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  • 水利学报
  • 2019年 第50卷 第12期
  • 出刊日期:2019-12-30
《水利学报》创刊于1956年,是中国水利学会、中国水利水电科学研究院、中国大坝工程学会主办的综合性学术刊物,是水利行业创刊最早、国内外最具影响的学术期刊,在水利工程类核心期刊中排第一位,被国内外多家检索系统收录。《水利学报》刊登反映水利、水电、水运领域较高水平的学术论文、专题综述和工程技术总结,开展学术论文的讨论和评论,介绍国内外科技动态和消息。主要专业范围包括:水文及水资源、防洪减灾、灌溉排水、水力学、泥沙、河港水运、岩土工程、水工结构及材料、水利水电施工及监理、水力机电、水利经济、水环境、水利史研究等。

2019年第50卷第12期

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  • 高土石坝-地基动力相互作用的影响研究
    孔宪京,周晨光,邹德高,余翔
    我国土石坝建设高度已迈入300 m级,其体积和质量巨大,坝-基交界覆盖区域(建基面)沿顺河向长可超千米,且筑坝材料具有非线性特性,地震时的坝-基动力相互作用问题越发受到工程界的关注,亟待开展系统研究。本文以我国已建和拟建的若干代表性高土石坝工程为背景,采用波动分析方法考虑坝-基动力相互作用,系统地讨论了地基截取范围的影响,并通过与传统振动分析方法对比,研究了坝-基动力相互作用对大坝地震反应的影响。结果表明:高土石坝的地震反应计算采用波动分析方法更符合实际;在考虑坝-基动力相互作用时,建议地基截取范围取坝-基交界面顺河向长度的0.3~0.5倍(面板坝时约1.0H~1.5H,心墙坝时约1.2H~1.8HH表示坝高);与振动分析方法相比,波动分析方法获得的坝体加速度极值降幅约为10%~40%,动位移极值降幅约为10%~50%,面板动应力极值降幅:拉应力约为20%~40%,压应力约为15%~30%。可见,坝-基动力相互作用的影响是显著的,振动分析方法不能反映地震对大坝作用的实际情况,高估了大坝的地震反应,从而低估大坝的极限抗震能力。
    2019  Vol.  50(12):    1417-1432    [摘要](521)    [PDF](360)
  • 三门峡水库时空冲淤与滞后响应
    郑珊,吴保生,侯素珍,吕宜卫
    基于三门峡水库1960-2016年水沙和冲淤资料,本文分析了水库纵向与横向、年内与年际、时间与空间上的冲淤演变规律。结果表明:三门峡水库的冲淤过程可大致分为1960-1969年快速淤积、1970-1973年快速冲刷、1974-2002年缓慢淤积和2003-2016缓慢冲刷4个阶段;库区冲淤是上游来水来沙与下游水库运用协同作用的结果,1974年水库蓄清排浑运用前,主要受水库运用引起的溯源冲淤的影响,之后水沙作用增强。溯源冲淤向上游传播过程中冲淤幅度逐渐减小,溯源冲刷的影响时间相对较短,而溯源淤积的影响时长向上游不断延长,上游回水区河道溯源淤积累计量达到最大值的时间明显滞后于库区河道,当库水位开始下降及库区河道开始冲刷时,上游回水区仍可处于溯源淤积的影响之下。改进了河床演变的滞后响应模型,得到了权重归一化的滞后响应模型,克服了原有模型中特征量平衡值的权重之和小于1而可能对平衡值进行偏大估计的缺点。采用改进后的模型建立了三门峡水库累计淤积量的计算方法,该方法可较好模拟三门峡水库蓄清排浑运用以来的冲淤演变过程,计算精度较高。
    2019  Vol.  50(12):    1433-1445    [摘要](255)    [PDF](201)
  • 基于无网格界面模拟方法的面板坝防渗体跨尺度分析
    邹德高,龚瑾,孔宪京,刘京茂,屈永倩
    混凝土面板作为面板坝关键的防渗结构,其安全性态至关重要。由于防渗面板与堆石体尺寸相差悬殊,如何在保证面板高精度模拟的前提下提高计算效率是一个亟待解决的难题。通过引入背景网格线及径向插值函数(RPIM),开发了基于无网格的界面模拟方法,实现了界面两侧节点自由分布,克服了Goodman单元点对点的限制。该方法可灵活地连接两侧不同尺寸的面板及堆石体网格,进而建立面板与垫层跨尺度分析模型。同时采用"面向对象"及"超单元"技术将该方法集成到自主开发的GEODYNA计算平台中,实现了与传统有限元法的无缝耦合,并可应用界面弹塑性本构模型模拟堆石和面板复杂的接触关系。在此基础上,通过引入虚节点进一步提高了径向插值函数(RPIM)在边界附近的模拟精度。研究表明,基于无网格的非点对点界面模拟方法可高效、灵活地实现面板坝跨尺度分析,在保证高精度的前提下大幅度降低自由度和提高计算效率。本文研究方法可以很容易地扩充到三维问题,并为面板坝面板精细化损伤演化分析提供有力的技术手段。
    2019  Vol.  50(12):    1446-1453,1466    [摘要](193)    [PDF](151)
  • 海河干流汛期动态水环境容量计算研究
    孙冬梅,程雅芳,冯平
    海河干流是一个典型的平原缓滞流型河道,水体自净能力低,且汛期大量污染物随降雨径流汇入,水污染问题严重。水环境容量的计算是实施污染控制的基础,对水环境质量管理方案的制订具有重要意义。在汛期,海河干流受降雨径流和闸门控制等因素的多重影响,其水位、流量、水质等要素随时间变化十分复杂。为此,提出基于水动力水质模型的河流动态水环境容量计算方法,计算了海河干流4个控制单元汛期COD、TN、TP的水环境容量。结果表明:海河干流水体污染严重,各控制单元现状条件下TN及TP几乎没有可利用的水环境容量。在此基础上,对天津市中心城区及环城四区选取透水铺装、下凹绿地、绿色屋顶和生物滞留设施等4种措施进行低影响开发改造,并在SWMM模型中模拟改造效果。改造后,研究区域内COD、TN、TP入河量的削减率分别达到39.5%,35.7%,35.9%,且各个控制单元汛期水环境容量均有明显提高。研究结果可为海河干流水环境质量管理提供依据,为缓解降雨径流污染、改善水环境质量提供技术支撑。
    2019  Vol.  50(12):    1454-1466    [摘要](245)    [PDF](159)
  • 贝叶斯概率水文预报研究进展与展望
    刘章君,郭生练,许新发,成静清,钟逸轩,巴欢欢
    水文预报不可避免地存在着输入、水文模型参数和结构等不确定性,导致预报结果也具有不确定性。因此,定量估计水文预报的不确定性,实现概率水文预报,不仅可得到比确定性预报更高的精度,而且还能为决策者提供更丰富的预报信息。本文根据不确定性来源的不同,从输入资料、模型结构、模型参数和综合不确定性等方面,详细综述了贝叶斯水文概率预报的研究进展,归纳了精度评定指标和效果检验方法,并展望了贝叶斯概率水文预报未来的研究重点和方向:(1)科学有效地解释、沟通和传播水文预报不确定性信息和概率水文预报产品;(2)建立水文集合概率预报框架,估计并降低水文预报的总不确定性;(3)开展考虑预报变量时空相关性的贝叶斯概率水文预报研究;(4)深入推动概率水文预报信息在风险决策中的应用。
    2019  Vol.  50(12):    1467-1478    [摘要](261)    [PDF](207)
  • 水库缺氧区时空演化特征及驱动因素分析
    刘畅,刘晓波,周怀东,王世岩,李步东
    湖库水体在热分层时期的缺氧现象将严重影响底层水体水质,破坏底层水生生物栖息环境,导致湖库整体水质及生态环境质量的下降。本文以引滦入津源头工程大黑汀水库为例,研究了水库热分层及缺氧区的时空演化特征,识别了在一定的水质及底质污染状况条件下,水库缺氧区形成与演化的主要驱动因素。研究表明,大黑汀水库缺氧现象出现时间为每年6月份至10月份,最严重时全库有60%的回水区域会出现缺氧问题,坝前延伸距离可达12.0 km。缺氧区内水体溶解氧浓度低于2.0 mg/L。研究认为,热分层状况是决定水体溶解氧状况及缺氧区演化的主要驱动因素;藻类浓度通过对溶解氧结构及底层水体耗氧条件的影响驱动了缺氧区的年内演化规律;水库的地形条件变化是水体缺氧区形成的重要辅助性因素;水动力学条件则主要影响水库缺氧区的稳定性。
    2019  Vol.  50(12):    1479-1490    [摘要](186)    [PDF](134)
  • 基于比例边界有限元广义形函数方法模拟混凝土裂纹扩展问题
    章鹏,杜成斌,张德恒
    本文提出了考虑侧面荷载存在的比例边界有限元广义形函数。该广义形函数具有自然满足单元交界面连续性的优点,采用该方法研究了混凝土黏聚裂纹的扩展问题。在裂纹扩展步中采用线性渐进叠加假设,在断裂过程区,裂尖单元以及非裂尖单元中的黏聚力采用广义形函数以等效荷载的形式统一施加在单元节点上,比以往的插入界面单元或者特解方法来模拟断裂过程区的黏聚力更为简便。另外,本文采用多边形比例边界有限元网格重划分技术对混凝土裂纹扩展问题进行数值模拟,并通过两个典型算例进行了验证。对裂纹扩展路径、荷载-位移曲线以及黏聚力分布进行了分析比较,并对网格敏感性进行了研究,结果表明采用SBFEM广义形函数方法模拟混凝土黏聚裂纹扩展具有准确性和高效性。
    2019  Vol.  50(12):    1491-1501    [摘要](162)    [PDF](107)
  • 鄱阳湖枯季水位变化对越冬水鸟生境面积的定量影响
    陈炼钢,陈黎明,贾建伟,徐祎凡,栾震宇,施勇
    长江及鄱阳湖水系上游水库群运用后鄱阳湖枯季水文节律出现新的变化,给湿地水鸟越冬造成尚不明晰的潜在影响。为量化枯季水位变化对鄱阳湖越冬水鸟生境面积的影响,基于EFDC水动力学模型和生境适宜度曲线,构建了鄱阳湖枯季越冬水鸟栖息地数值模拟模型;以水深作为关键生境因子,对三峡水库175 m试验性蓄水后鄱阳湖枯季越冬水鸟潜在生境面积变化进行了连续模拟;以越冬水鸟数量峰值期(12月和1月)为关键时段,建立了越冬水鸟潜在适宜生境面积和浅水区(≤ 60 cm)面积变化与水位的三段式定量响应函数,提出了星子站水位11.70 m左右时越冬水鸟潜在生境面积将达到最大。三峡水库运用后鄱阳湖枯季越冬水鸟潜在适宜生境及浅水区面积均保持总体稳定,其均值相比运用前仅略增加1.02%和1.97%;扰动幅度明显减小,序列标准差在三峡水库运用后减小近50%。针对拟建的鄱阳湖水利枢纽工程,分析了不同水位调控方案下枯季越冬水鸟潜在生境面积的变化,结果显示补偿调节期特别是越冬候鸟数量峰值期内鄱阳湖水位不宜超过12.5 m,11~12 m之间对越冬水鸟保护影响最小,其潜在生境面积相比最大值偏小幅度可控制在10%以内。成果明晰了枯季水位变化对鄱阳湖越冬水鸟潜在生境面积的定量影响规律,为江湖新水沙条件下鄱阳湖枯季生态水位保障提供了量化依据。
    2019  Vol.  50(12):    1502-1509    [摘要](188)    [PDF](135)
  • 考虑场次降雨年际变化特征的年径流总量控制率准确核算
    杨默远,潘兴瑶,刘洪禄,于磊,邸苏闯,张宇航
    降雨资料的合理选取是进行年径流总量控制率统计分析的重要基础,直接影响到年径流总量控制率-设计降雨量对应关系的准确性。本文以北京市海绵城市试点区1951-2016年长序列场次降雨数据为例,定量分析了场次降雨划分方法和场次降雨序列年际变化对年径流总量控制率的影响。结果表明,较人为划分的日降雨数据而言,场次降雨数据能够更加真实地反映场次降雨特征。日降雨数据计算得到的设计降雨量整体偏低约14%,对于85%的年径流总量控制率条件,设计降雨量偏低5.9 mm。通过对6个场次降雨特征值进行M-K突变和趋势检验,将北京市海绵城市试点区的场次降雨序列划分为3个阶段,针对各阶段分别核算年径流总量控制率-设计降雨量关系,进而得到较为全面和客观的年径流总量控制率变化区间。因此,在数据资料允许的条件下,年径流总量控制率的核算应基于场次降雨数据进行,并在识别场次降雨序列年际变化特征的基础上,确定合理的年径流总量控制率变化区间,提高年径流总量控制率-设计降雨量对应关系计算结果的科学性,确保最优的海绵城市建设效果与合理的工程建设投入。
    2019  Vol.  50(12):    1510-1517,1528    [摘要](258)    [PDF](110)
  • 河套灌区耕地-荒地-海子间水盐运移规律及平衡分析
    王国帅,史海滨,李仙岳,郑倩,郭珈玮,王维刚
    内蒙古河套灌区引水量逐年减少,输入灌区的盐分无法有效排出,灌区内部盐分迁移规律发生了较大变化。针对此现状,通过2年现场观测试验,开展了耕地-荒地-海子间水力联系及水盐动态研究。采用土壤水动力学与溶质动力学方法,对耕地-荒地-海子系统分别构建水量和盐量平衡模型,进而揭示了耕地-荒地-海子系统间水分和盐分运移关系。结果显示:在作物生育期,土壤非饱和带及地下储水量∆S分别平均减少了35.05、138.2和195.7 mm,耕地、荒地和海子均处于水分消耗状态。基于Surfer软件Grid Vector Map与耕地-荒地-海子系统水量和盐量平衡模型,发现在2017年和2018年作物生育期,耕地地下水向荒地的迁移率平均值分别为78.75%和79%;荒地地下水向海子的迁移率平均值分别为44.3%和46.3%。耕地腾发量ET平均值比荒地和海子边界的分别高32%和29.15%,海子亏水631.2~706.3 mm,如果没有水分补给,海子将会面临干涸危险;在灌溉条件下,耕地地下水盐分平均增加861.45 kg/(hm2/a),耕地地下水迁移给荒地的平均盐量为3231.90 kg/(hm2/a),荒地地下水迁移给海子的平均盐量为3139.7 kg/(hm2/a)。研究结果为灌区水盐调控提供了基本依据。
    2019  Vol.  50(12):    1518-1528    [摘要](191)    [PDF](139)
  • BRR-SVR月降水量预测优化模型
    贺玉琪,王栋,王远坤
    受多种因素影响,水文时间序列具有非平稳性。研究时间序列的传统模型如ARMA对数据的平稳性有较高要求,不适用于非平稳水文时间序列的研究。近年来,机器学习算法越来越多地被应用于研究水文过程,本文将支持向量机回归(SVR)和贝叶斯岭回归(BRR)应用于月降水量的预测。运用小波变换对降水数据进行分解和重构,然后对各子序列进行相空间重构,运用校验数据从SVR和BRR中选取每个子序列上精度更高的模型,构建耦合支持向量机回归和贝叶斯岭回归的BRR-SVR优化模型,并与单一的BRR模型和SVR模型加以对比。以北京站、南京站和太湖流域7个雨量站为例,采用确定系数、平均绝对百分比误差和平均绝对误差3项指标评估各模型的预测性能,以相对误差图探讨三类模型之间的差异,计算结果验证优化模型的有效性。
    2019  Vol.  50(12):    1529-1536    [摘要](224)    [PDF](178)
  • 2019年总目次
    2019  Vol.  50(12):    1537-1541    [摘要](249)    [PDF](256)

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