量计算与发电量计算误差均小于5%。这说明水沙电动力学模型能与遗传算法有效结合，进行优化调度研究。在满足水库运行约束条件的前提下，通过调整汛期库水位，水库发电量提升了28%，库区泥沙冲刷量减少了8.8%。研究可为多沙河流水库的多目标优化调度提供参考。

关键词：水库发电； 库区减淤； 水沙电模型； 优化调度； 遗传算法

八堡船闸常水位输水系统水力特性原型观测

徐玉明1，严秀俊2，李海健2，蔡致远2

(1. 杭州交通投资建设管理集团有限公司，浙江 杭州 310000； 2. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029)

摘要：八堡船闸为中国首座在强涌潮河段双线同时新建的1 000 t级船闸，是继三堡船闸后第二个连接京杭大运河和钱塘江的水上交通枢纽。通过对船闸无水、平水及常水位条件下输水系统的观测，掌握阀门启闭特性及闸室输水水力特性，为保障船闸安全、高效运行提供依据。观测表明：船闸阀门运转稳定，阀门油压机启闭力均满足设计要求，短廊道集中输水系统整体消能布置较好，闸室水位变化平稳、进出口水流流态良好，船闸能够安全运行和高效通航。

关键词：输水系统； 水力特性； 原型观测

互通式与独立式省水船闸闸室水流条件比较

张毅濠1，王曙光1，董思远1，叶子豪2，俞小彤2

(1. 山东省交通规划设计院集团有限公司，山东 济南 250101； 2. 河海大学 港口海岸与近海工程学院，江苏 南京210098)

摘要：省水系统类型选择和设计是省水船闸输水系统的重难点，互通式和独立式两种型式的闸室水力特性尚不明晰。通过建立互通式和独立式布置下金家堰省水船闸整体输水系统三维数学模型，分析省水池向闸室输水过程中闸室水体流速分布、消能特性、船舶泊稳条件。研究结果表明：互通式布置下，最大流量时刻上闸首格栅室正、顶支孔出流不均匀，下闸首消力槛处出现显著漩涡，导致流速空间分布不均匀，省水池对侧且靠近下闸首的水体紊动显著，输水过程产生的长波运动会在闸室中部叠加，导致较大的水面纵向比降；独立式布置下，闸室流场分布对称性强，横支廊道侧支孔出流均匀，水面平稳，较互通式泊稳条件更优。在现有的布置条件下，独立式布置的闸室水流条件优于互通式，若采用互通式方案，需优化上下闸首消能工。

关键词：省水船闸； 互通式省水系统； 支孔流量； 水流条件

上游河床地形对桥墩局部冲刷的影响

魏 松1，戴齐超1，章飞凡2，肖淑霞1，陈 清1

(1. 合肥工业大学 土木与水利工程学院，安徽 合肥 230009； 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：河道内采砂、疏浚、筑坝等人类活动所形成高低起伏的河床地形改变了河道水流流态，会威胁下游桥梁基础安全，但河床地形对桥梁基础局部冲刷影响的研究甚少。采用概化的平床、凹床和凸床3种墩前河床地形，考虑凹凸河床地形尺寸、与桥墩间距离、来水流速等因素，进行室内水槽试验，就河床地形对下游桥墩墩周局部冲刷的影响进行研究。结果表明：与平床相比，凹床使得墩前水平流速梯度减小、凸床则增大；凹床及凸床地形均导致墩周局部冲刷进程加快、冲刷程度加剧；凹床及凸床地形对墩前流速分布和墩周冲刷坑形态的影响程度与地形相对高度呈正相关、与地形变化点和桥墩间距离呈负相关。基于试验数据，得到考虑地形因素的桥墩局部冲刷深度计算公式，提出了上游河床地形影响桥墩局部冲刷界限距离的概念及预测方法，可为实际工程管理提供参考。

关键词：河床地形； 局部冲刷； 模型试验； 冲刷深度； 地形影响界限距离

开挖岩坡动态卸荷分区及其支护设计优化

尚旭东1，陈莉丽1，龚 盛1，陈兴周1，杜 威2，苏振坤1

(1. 西安科技大学 建筑与土木工程学院，陕西 西安 710054； 2. 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西 西安 710065)

摘要：岩质边坡开挖产生大范围卸荷区，其力学性能直接影响边坡的安全与稳定。基于此，开展砂岩室内卸荷试验，分析卸荷过程中岩样的损伤规律；以卸荷比为分区判据，在开挖过程中对各单元的损伤程度进行准确判别并相应弱化，将其嵌入边坡开挖数值模拟分析中，实现动态卸荷分区；采用提出的动态卸荷分区方法，研究工程岩坡开挖卸荷后的变形与支护设计优化。结果表明：（1）随着卸荷比增大，变形模量具有阶段性劣化规律，当卸荷比小于总卸荷比的50%时，变形模量降低不明显，达到50%~90%时，变形模量损失率均值为6.8%~16.9%，超过90%后，变形模量呈突降趋势，损失率均值为16.9%~42.5%，且随着围压增大，卸荷破坏时变形模量降幅增大；（2）相较于压缩试验，卸荷状态下岩样的黏聚力降低32.9%，内摩擦角增大17.5%；（3）应用卸荷分区后，开挖岩坡的变形与塑性区面积显著增大。通过分区方法判别损伤区与未扰动区，可为支护深度优化提供依据。研究成果可为边坡开挖卸荷分析和支护优化设计提供参考。

关键词：岩质边坡； 开挖卸荷； 卸荷分区

颗粒形状对人工模拟堆石料动变形特性的影响

杨 贵1, 2，刘 宇1, 2，唐晨景1, 2

(1. 河海大学 岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室，江苏 南京 210098； 2. 河海大学 安全与防灾工程研究所，江苏 南京 210098)

摘要：堆石料作为土石坝的主要构筑材料，其在地震作用下的动变形特性受颗粒形状、级配和相对密度等影响。颗粒形状对堆石料力学特性影响的研究目前主要集中于静力特性，关于动力特性方面的研究相对较少。采用水泥净浆浇筑方法制备了不同形状的人工模拟堆石料并进行动力循环三轴试验，研究了颗粒形状对动残余应变和颗粒破碎的影响。结果表明：采用该方法制备的人工模拟堆石料可以近似反映天然堆石料的动变形特性；在低围压下，残余体积应变随形状系数的增大而减小，在高围压下则规律相反；轴向残余应变随形状系数的增大而先增后减；在相同应力条件下，形状系数越小，颗粒破碎率越低。另外，研究还建立了颗粒破碎率与颗粒形状系数和围压的关系。

关键词：颗粒形状； 残余变形； 颗粒破碎； 人工模拟堆石料； 形状系数

干燥大温差环境下水泥胶凝材料开裂敏感性研究

熊根亿1，王怀义2, 3，杨桂权2, 3，李双喜1，程宁宁2, 3

(1. 新疆农业大学 水利与土木工程学院，新疆 乌鲁木齐 830052； 2. 新疆水利水电科学研究院，新疆 乌鲁木齐830049； 3. 新疆水利水电材料工程技术研究中心，新疆 乌鲁木齐 830049)

摘要：针对中国西北地区干燥大温差环境造成水泥基材料的裂缝，从而严重影响混凝土结构寿命的难题，利用环形约束试验中应变突变时间表征水泥胶凝材料在不同环境条件下的开裂敏感性。通过显微观察、计算机断层扫描（CT）及压汞法的测试，揭示了在干燥大温差环境下水泥胶凝材料的约束收缩变形、开裂情况及其开裂机理。研究发现：当水胶比从0.25提高到0.35时，开裂时间可延长370.59%；湿度降低40%时，水胶比为0.30试件的开裂时间缩短20.30%；当日温差为35℃时，水胶比为0.25试件的开裂时间延长40.63%；掺加30%粉煤灰可使开裂时间延长4.41倍；影响材料开裂敏感性大小的因素依次为水胶比、粉煤灰和温湿度条件，其中水胶比为0.25的试样对温度最敏感，水胶比为0.30的试样对湿度变化较敏感。研究结果表明干燥和大温差的环境条件加剧了水泥胶凝材料的开裂风险。水胶比的增加降低了水泥胶凝材料开裂的风险，粉煤灰能有效抑制水泥胶凝材料的开裂，降低材料开裂敏感性，并揭示了水胶比、粉煤灰掺加与环境温湿度变化导致胶凝材料孔结构的演变对开裂敏感性影响的机理。

关键词：干燥大温差； 粉煤灰； 开裂敏感性

低温环境环氧树脂预固化对修补混凝土湿裂缝性能影响

畅海峰1，杨 林2, 3, 4，赵 旗2, 3, 4，张应飞1，卫海涛1，朱永和2, 3, 4

(1. 洛阳农发黄河水利建设开发有限公司，河南 洛阳 471000； 2. 江河安澜工程咨询有限公司，河南 郑州450003； 3. 国家水利工程质量检验检测中心，河南 郑州 450003； 4. 黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州 450003)

摘要：水工混凝土开裂常伴随渗漏水现象，裂缝灌浆修补一般选择在低温季节施工。为探究低温环境长时间灌浆时环氧树脂预固化对湿裂缝修补效果的影响，采用低温预反应方法模拟灌浆桶中环氧树脂固化过程，研究预固化对浆液性能、固化物性能、修补混凝土性能和微观结构的影响。结果表明：低温预固化后，浆液反应温升可降低38.0℃，固化物收缩率可降低12.0%，固化物抗压和抗拉强度分别增长2.8%和8.9%；修补混凝土湿黏结和劈裂抗拉强度最高增长34.3%和46.9%，破坏形态由缝面断裂变为基体断裂，抗压强度恢复率可达100%。扫描电镜结果显示：低温预固化环氧树脂固化物微观缺陷减少，致密性和均匀性得到明显改善。因此，低温环境修补混凝土湿裂缝时，适当降低灌浆速率、延长灌浆时间，有利于改善混凝土湿裂缝修补效果。

关键词：低温环境； 环氧树脂； 预固化； 湿裂缝； 修补性能

生态纤维改良砂质黏土干缩裂隙试验研究

郭 鸿1, 2，鲁玉妍1, 3，李文阳1, 3，邹虎金1, 3，张彤川1, 3，黄芙蓉1, 3

(1. 陕西理工大学 土木工程建筑学院，陕西 汉中 723001； 2. 陕西理工大学 秦巴山地岩土环境与灾害防治研究中心，陕西 汉中 723001； 3. 陕西理工大学 人居环境科研学社，陕西 汉中 723001)

摘要：砂质黏土保水性较弱，在蒸发作用下容易发生显著的干缩裂隙，加剧了其边坡的降水入渗，容易导致失稳。为了研究不同生态纤维对砂质黏土干缩裂隙的抑制作用，通过图像处理技术，分别对黄麻纤维、稻杆纤维改良作用下砂质黏土的水分蒸发、表面裂隙发展、演变和结构形态进行定量分析。研究结果表明：生态纤维与土颗粒有较强的黏结性，可通过延缓土体水分蒸发和加筋作用，有效抑制砂质黏土的干缩裂隙，且随着纤维掺量的增加，抑制干缩裂隙的效果增强；在0.6%（质量分数）的掺量下，黄麻纤维和稻杆纤维的改良效果最为显著，裂隙率分别下降了30.6%和23.8%，平均裂隙宽度分别下降了66.64%和70.86%。黄麻纤维、稻杆纤维的改良方法，为砂质黏土填筑工程的干缩裂隙治理提供了新思路和理论依据。

关键词：砂质黏土； 干缩裂隙； 生态纤维； 图像处理

级配变化对堆石料力学特性影响的规律研究

吴世勇1，张 石1，吴 忠1，石北啸2，傅 华2，凌 华2

(1. 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122； 2. 水利部水库大坝安全重点试验室，江苏南京 210024)

摘要：筑坝堆石料的颗粒级配变化会对其力学特性产生显著影响，进而影响堆石坝的稳定与安全。对某堆石坝上游和下游堆石区的填筑堆石料，分别开展颗粒级配上包线、平均线、下包线的力学特性试验研究，并对试验前后的级配变化进行分析。试验结果显示：相同制样功率条件下，从设计级配上包线到下包线，堆石料的孔隙率逐渐增大，强度指标φ和邓肯-张模型参数K值逐渐减小，这表明随着细颗粒含量逐渐降低，相同功率下堆石料的压实程度逐渐减弱、力学性能逐渐降低；母岩性质越差，颗粒破碎率越高，初始级配的差异对碾压后的堆石料力学特性影响就越小。堆石坝的建造应更加关注级配变化对母岩性质较好堆石料力学特性的影响。

关键词：堆石坝； 堆石料； 颗粒级配； 大型三轴试验； 力学特性

山区桥墩磨蚀特征的三维精细化测量分析

魏 凯，邢少一，蔡浩伟，李永乐

(西南交通大学 桥梁智能与绿色建造全国重点实验室，四川 成都 611756)

摘要：为研究山区桥梁墩柱磨蚀损伤特征及发展规律，提出了基于激光雷达与红外结构光双目相机的混凝土桥墩表面磨蚀三维精细化测量方法，并建立了基于三维测量数据的桥墩磨蚀体积计算方法。通过对位于横断山区河流中的两座大桥开展现场实测，获取了桥墩磨蚀损伤的高精度三维数据，分别讨论了圆柱形和正八边形桥墩的磨蚀特征及磨蚀随桥墩高度的变化规律。实测研究发现，桥墩磨蚀主要发生在迎水面位置；圆柱形桥墩的磨蚀主要来源于悬移质，且磨蚀深度与桥墩高度符合幂函数关系；正八边形桥墩磨蚀严重，部分区域的纵筋及箍筋裸露，主要是由洪水期河流中的大粒径漂石撞击导致。研究结果可为山区桥墩磨蚀测量及磨蚀防护设计提供参考。

关键词：山区桥梁； 磨蚀； 混凝土桥墩； 磨蚀特征

乏数据条件下土石坝安全监测数据的插补

赵瑞桥1，李登华1, 2，石北啸1, 2

(1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 2. 水利部水库大坝安全重点实验室，江苏 南京 210029)

摘要：水库大坝安全监测资料应及时整编分析，以便通过监测资料及时了解大坝性状，并为大坝总体安全评价提供基本资料。传统的大坝缺失数据补全方法依赖于完整的前置数据和经验基函数，这对数据缺乏的中小型土石坝效果不佳。利用经验模态分解算法分析缺失测点和同源测点数据，可从较少的数据中提取有效信息。针对不同复杂度下分解得到的分量不统一问题，利用动态时间调整算法进行聚类整合。最后对聚类数据集分别建立基于门控循环单元的预测模型，构建乏数据下历史监测数据EMD-GRU填补算法。基于实际工程监测数据对该算法和传统算法进行对比发现，均方误差降低至0.6以下，在乏数据的背景下该算法比传统模型有更好的稳定性和泛化性。

关键词：土石坝； 安全监测； 数据填补； 乏数据

基于APCS模型输入优化的水质污染因子识别分析

陈向阳1，黄国情2，雷少华2，肖巍峰3

(1. 南通职业大学 建筑工程学院，江苏 南通 226007； 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. 湖南科技大学 地球科学与空间信息工程学院，湖南 湘潭 411201)

摘要：河流在城市生态系统中扮演着重要角色，但随着城市化加剧，大量未经处理的生活污水和工业废水排放严重恶化了水质。为准确识别和量化长江南通段水质污染因子，采用绝对主成分分析（APCS）优化输入的多模型回归分析方法，包括多元线性回归（MLR）、岭回归（RR）和套索回归（LR）。结果表明：APCS-RR模型在处理高度相关的水质数据方面表现优异，有利于精准识别和量化不同季节的污染因子贡献；长江南通段水质在枯水期与丰水期呈现显著差异，枯水期以无机盐类和矿物质污染为主，丰水期则以有机物和营养盐污染为主导；加强工业排放管控、优化农业种植模式、实施分季节的水质管理政策和措施等，可有效应对水质季节性差异带来的挑战。研究结果可为当地水质与水环境管理策略奠定数据基础，也可为其他地区精确识别水质污染因子提供借鉴。

关键词：水质污染； 污染因子识别； 多模型回归； 绝对主成分； 长江南通段