水资源-经济社会-生态环境协调程度度量方法总结与分析

左其亭^{1, 2, 3}，张永康¹，吴青松¹，马军霞^{1, 2}

(1. 郑州大学 水利与交通学院，河南 郑州 450001； 2. 河南省水循环模拟与水环境保护国际联合实验室，河南 郑州 450001； 3. 郑州大学 黄河生态保护与区域协调发展研究院，河南 郑州 450001)

摘要: 水资源-经济社会-生态环境之间存在复杂的相互作用关系，对三者协调程度开展定量研究是认识复合系统运行状态、识别协调短板以及提升协调发展水平的重要基础。在系统梳理已有研究成果的基础上，回顾了水资源-经济社会-生态环境协调研究的发展历程与关键问题，将研究历程分为理论奠基与概念形成期、方法多元化与横向拓展期、方法深化与纵向突破期3个阶段；对现有协调程度度量方法进行了分类总结，将其归纳为多指标综合评价方法、协调度模型及其扩展评价方法、协调状态测度与诊断方法3类，并梳理了各类方法的代表性方法及其适用范围和注意事项。本文可为水资源-经济社会-生态环境协调程度度量方法选择与比较分析提供参考。

关键词：水资源； 经济社会； 生态环境； 协调程度； 度量方法

省域间水-能源-食物稀缺风险的传导与综合效应评估——以内蒙古-陕西-宁夏为例

刘锦涛¹，李永平²，黄国和²，王曙光³，王盼盼²，徐志鹏²

(1. 山东大学 环境科学与工程学院 中国-加拿大能源、环境与可持续发展研究中心，山东 青岛 266237； 2. 北京师范大学 环境学院 区域环境与可持续发展全国重点实验室，北京 100875； 3. 山东大学 环境科学与工程学院 山东省水污染控制与资源化重点实验室，山东 青岛 266237)

摘要: 跨省产业链分工与资源要素跨域流动使水-能源-食物稀缺风险不再局限于资源短缺发生地，而可能沿省域间产业联系外溢并形成系统性影响。为刻画省域间水-能源-食物稀缺风险的传导与综合效应，本文以内蒙古-陕西-宁夏为研究对象，构建跨省域水-能源-食物稀缺风险的核算与传导分析框架，在统一口径下量化三省初始稀缺风险，并基于供给驱动的Ghosh模型刻画稀缺风险沿省际产业链的传导路径，进而评估多资源约束下的综合稀缺风险。结果显示：(1) 初始资源稀缺风险空间分异显著，水、能源、食物稀缺风险分别呈“内蒙古>陕西>宁夏”、“宁夏>陕西>内蒙古”、“陕西>内蒙古>宁夏”格局；(2) 内蒙古是水稀缺风险最大输出方，向陕西、宁夏两省输出34.97亿元；宁夏是能源稀缺风险最大的输出方，流出11.00亿元；陕西则是食物稀缺风险最大的输出方，流出1.70亿元；(3) 综合稀缺风险分别为内蒙古（410.29亿元）>陕西（226.75亿元）>宁夏（158.97元），且三省农业均为综合稀缺风险的核心承载者。研究表明，省域间水-能源-食物稀缺风险存在显著的跨资源联动特征，并可通过产业链发生跨域扩散与累积效应，单一省份的资源稀缺可能传导演变为跨区系统性风险。该框架可为跨省资源协同配置、关键链条风险预警与韧性提升提供量化依据，并可进一步用于不同政策与资源约束情景下的风险外溢评估与关键链条识别，为协同治理提供决策支撑。

关键词：水-能源-食物纽带； 稀缺风险； 风险传导； 多区域投入产出分析； 综合效应

鄂尔多斯市“三水”与经济社会耦合协调及驱动机制研究

尹 航^{1, 2}，檀汉泽^{1, 2, 3}，吴英杰^{1, 2}，张泽中³，张伟杰^{1, 2}，闫江鸿⁴

(1. 中国水利水电科学研究院 阴山北麓草原生态水文国家观测研究站，北京 100038； 2. 水利部牧区水利科学研究所，内蒙古 呼和浩特 010020； 3. 华北水利水电大学 水利学院，河南 郑州 450046； 4. 鄂尔多斯市水资源保护利用中心，内蒙古 鄂尔多斯 017000)

摘要: 鄂尔多斯作为内蒙古重要资源型城市及生态屏障，探究其自然资源与经济社会系统协调性对区域高质量可持续发展具有重要作用。以2000—2023 年鄂尔多斯及其下辖旗区为研究对象，构建基于层次分析法-熵权法的水资源-水环境-水生态（“三水”）与经济社会系统评价指标体系，通过耦合协调度模型和灰色关联分析揭示系统时空演变规律及驱动机制，并运用GM（1,1）模型预测未来10 年耦合协调发展趋势。结果表明：（1）系统综合评价指数均值均呈波动增长态势，但长期处于“经济滞后型”模式；（2）各旗区耦合协调度均处于失调衰退类型或过渡类型，系统协调性欠佳的总体趋势仍存在并延续；（3）区域协同发展差异性不显著，系统总体趋势向好并向协调发展类型演进；（4）驱动因素总体影响程度程度从大到小如下：经济社会>水生态>水资源>水环境。预测显示2025—2035 年系统耦合协调度将跃升至中级及良好协调阶段，人均GDP、生态环境补水、水资源开发利用率与万元工业增加值用水量将成为驱动耦合协调发展的主要因素。

关键词：“三水”协同； 耦合协调； 时空演变； 驱动机制； 灰色预测

基于DPSIRM-TOPSIS-GD 模型的鄂尔多斯市水资源承载力评价

李沛龙^{1, 2, 3}，刘晓民^{1, 2, 3}，刘廷玺^{1, 2, 3}，李兴月⁴，闫江鸿⁵

(1. 内蒙古农业大学 旱区水工程生态环境全国重点实验室，内蒙古 呼和浩特 010018； 2. 黄河流域内蒙段水资源与水环境综合治理自治区协同创新中心，内蒙古 呼和浩特 010018； 3. 内蒙古自治区生态水文与水资源高效利用重点实验室，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010020； 5. 鄂尔多斯市水资源保护利用中心，内蒙古 鄂尔多斯 017010)

摘要: 水资源承载力是衡量区域水资源系统在支撑人口发展、经济活动以及生态环境三者协调可持续发展中整体能力的核心指标，不仅能反映水资源对经济社会活动的承载能力，也可体现水资源对生态环境的支持和调节能力。针对鄂尔多斯市生态脆弱、水资源紧张的区域特征，基于驱动力-压力-状态-影响-响应-管理理论框架，构建多维度综合评价指标体系，结合TOPSIS综合评价方法与地理探测器模型，系统评价了2008—2022年间水资源承载力的时空演变规律，识别了主要驱动因素。研究结果表明：2008—2022年，水资源承载力指数从0.336（超载）提升至0.597（临界可承载），增幅达77.7%，空间上呈“东强西弱”格局；2008—2022年间，驱动力、压力、响应、管理能力子系统持续上升；状态子系统保持相对稳定（均值0.344），有效增强了全市水资源系统的调节韧性；而影响子系统波动剧烈（年均值0.132，2018 年达峰值0.189），表明生态环境脆弱性依然突出。地理探测器结果显示，生态环境用水率的解释力q 最高（q=0.961），其次为单位面积供水量（q=0.731）和水资源开发利用率（q=0.730），说明生态水配置效率与资源调控强度是影响水资源承载力提升的关键。研究结果可为区域水资源精细化管理与区域水资源-生态环境-经济社会协调发展提供理论支撑与方法参考。

关键词：水资源承载力； DPSIRM 模型； TOPSIS 模型； 地理探测器； 标准差椭圆

双线船闸泄流方式优化布置数值模拟研究

何进朝¹，吴 虑²，周昔东³，谢春航^{3, 4}，袁 浩^{1, 4}

(1. 重庆交通大学 重庆西南水运工程科学研究所，重庆 400016； 2. 重庆交通大学 航运与船舶工程学院，重庆400074； 3. 重庆交通大学 河海学院，重庆 400074； 4. 重庆西科水运工程咨询有限公司，重庆 402247)

摘要: 船闸泄水易使下引航道产生往复流、回流及斜横流等不良流态，造成局部流速及水面波动增大，影响船舶航行与停泊安全。针对木京双线船闸共用下引航道条件下通航水流条件较差及流速超标问题，采用FLOW-3D软件建立三维水动力数值模型，选用RNG k-ε紊流模型，对双线船闸不同泄水时长及不同泄流方式下引航道的流速分布、流态及水面比降等水力特性进行分析，并提出出水口优化与旁侧泄水相结合的优化方案。结果表明：双线船闸同时泄水时，泄水阀门开启时间由5 min 延长至7 min，最大泄流量由329.3 m³/s 减小至295.2 m³/s，达到最大泄流量的时间由238 s 延迟至302 s；但3 种泄水时长下，引航道内流速均在较大范围内超过1.0 m/s，难以满足船舶安全航行和停泊要求。5、6 和7 min泄水工况下，停泊段最大水面比降分别为1.7‰、1.4‰和1.2‰。仅优化出水口布置对引航道流速改善效果有限；进一步采用旁侧泄水后，停泊段最大纵向流速约为0.95 m/s，最大水面比降降至0.80‰，横向流速较小，引航道水流流态趋于稳定，通航水流条件得到明显改善。可见，出水口优化与旁侧泄水相结合能够有效降低双线船闸同时泄水对共用下引航道的不利影响，可为类似水利枢纽船闸泄流方式设计及通航水流条件优化提供参考。

关键词：船闸泄水； 下引航道； 出水口布置； 水力特性； 旁侧泄水

超高水头带高低池两级船闸输水系统水力学试验研究

郭 超，文 明，李中华

(南京水利科学研究院，江苏 南京 210029)

摘要: 随着内河航运发展，超高水头船闸的建设需求日益增加，输水效率与船舶停泊安全之间的矛盾日益凸显。某两级分散船闸总水头81.60 m，单级船闸水头达40.80 m，超过了目前国内单级水头最高的大藤峡船闸（水头为40.25 m），其高低池与超长输水涵洞的独特布置，给输水系统布置和阀门启闭控制带来了较大的水力学技术难题。本文在带高低池的两级分散船闸的运行方式基础上，推荐了其输水系统形式，并对输水系统细部尺寸进行了系统研究。建立了长度比尺为1︰30 的高低池及第二级船闸输水系统物理模型，针对运行条件更为复杂的第二级船闸，对其输水水力特性和船舶停泊条件等进行了试验分析。综合分析后推荐在低池、高池向第二级船闸充水时，双边阀门采用4.00 min连续开启，2.00 min连续关闭的运行方式，该运行方式可将输水时间控制

在17.47 min，且设计船舶系缆力处于规范允许值范围内。第二级船闸泄水双边阀门采用9.00 min 的连续开启运行方式，船闸输水时间控制在14.34 min。研究结果可为该超高水头船闸的工程设计提供关键参数和理论依据，也可为我国西部地区高水头通航建筑物的设计和建设提供参考。

关键词：高低池； 多级船闸； 输水系统； 物理模型试验； 水力特性； 船舶停泊条件

基于机器视觉与人体骨骼点检测的系缆全过程识别技术

陈志宏¹，李 君²，张 坤¹，程思钦³，储伟杰¹，王 新²，刘 洋³

(1. 江苏省泰州引江河管理处，江苏 泰州 225300； 2. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 3. 南京畅淼科技有限责任公司，江苏 南京 211106)

摘要: 针对由于船舶系缆动作差异较大、缆绳非刚性及浮式系船柱随水位变化而移动等因素导致的系缆行为识别困难，提出了一种基于机器视觉与人体骨骼点检测的系缆全过程识别技术。首先，动态检测系船柱、船员、缆绳间的空间关联关系，判断船舶是否具备系缆条件；然后将全过程分为准备系缆、系缆中、系缆完成和解缆四个环节，通过识别船员动作时的骨骼关键点变化，判断其是否满足相应阶段的动作要求；同时，检测系缆过程中的缆绳拉直或弯曲状态，综合研判船舶是否规范完成系缆。结果表明，相较于原人工识别方式，船舶系缆识别精确率由65.0% 提高至95.7%，相对提高了47.2%，平均识别耗时缩短了83.3%，在边缘计算设备上的推理帧率达到45 fps。基于2022年长洲船闸运行数据的情景估算，通航效率预计提高10.4%，日均货运量预计增加4.42万t。该方法可为船闸及港口系解缆作业的智能识别与安全监管提供技术支撑，并为复杂水域场景下人员行为与非刚性目标协同识别提供参考。

关键词：船舶过闸； 系缆行为识别； 目标检测； 关键点检测； 注意力机制

冲刷-干湿交替作用下长江柳条洲右缘软体排损毁成因

刘林双¹，赵凤亚¹，朱海清²，曾庆云¹，李雷烈¹

(1. 长江航道规划设计研究院，长江航道勘察设计院（武汉）有限公司，湖北 武汉 430040； 2. 武汉工程大学 土木工程与建筑学院，湖北 武汉 430074)

摘要: 2003年三峡水库蓄水运行后，坝下航道工程所处的水沙环境发生显著改变，清水下泄条件下护岸工程软体排结构出现了新型损毁特征。本文以长江柳条洲右侧护岸工程软体排为典型研究对象，基于水文情势、河床地形等实测数据，系统识别了软体排的损毁特征，明确了核心损毁因素，并阐明了冲刷作用与干湿交替耦合作用下软体排的损毁成因。研究表明，软体排结构损毁是水动力、水沙、河床边界及排体材料性能多因素协同作用的结果。柳条洲右缘护岸常年受贴岸水流冲刷，三峡水库蓄水后，柳条洲右缘一带河道深泓线左移，护岸区水流冲刷强度进一步增强，加剧了排体冲刷破坏；同时，三峡蓄水后坝下输沙量锐减，护岸河床冲刷加剧，软体排边缘泥沙淘空，导致排体失去有效支撑，进一步加剧其损毁程度。此外，蓄水后坝下枯水位持续下降，软体排周期性出露曝晒、汛期浸水膨胀，长期干湿交替致使排体材料微观结构受损，力学性能与耐久性持续衰减，加速软体排损毁失效。研究结果完善了清水下泄环境下软体排结构的损毁成因机制，除水动力作用、河床冲刷是软体排损毁重要影响因素外，补充了坝下水位下降及干湿交替作用等关键影响因素，可为长江中下游及同类水沙条件河段的软体排结构设计、优化及工程运维提供重要的理论支撑与技术参考。

关键词：柳条洲； 软体排； 冲刷； 干湿交替； 损毁成因

内河航道船行波最大波高经验公式修正

孙嘉华¹，肖志乔²，盛 军²，吴 昊³，顾水涛⁴

(1. 上海勘测设计研究院有限公司，上海 200335； 2. 上海浦河工程设计有限公司，上海 200333； 3. 华东师范大学 河口海岸全国重点实验室，上海 200241； 4. 重庆大学 土木工程学院，重庆 400030)

摘要: 随着内河航运的快速发展，船舶大型化与密集化趋势日益显著，其运动产生的船行波对航道堤岸的侵蚀与破坏问题已成为影响航道安全与生态环境的关键因素。为深入研究内河航道中船舶运动对堤岸的影响，本文基于OpenFOAM软件与Overset重叠网格技术，结合最新适用于波浪破碎与演化的湍流模型，建立了高精度数值仿真模型，用于分析船舶运动产生的船行波演变及其主要影响因素。基于现有物理模型试验及建立的仿真模型，针对12组不同工况系统研究了船速与吃水深度变化对船行波的影响规律。研究结果表明：当船舶航行时，首先在船体周围产生显著的壅水现象，继而在船艏与船艉激起各自的发散波系；波浪在向外传播过程中与航道岸壁发生相互作用，产生反射波，并与主波系叠加，共同构成了完整的船行波场；波态的演变受壅水效应和岸壁反射效应的综合影响，并且随着传播距离的增加，波能逐渐耗散，船行波也表现出明显的衰减特性；随着船速增加，船行波波峰与波谷高度明显升高，壅水波及船艏、船艉散波增强，同时波长缩短，这表明船速对波形幅值和空间分布具有显著影响；船舶吃水深度的作用更为显著，不仅导致尾流波贡献增大，还显著改变了船行波整体波形特征。基于多组数值仿真数据并引入吃水深度变量，修正了船行波最大波高经验公式，使其能够有效预测类似航道条件下的最大波高，为堤岸防护工程设计提供了理论依据。本研究建立的计算流体力学模型实现了船体-波浪-岸壁的动态耦合模拟，可为未来不同船型、不同航道条件下的船行波预测提供高效分析工具。

关键词：船行波； 内河航道； 最大波高； 堤岸防护； 数值仿真

特高拱坝运行期温度回升机理与结构响应分析

边文鹏¹，赵运天¹，侯春尧²，程 恒¹，刘有志¹

(1. 中国水利水电科学研究院，北京 100038； 2. 三峡金沙江川云水电开发有限公司 永善溪洛渡电厂，云南 昭通 657300)

摘要: 为明晰特高拱坝运行期温度回升的内在机理、变化规律及其对坝体结构的影响，支撑其长期安全运行，本文以某特高拱坝为例，结合温度监测资料分析，并采用仿真计算和回归分析相结合的方法，构建了拱坝后期温升的计算模型，探讨了特高拱坝运行期温度回升机理与结构响应特征。研究结果表明：（1）拱坝封拱后温度回升主要原因是混凝土水化热；（2）某特高拱坝后期温升普遍达7~9 ℃，回升至最高温度需要3~6 a，达到稳定温度需要20 a左右；（3）后期温升使坝体中部向上游侧鼓出，导致坝体表面出现拉应力区，影响大坝工作性态。本文所构建的模型可有效反映运行期温度变化规律，所揭示的温升机理与结构响应特征可为特高拱坝运行期的温度控制、安全监测及维护方案制定提供科学依据。

关键词：特高拱坝； 温度回升； 仿真分析； 绝热温升； 结构响应

基于扩展卡尔曼滤波算法的大坝变形动态监控模型

娄本星^{1, 2}，白正雄^{1, 2}，涂善波¹，胡文哲¹，魏 萍¹

(1. 黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州 450003； 2. 水利部黄河流域水治理与水安全重点实验室，河南 郑州 450003)

摘要: 大坝结构本质上是一个由多种因素驱动的动态系统，特别是在运行初期，大坝结构呈现出典型的时变特征。然而，传统的大坝变形统计模型采用固定的回归系数，难以适应其在长期运行过程中的动态特性。为此，本文引入扩展卡尔曼滤波（Extended Kalman Filter, EKF）算法，在滤波过程中将回归系数作为状态向量，将监控模型本身作为观测方程，同时融入噪声自适应机制，实现了模型的自适应更新，从而使其始终保持较高的预测精度。以运行初期的某混凝土坝为例，研究结果表明传统最小二乘方法的预测效果随着时间的推移会越来越差；在数据饱和的情况下，递推最小二乘算法的动态调整能力会越来越弱；遗忘递推最小二乘算法（Forgetting Factor Recursive Least Squares, FFRLS）具有良好的动态预测效果，但参数更新易受噪声影响；而EKF 具有良好的动态

预测和抗噪声干扰能力，相较于FFRLS算法，EKF算法的参数更新过程更加稳健，预测性能最优，对应的平均绝对误差、平均绝对百分比误差和均方根误差指标分别降低了49.9%~58.9%、41.5%~53.5% 和30.8%~44.6%。研究结果可为大坝运行期变形动态预测和结构性态评估提供理论支撑。

关键词：大坝； 变形； 监控模型； 扩展卡尔曼滤波； 参数自适应

基于二次分解与SAXGBoost-LSTM的特高拱坝变形组合预测模型

张 义^{1, 2}，马得莲³，赵二峰^{1, 2}，黎 祎^{1, 2}

(1. 河海大学 水灾害防御全国重点实验室，江苏 南京 210098； 2. 河海大学 水资源高效利用与工程安全国家工程研究中心，江苏 南京 210098； 3. 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 310000)

摘要: 为提升特高拱坝变形预测精度，针对高坝体复杂受力特征、变形受多因素强耦合影响以及传统模型适配性不足等问题，提出一种基于变分模态分解与SAXGBoost-LSTM的组合预测模型。首先，采用模态分解与样本熵将变形实测序列解耦并分类为周期项、趋势项与残差序列。针对周期项与趋势项的时序特征，利用通过RRTO算法优化的SAXGBoost模型进行预测；其次，针对残差序列非线性特征强、高频波动显著的特点，对残差序列进行降噪后二次分解，再采用LSTM模型对分解后的残差子序列进行预测；最后，将各分量预测结果叠加，得到特高拱坝最终变形的预测值。应用实例表明，小波降噪结合二次分解能够高效识别并筛选残差序列中的有效信息，所建立的组合预测模型可充分挖掘特高拱坝变形与环境量之间的非线性关系，为特高拱坝运行性态预测提供了新思路。

关键词：特高拱坝； 变形； 变分模态分解； 残差序列； 二次分解； 组合预测模型

基于特征优化识别的混凝土坝裂缝开度预测模型研究

陈良捷^{1, 2, 3, 4}，李 焱^{1, 2, 3, 4}，李 洋⁵，李 萌^{1, 2, 3, 4}，熊家归^{1, 2, 3, 4}

(1. 江西省水利科学院，江西 南昌 330029； 2. 江西省水工安全工程技术研究中心，江西 南昌 330029； 3. 水旱灾害防御江西省重点实验室，江西 南昌 330029； 4. 江西省鄱阳湖流域生态水利技术创新中心，江西 南昌 330029；5. 长江科学院工程质量检测中心，湖北 武汉 430072)

摘要: 随着大坝运行年限增长，裂缝开度作为评估结构安全的核心指标，其演变机制具有高度非线性与时变性，如何高效挖掘并利用监测数据序列是目前大坝安全监控领域亟待解决的难题。为提升复杂环境影响下大坝裂缝开度拟合效果与预测精度，本研究引入双通道点乘注意力机制以增强关键环境变量的表达能力，并结合卷积神经网络的特征提取优势与长短时记忆网络的时间序列建模能力，实现了对多元环境信息的自适应加权学习，据此建立了基于特征优化识别的混凝土坝裂缝开度预测模型。工程实例结果表明，相较卷积神经网络与长短时记忆网络组合模型，所建模型拟合段和预测段决定系数分别提高7.9% 和15.0%，其中预测段决定系数较传统多元线性回归模型提高58.6%。本研究有效克服了多元因子干扰下的预测精度瓶颈，所建模型显著提高了裂缝演变趋势预测的准确性与鲁棒性，可为混凝土坝的安全预警、健康诊断及智能化运维提供工程参考。

关键词：混凝土坝； 裂缝开度； 监测序列； 特征优化识别； 预测模型

考虑材料空间变异性的胶凝砂砾石坝地震响应分析

喻 康¹，何卫平^{1, 2}，黄诗博¹，姚惠芹^{1, 2}

(1. 三峡大学 水利与环境学院，湖北 宜昌 443002； 2. 三峡大学 水电工程施工与管理湖北省重点实验室，湖北 宜昌 443002)

摘要: 胶凝砂砾石材料的离析现象导致其材料参数具有较强的空间变异性。为研究材料参数空间变异性对胶凝砂砾石坝地震响应的影响，首先采用Cholesky分解法和拉丁超立方抽样方法生成材料参数的随机场；然后考虑材料参数自相关距离的影响，基于中心点离散法将随机场参数赋值给Oyuk坝有限元模型；最后通过对比随机场模型和确定参数模型的计算结果，揭示材料参数空间变异性对大坝地震响应的影响。研究结果表明，当考虑材料参数空间变异性时，胶凝砂砾石坝的地震响应呈现出正态分布规律。材料参数空间变异性对胶凝砂砾石坝应力响应的影响较为显著，而对位移响应和加速度响应的影响相对较小。随着变异系数的增大，大坝地震响应的概率密度曲线形状呈现出变低和变宽的趋势。确定参数模型得到的响应结果，在随机场响应区间的位置存在差异，例如确定参数模型的加速度峰值响应在约2/3坝高以下位于响应区间的上限附近，而在约2/3坝高以

上逐渐移动至响应区间的中间部位。受鞭梢效应影响，随机场模型计算得到加速度峰值标准差在坝体下部较低，在坝体上部迅速增大至较高水平。随机场模型计算得到的第一主应力峰值在坝踵附近表现为受拉，其建基面受拉区的分布范围约为确定参数模型的68.9%~114.4%。

关键词：胶凝砂砾石坝； 参数空间变异性； 地震响应； 随机场模型； 变异系数

考虑地震持时影响下含减震层隧道的动力响应分析

张 荣^{1, 2}，叶 茂³

(1. 江苏省岩土工程有限公司，江苏 南京，210019； 2. 江苏省地质局第一地质大队，江苏 南京，210041； 3. 河海大学 土木与交通学院，江苏 南京，210098)

摘要: 为揭示不同地震持时对含减震层隧道抗震性能的影响，提出了基于叠加小波函数生成考虑持时影响的谱兼容地震动方法。通过建立某隧道有限元模型，考虑了有、无减震层的情况下不同持时地震动对隧道地震响应的影响。通过该谱兼容地震动方法生成了5种不同持时的地震动数据集，进行了有、无减震层隧道的动力响应分析。结果表明：该方法生成谱兼容地震动具有较小的拟合误差，能够与目标谱较好地匹配；地震动持时对隧道地震响应存在显著影响，随着地震动持时的增加，有、无减震层隧道的变形响应、应力响应和损伤都呈现出加剧趋势，长持时地震动下的响应结果更为分散。在不同持时的地震作用下，减震层隧道的变形响应和损伤的影响更为显著，最大持时地震下的变形响应比最小持时地震作用下的高出66.88%，其损伤高于50%，对应力响应的影响较小，仅高出10.12%，即长短持时地震动在有、无减震层隧道变形响应和损伤上的差异更为显著。研究结果可为考虑持时影响的隧道抗震分析提供参考。

关键词：地震持时； 谱兼容地震动； 隧道； 减震层； 动力响应分析

二维水流模型的多GPU并行计算研究

牛 帅¹，刘九夫²，李小红³，王 凯³，熊刘明⁴

(1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 2. 水利部南京水利水文自动化研究所，江苏 南京 210012； 3. 江苏省水利勘测设计研究院有限公司，江苏 扬州 225127； 4. 江苏苏咨工程咨询有限责任公司，江苏 南京 210003)

摘要: 针对二维水流模型计算效率慢的问题，本文采用多中央处理器（GPU）并行计算技术提升模型运算性能。基于统一计算设备架构并行计算平台，构建融合区域分解与交界连通的并行策略，将整体计算区域划分为若干计算子区域，保证各子区域网格数量与计算负载均衡，由独立GPU负责单个子区域的水动力求解；在相邻子区域的上下游交界处建立跨子区域数据交换机制，在每一时间步长内完成水位、流量等水力信息的同步传递，保证了全计算区域流场的连续一致性。选取长江干流澄通段作为工程算例开展二维水动力模拟，设置2万、11万、43万、113万共4种不同规模的计算网格，分析单GPU与多GPU方案的并行加速性能。以CPU串行程序耗时作为基准，在113万网格规模下，单GPU并行最大加速比可达约191倍，4块GPU协同并行的最大加速比约310倍。研究表明，本文提出的区域分解与交界连通并行策略，能够稳定实现二维水流模型的多GPU并行计算，显著缩短模型计算耗时，大幅提升计算效率。该并行方案在流域大尺度水动力模拟、河道洪水演进预报以及精细化水情分析等场景具备良好的工程应用价值。

关键词：二维水流模型； 区域分解； 并行策略； 多GPU 并行计算； 统一计算设备架构

基于混蓄电站运行的水源区水库水温结构模拟预测研究

唐嘉潞^{1, 2}，张 铭²，董小慧³，戚加欢²，冷 晴²，吴龙华¹

(1. 河海大学 水利水电学院，江苏 南京 210098； 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. 南京水科院瑞迪科技集团有限公司，江苏 南京 210029)

摘要: 混合式抽水蓄能电站（混蓄电站）作为清洁能源对实现我国“双碳”战略目标具有重要意义，然其日周期抽水-发电往复循环运行模式会扰动水体原有生态平衡，尤其对饮用水水源保护区等水环境敏感区域，水温影响需准确评估。本文选取钱塘江上游某混蓄电站为研究对象，基于CE-QUAL-W2模型构建立面二维水温数值模型，模拟典型枯水年库区水温演变过程，预测该电站运行期上下库区水温分层结构特征，并量化评估混蓄电站运行对库区水温结构的扰动影响。研究结果表明：该混蓄电站上游水库垂向水温高温期呈“混合-温跃-滞温-温跃-滞温”五层结构，低温期呈“混合-温跃-滞温”三层结构；下游水库分层特征较弱，无明显表温层和滞温层。与现状常规电站运行相比，混蓄电站运行后库区水温结构整体保持稳定，局部略有变化，上游水库高温期抽蓄口附近温跃层发生轻微波动，下游水库低温期坝前水温略升高约0.5℃。本文研究结果可为制定饮用水水源区水库生态友好调度方案及评价环境影响提供科学依据。

关键词：混合式抽水蓄能电站； 水源区水库； 水温结构； 温跃层； 立面二维水温数值模型