南水北调与水利科技（中英文）
2023年第6期文章目次
2023(6):1041-1048.
摘要:
南水北调西线工程是构建我国“四横三纵”水资源配置的重大工程，全部依靠国家投资建设压力较大。贯彻 “两手发力”的要求，利用受水区丰富的风、光、土资源进行“调水+能（牧）、农（土）”综合开发，提出在调水基础 上构建多能互补清洁能源基地、黑山峡生态灌区与内流区光牧一体化基地的综合开发思路，缓解筹融资压力。研 究表明：将调水 80 亿m3方案与风、光、土资源开发结合，可实现清洁能源基地装机规模达 64105 万kW、黑山峡 生态灌区达 33.6 万hm2、光牧一体化基地养殖羊约 500 万只。据此提出西线工程综合开发的两种融资模式：一是 不考虑国家出资，以清洁能源全部利润用于一期工程建设和基本运行；二是按综合开发方案确定的清洁能源基地 建设规模，以电价补贴形式反哺西线工程
南水北调西线工程是构建我国“四横三纵”水资源配置的重大工程，全部依靠国家投资建设压力较大。贯彻 “两手发力”的要求，利用受水区丰富的风、光、土资源进行“调水+能（牧）、农（土）”综合开发，提出在调水基础 上构建多能互补清洁能源基地、黑山峡生态灌区与内流区光牧一体化基地的综合开发思路，缓解筹融资压力。研 究表明：将调水 80 亿m3方案与风、光、土资源开发结合，可实现清洁能源基地装机规模达 64105 万kW、黑山峡 生态灌区达 33.6 万hm2、光牧一体化基地养殖羊约 500 万只。据此提出西线工程综合开发的两种融资模式：一是 不考虑国家出资，以清洁能源全部利润用于一期工程建设和基本运行；二是按综合开发方案确定的清洁能源基地 建设规模，以电价补贴形式反哺西线工程
2023(6):1049-1054,1063.
摘要:
现阶段对国家水网的基础理论认知与系统性研究还较为薄弱，在很大程度上制约了国家水网的科学规划和 建设。为此，从国家水网的基础认知入手，分析网、水网和国家水网的基本概念，从水网结构、承载物、演进规律、 功能作用、类型划分等主要特征初步探索水网的基础性问题；提出以实现健康水循环为核心目标，以促进六大均 衡为基本准则和“确有需要、生态安全、可以持续”为重大工程论证原则的水网建设目标准则；展望未来水网发展 “六化”新趋势，以期在理论层面为科学构建国家水网提供支撑。
现阶段对国家水网的基础理论认知与系统性研究还较为薄弱，在很大程度上制约了国家水网的科学规划和 建设。为此，从国家水网的基础认知入手，分析网、水网和国家水网的基本概念，从水网结构、承载物、演进规律、 功能作用、类型划分等主要特征初步探索水网的基础性问题；提出以实现健康水循环为核心目标，以促进六大均 衡为基本准则和“确有需要、生态安全、可以持续”为重大工程论证原则的水网建设目标准则；展望未来水网发展 “六化”新趋势，以期在理论层面为科学构建国家水网提供支撑。
2023(6):1055-1063.
摘要:
全面总结国内外水网建设实践与相关研究进展，系统分析国家水网概念内涵、体系构成、功能结构、优势特 点，提出国家水网构建的基础理论与遵循原则。从普适含义和方法论角度，分析总体目标与基本策略的深刻涵义 和二者的辩证关系。在此基础上，从国家水网构建的建设任务与技术路线、基本理念与具体举措、水网“纲、目、 结”结构、水网层次体系、水网功能任务等角度，分析推进国家水网建设中需要重点把握的几方面关系，以期为国 家水网建设提供战略支撑及策略储备。
全面总结国内外水网建设实践与相关研究进展，系统分析国家水网概念内涵、体系构成、功能结构、优势特 点，提出国家水网构建的基础理论与遵循原则。从普适含义和方法论角度，分析总体目标与基本策略的深刻涵义 和二者的辩证关系。在此基础上，从国家水网构建的建设任务与技术路线、基本理念与具体举措、水网“纲、目、 结”结构、水网层次体系、水网功能任务等角度，分析推进国家水网建设中需要重点把握的几方面关系，以期为国 家水网建设提供战略支撑及策略储备。
2023(6):1064-1071,1079.
摘要:
为保障南水北调中线工程冬季输水安全，利用建立的总干渠全线一维水温模型，针对 350、280、210 和 150?m3/s?这 4 种不同输水流量方案，模拟分析各方案在强冷冬、冷冬、平冬和暖冬等典型冬季气象条件下总干渠 冬季输水保温效果，在此基础上提出总干渠冬季无冰盖大流量输水水温调控措施。结果表明：针对不同典型冬季 气象条件，在有限条件下采取无冰盖大流量输水调度运行方式，可不同程度缩短输水流动时长、减少沿程水体热 量损失，从而达到保温效果；在各典型冬季年份气象条件下，随着总干渠输水流量增大，沿程水温比降相应减缓， 明渠末端水温相应提升；在冬季气象条件适宜情况下，总干渠冬季采取无冰盖大流量输水水温调控措施，既有利 于减小水温降幅，同时也可有效解决冬季输水能力受限问题；建议根据总干渠中短期气温预报和水温预测情况， 在冷冬、平冬和暖冬等典型冬季气象条件下尽可能采取较大输水流量输水模式，在强冷冬气象条件下可分时段、 分渠段采用无冰盖大流量输水模式。
为保障南水北调中线工程冬季输水安全，利用建立的总干渠全线一维水温模型，针对 350、280、210 和 150?m3/s?这 4 种不同输水流量方案，模拟分析各方案在强冷冬、冷冬、平冬和暖冬等典型冬季气象条件下总干渠 冬季输水保温效果，在此基础上提出总干渠冬季无冰盖大流量输水水温调控措施。结果表明：针对不同典型冬季 气象条件，在有限条件下采取无冰盖大流量输水调度运行方式，可不同程度缩短输水流动时长、减少沿程水体热 量损失，从而达到保温效果；在各典型冬季年份气象条件下，随着总干渠输水流量增大，沿程水温比降相应减缓， 明渠末端水温相应提升；在冬季气象条件适宜情况下，总干渠冬季采取无冰盖大流量输水水温调控措施，既有利 于减小水温降幅，同时也可有效解决冬季输水能力受限问题；建议根据总干渠中短期气温预报和水温预测情况， 在冷冬、平冬和暖冬等典型冬季气象条件下尽可能采取较大输水流量输水模式，在强冷冬气象条件下可分时段、 分渠段采用无冰盖大流量输水模式。
2023(6):1072-1079.
摘要:
大型调水工程是实现水资源优化配置的关键，也是构建国家水网的基础，具有跨流域覆盖区域广、水工建筑 物种类多、运行工况复杂等特点。采用调查研究的方法分别对浙东引水工程、千岛湖配水工程、南水北调东线工 程等大型调水工程数字孪生关键内容如数据底板、模型库和知识引擎等建设现状进行调研，根据各自工程特点分 析其数字孪生建设的特色，总结上述大型调水工程数字孪生建设的经验。在此基础上分析南水北调后续工程数 字孪生建设要求，提出数字孪生南水北调工程建设的若干建议，为南水北调后续数字孪生工程建设提供参考。
大型调水工程是实现水资源优化配置的关键，也是构建国家水网的基础，具有跨流域覆盖区域广、水工建筑 物种类多、运行工况复杂等特点。采用调查研究的方法分别对浙东引水工程、千岛湖配水工程、南水北调东线工 程等大型调水工程数字孪生关键内容如数据底板、模型库和知识引擎等建设现状进行调研，根据各自工程特点分 析其数字孪生建设的特色，总结上述大型调水工程数字孪生建设的经验。在此基础上分析南水北调后续工程数 字孪生建设要求，提出数字孪生南水北调工程建设的若干建议，为南水北调后续数字孪生工程建设提供参考。
2023(6):1080-1088.
摘要:
南水北调工程受限于当时规划设计和信息化总体建设水平，存在输水调度不能与沿线受水区实现供需最优 配置，水质监测自动预警程度不高、水污染突发事件应急处置缺乏科学决策支持及工程安全风险不能主动精准预 警等问题。为解决上述问题，基于南水北调中线工程的建设现状和数字孪生技术特点，从框架设计、技术路线规 划 2 个方面提出数字孪生南水北调中线工程的总体建设思路，并且围绕工程安全、供水安全、水质安全的“四预” 需求，详细阐述实施路径和重点建设内容，为数字孪生南水北调中线工程建设提供重要参考。
南水北调工程受限于当时规划设计和信息化总体建设水平，存在输水调度不能与沿线受水区实现供需最优 配置，水质监测自动预警程度不高、水污染突发事件应急处置缺乏科学决策支持及工程安全风险不能主动精准预 警等问题。为解决上述问题，基于南水北调中线工程的建设现状和数字孪生技术特点，从框架设计、技术路线规 划 2 个方面提出数字孪生南水北调中线工程的总体建设思路，并且围绕工程安全、供水安全、水质安全的“四预” 需求，详细阐述实施路径和重点建设内容，为数字孪生南水北调中线工程建设提供重要参考。
2023(6):1089-1097.
摘要:
为破解高纬度地区长距离渠道冬季冰盖下输水能力不足的问题，以一个梯形断面尺寸一定的渠道模型为例， 利用数值模拟方法，分析气温、入渠水温、输水流量等热力和水力因子对冬季渠道水温沿程衰减的影响规律，并 采用多元拟合的方法提出适合该断面尺寸渠道的不冻长度公式。分析两种离线水库补水模式对渠道水体的温控 效果及补水流量、气温、补水水温对补水间距的影响，并将不冻长度公式用于补水间距的计算。研究表明：在接 近冰点的渠道断面，通过外调水入渠，能够延长渠道不冻长度，可在一定输水距离范围内避免渠道结冰，从而解决 长距离输水渠道冰期输水能力不足的问题。研究成果对长距离输水渠道冰害防治和冰期输水能力提升具有一定 参考价值。
为破解高纬度地区长距离渠道冬季冰盖下输水能力不足的问题，以一个梯形断面尺寸一定的渠道模型为例， 利用数值模拟方法，分析气温、入渠水温、输水流量等热力和水力因子对冬季渠道水温沿程衰减的影响规律，并 采用多元拟合的方法提出适合该断面尺寸渠道的不冻长度公式。分析两种离线水库补水模式对渠道水体的温控 效果及补水流量、气温、补水水温对补水间距的影响，并将不冻长度公式用于补水间距的计算。研究表明：在接 近冰点的渠道断面，通过外调水入渠，能够延长渠道不冻长度，可在一定输水距离范围内避免渠道结冰，从而解决 长距离输水渠道冰期输水能力不足的问题。研究成果对长距离输水渠道冰害防治和冰期输水能力提升具有一定 参考价值。
2023(6):1098-1108.
摘要:
为掌握南水北调中线工程沿线寒潮及区域极端低温时空变化规律，基于南水北调中线工程陶岔渠首至北拒 马河暗渠沿线 40?km 宽度范围内的 56 个气象站点 1960—2020 年日最低、最高气温数据资料，分析 5 个极端气候 指数时空变化规律，另外计算 9 个典型气象站 1960—2020 年寒潮发生频次，采用 Sen 斜率估计方法进一步分析 其变化趋势。结果表明：9 个典型气象站中，1960—2020 年 7 个气象站寒潮发生频次总体呈减少趋势；2 个气象站 寒潮发生频次总体呈下降趋势，但 2000 年以来呈现明显增多的异常趋势；邢台以北区域随纬度升高寒潮呈增多 趋势。对于极端气候指数 1960—2020 年 9 个气象站每年度日最低气温的最小值总体均呈现上升趋势，但 1990 年 以来保定站呈现不升反降的异常趋势，邢台、石家庄两站也基本不再上升，处于上升停滞状态；霜冻日数（每年度 日最低气温<0℃ 的天数）、冰冻日数（每年度日最高气温<0℃ 的天数）、冷夜（最低气温<10% 分位值的天数）等极 端气候指数总体呈现不同的下降趋势，但邢台以北等站点也呈现不降反升或者下降停滞的异常状态。从空间变 化趋势上来看，各气候指数相互之间未呈现整体上一致性的变化规律，冰冻日数沿南水北调中线从南到北下降速 率总体呈加快趋势。
为掌握南水北调中线工程沿线寒潮及区域极端低温时空变化规律，基于南水北调中线工程陶岔渠首至北拒 马河暗渠沿线 40?km 宽度范围内的 56 个气象站点 1960—2020 年日最低、最高气温数据资料，分析 5 个极端气候 指数时空变化规律，另外计算 9 个典型气象站 1960—2020 年寒潮发生频次，采用 Sen 斜率估计方法进一步分析 其变化趋势。结果表明：9 个典型气象站中，1960—2020 年 7 个气象站寒潮发生频次总体呈减少趋势；2 个气象站 寒潮发生频次总体呈下降趋势，但 2000 年以来呈现明显增多的异常趋势；邢台以北区域随纬度升高寒潮呈增多 趋势。对于极端气候指数 1960—2020 年 9 个气象站每年度日最低气温的最小值总体均呈现上升趋势，但 1990 年 以来保定站呈现不升反降的异常趋势，邢台、石家庄两站也基本不再上升，处于上升停滞状态；霜冻日数（每年度 日最低气温<0℃ 的天数）、冰冻日数（每年度日最高气温<0℃ 的天数）、冷夜（最低气温<10% 分位值的天数）等极 端气候指数总体呈现不同的下降趋势，但邢台以北等站点也呈现不降反升或者下降停滞的异常状态。从空间变 化趋势上来看，各气候指数相互之间未呈现整体上一致性的变化规律，冰冻日数沿南水北调中线从南到北下降速 率总体呈加快趋势。
2023(6):1109-1115.
摘要:
为探讨南水北调中线工程中渠水温度与沿途气温之间的关系，采用等距抽样方法，从南到北在南水北调中 线节制闸中选取 7 座节制闸作为分析样本，收集统计 2022 年 11 月 15 日—2023 年 2 月 28 日所选节制闸的水温信 息和所在地的气温信息。结果表明：7 座节制闸的冬季水温变化趋势和 15?日移动平均气温变化相似；对南水北调 中线上游段水温减去沿线 15?日气温差形成的数据与下游段水温数据进行对比，计算得到的皮尔逊相关系数均在 0.95 以上，相关性显著；在冬季，跨流域调水工程从南到北（上游到下游）的 15?日移动平均气温差是反映水体热量 损失的主要表现形式。研究结果可为跨流域调水工程调整冰期输水调度策略、预防冰冻灾害提供理论依据。
为探讨南水北调中线工程中渠水温度与沿途气温之间的关系，采用等距抽样方法，从南到北在南水北调中 线节制闸中选取 7 座节制闸作为分析样本，收集统计 2022 年 11 月 15 日—2023 年 2 月 28 日所选节制闸的水温信 息和所在地的气温信息。结果表明：7 座节制闸的冬季水温变化趋势和 15?日移动平均气温变化相似；对南水北调 中线上游段水温减去沿线 15?日气温差形成的数据与下游段水温数据进行对比，计算得到的皮尔逊相关系数均在 0.95 以上，相关性显著；在冬季，跨流域调水工程从南到北（上游到下游）的 15?日移动平均气温差是反映水体热量 损失的主要表现形式。研究结果可为跨流域调水工程调整冰期输水调度策略、预防冰冻灾害提供理论依据。
2023(6):1116-1125.
摘要:
南水北调中线工程通常以闸前常水位调度运行，而水位在闸门调控影响下多数处于非平稳状态，探索其变 化规律对于监测数据和研究方法均有一定限制和要求。监测数据方面，针对大量的高频监测数据选取均值滤波、 滑动平均值滤波、递推中位值平均滤波法、滑动小波变换进行数据预处理，提高数据质量、增强数据预测的可行 性。研究方法层面，以 BP 神经网络模型和长短期记忆（long?short-term?memory,LSTM）网络模型为主体框架，以水 动力模型的模拟数据为辅助支撑，对比单神经网络在不同工况下的预测效果，输出水动力-神经网络组合预测结果。 结果表明：数据预处理是数据分析和预测的必要环节，高频数据滤波处理再预测可以提高数据预测的精度；均值 滤波、递推中位数均值滤波方式对数据预处理的效果最好，指标合理时滤后决定系数（R2）精度均超过 0.95，且均 方根误差（RMSE）和平均绝对误差（MAE）不超过 0.02，准确性高；基于滤后数据进行模型构建，通过对比数据驱动 模型和数据-机理双重驱动模型的计算结果，R2维持在 0.98 附近，RMSE、MAE 维持在 0.01 左右，耦合模型具有更 好的稳定性和准确性。
南水北调中线工程通常以闸前常水位调度运行，而水位在闸门调控影响下多数处于非平稳状态，探索其变 化规律对于监测数据和研究方法均有一定限制和要求。监测数据方面，针对大量的高频监测数据选取均值滤波、 滑动平均值滤波、递推中位值平均滤波法、滑动小波变换进行数据预处理，提高数据质量、增强数据预测的可行 性。研究方法层面，以 BP 神经网络模型和长短期记忆（long?short-term?memory,LSTM）网络模型为主体框架，以水 动力模型的模拟数据为辅助支撑，对比单神经网络在不同工况下的预测效果，输出水动力-神经网络组合预测结果。 结果表明：数据预处理是数据分析和预测的必要环节，高频数据滤波处理再预测可以提高数据预测的精度；均值 滤波、递推中位数均值滤波方式对数据预处理的效果最好，指标合理时滤后决定系数（R2）精度均超过 0.95，且均 方根误差（RMSE）和平均绝对误差（MAE）不超过 0.02，准确性高；基于滤后数据进行模型构建，通过对比数据驱动 模型和数据-机理双重驱动模型的计算结果，R2维持在 0.98 附近，RMSE、MAE 维持在 0.01 左右，耦合模型具有更 好的稳定性和准确性。
2023(6):1126-1133.
摘要:
引江补汉工程段中控制方案将控制闸设置在 164?km 处，以避免局部段内压过高的问题，主要从水动力特性 的角度论证洞线总体布置及控制闸布置与体型的合理性。采用一、三维数学模型与物理模型相结合的复合模型 开展相关研究：一维水锤数学模型用于闸门启闭过程的全线水力过渡过程分析，通过优化计算，得到相对较优的 闸门启闭过程，同时为控制闸段的三维数模与物理模型提供边界条件；三维水气两相流数学模型与物理模型模拟 分析闸室与调流池流态与水面波动、中孔溢流面压力分布等水力指标，同时为一维数学模型提供控制闸泄流能力 曲线。结果表明：当控制中孔弧形门以先慢后快的三阶段变速率过程开启时，可将全线的最大水锤压力压值在规 程允许范围内；中孔溢流面压力分布正常，调流池内水体消能充分，下有压洞进口前沿水面波动较小，未见吸气旋 涡等不利流态。引江补汉工程工程采用段中分层减压控制的总体方案是可行的，控制闸布置与体型合理，研究方 法可供类似工程参考。
引江补汉工程段中控制方案将控制闸设置在 164?km 处，以避免局部段内压过高的问题，主要从水动力特性 的角度论证洞线总体布置及控制闸布置与体型的合理性。采用一、三维数学模型与物理模型相结合的复合模型 开展相关研究：一维水锤数学模型用于闸门启闭过程的全线水力过渡过程分析，通过优化计算，得到相对较优的 闸门启闭过程，同时为控制闸段的三维数模与物理模型提供边界条件；三维水气两相流数学模型与物理模型模拟 分析闸室与调流池流态与水面波动、中孔溢流面压力分布等水力指标，同时为一维数学模型提供控制闸泄流能力 曲线。结果表明：当控制中孔弧形门以先慢后快的三阶段变速率过程开启时，可将全线的最大水锤压力压值在规 程允许范围内；中孔溢流面压力分布正常，调流池内水体消能充分，下有压洞进口前沿水面波动较小，未见吸气旋 涡等不利流态。引江补汉工程工程采用段中分层减压控制的总体方案是可行的，控制闸布置与体型合理，研究方 法可供类似工程参考。
2023(6):1134-1144.
摘要:
基于超参数自动率定的 GRA-NARX（grey?relation?analysis-nonlinear?autoregressive?model?with?exogenous?inputs） 模型是 GRA-NARX 模型的一种有效改进。以南水北调东线一期工程洪泽泵站为例，使用基于超参数自动率定的 GRA-NARX 模型，针对 1?h 和 2?h 时间间隔的输入数据，分别预测 3 个短预见期（2?h、4?h、6?h）和 1 个长预见期（12?h） 的泵站站前水位，并与 GRA-BP（grey?relation?analysis-back?propagation）模型的预测结果进行比较。结果表明：不同 预见期（2?h、4?h、6?h、12?h）下，基于超参数自动率定的 GRA-NARX 模型的相关系数、均方根误差和平均绝对误差 等指标均相差不大，预测精度高，且皆优于 GRA-BP 模型；采用 1?h 时间间隔的输入数据预测结果优于 2?h 时间间 隔的输入数据结果。研究成果可为不同预见期泵站站前水位预测提供理论参考。
基于超参数自动率定的 GRA-NARX（grey?relation?analysis-nonlinear?autoregressive?model?with?exogenous?inputs） 模型是 GRA-NARX 模型的一种有效改进。以南水北调东线一期工程洪泽泵站为例，使用基于超参数自动率定的 GRA-NARX 模型，针对 1?h 和 2?h 时间间隔的输入数据，分别预测 3 个短预见期（2?h、4?h、6?h）和 1 个长预见期（12?h） 的泵站站前水位，并与 GRA-BP（grey?relation?analysis-back?propagation）模型的预测结果进行比较。结果表明：不同 预见期（2?h、4?h、6?h、12?h）下，基于超参数自动率定的 GRA-NARX 模型的相关系数、均方根误差和平均绝对误差 等指标均相差不大，预测精度高，且皆优于 GRA-BP 模型；采用 1?h 时间间隔的输入数据预测结果优于 2?h 时间间 隔的输入数据结果。研究成果可为不同预见期泵站站前水位预测提供理论参考。
2023(6):1145-1151,1158.
摘要:
为保证调流调压阀运行安全稳定，从阀门水力设计、安装高程确定及运行调度等方面提出阀门水力特性的 优化措施。分析调流调压阀临界汽蚀系数及汽蚀装置系数确定方法，借鉴水轮机汽蚀力学判据的概念，推导出阀 门安装高程的计算公式。采集在线调流调压阀运行数据，绘制真机流量系数与开度特性曲线，对阀门水力设计进 行验证和校核。结果表明：阀门开度大于 45.3% 时流量系数实测值与设计曲线基本一致，但在小开度段偏差稍大； 现场试验过程中阀门运行平稳，噪声在 90?dB（A）以下，振动幅度也在较小范围内，进一步验证了调流调压阀水力 特性优化设计及安装高程确定方法的合理性。
为保证调流调压阀运行安全稳定，从阀门水力设计、安装高程确定及运行调度等方面提出阀门水力特性的 优化措施。分析调流调压阀临界汽蚀系数及汽蚀装置系数确定方法，借鉴水轮机汽蚀力学判据的概念，推导出阀 门安装高程的计算公式。采集在线调流调压阀运行数据，绘制真机流量系数与开度特性曲线，对阀门水力设计进 行验证和校核。结果表明：阀门开度大于 45.3% 时流量系数实测值与设计曲线基本一致，但在小开度段偏差稍大； 现场试验过程中阀门运行平稳，噪声在 90?dB（A）以下，振动幅度也在较小范围内，进一步验证了调流调压阀水力 特性优化设计及安装高程确定方法的合理性。
2023(6):1152-1158.
摘要:
针对聚氨酯灌浆材料在引调水隧洞不良地质体堵水加固处理中存在造价较高和力学强度较低等问题，采用 水玻璃对聚氨酯材料改性，制备改性油溶性聚氨酯，研究多苯基多亚甲基多异氰酸酯（PAPI）、水玻璃和催化剂添 加量对材料抗压强度的影响，通过扫描电镜（SEM）和傅里叶变换红外光谱（FI-IR）测试，研究改性聚氨酯的结构对 性能的影响规律。结果表明：PAPI、水玻璃和催化剂添加量对试样强度影响大小顺序为水玻璃>催化剂>PAPI；当m（PAPI）∶m（水玻璃）∶m（催化剂）=20∶20∶1 时，纯固化体抗压强度达到 49.5?MPa，结石体抗压强度达到 16.5?MPa，优于其 他同类产品。进一步微观分析结果表明：改性后的聚氨酯材料表面均匀，无明显微裂纹，各部分连接为较好的整 体；随着水玻璃用量的增加，波数在 1050?cm?1附近的红外特征吸收峰逐渐增强，聚合物链段中引入了无机 Si—O 键，该结构提高了聚氨酯的抗压强度。采用水玻璃改性制备的聚氨酯降低了使用成本，提高了材料力学强 度，有望在引调水工程隧洞破碎围岩堵水加固处理中推广应用。
针对聚氨酯灌浆材料在引调水隧洞不良地质体堵水加固处理中存在造价较高和力学强度较低等问题，采用 水玻璃对聚氨酯材料改性，制备改性油溶性聚氨酯，研究多苯基多亚甲基多异氰酸酯（PAPI）、水玻璃和催化剂添 加量对材料抗压强度的影响，通过扫描电镜（SEM）和傅里叶变换红外光谱（FI-IR）测试，研究改性聚氨酯的结构对 性能的影响规律。结果表明：PAPI、水玻璃和催化剂添加量对试样强度影响大小顺序为水玻璃>催化剂>PAPI；当m（PAPI）∶m（水玻璃）∶m（催化剂）=20∶20∶1 时，纯固化体抗压强度达到 49.5?MPa，结石体抗压强度达到 16.5?MPa，优于其 他同类产品。进一步微观分析结果表明：改性后的聚氨酯材料表面均匀，无明显微裂纹，各部分连接为较好的整 体；随着水玻璃用量的增加，波数在 1050?cm?1附近的红外特征吸收峰逐渐增强，聚合物链段中引入了无机 Si—O 键，该结构提高了聚氨酯的抗压强度。采用水玻璃改性制备的聚氨酯降低了使用成本，提高了材料力学强 度，有望在引调水工程隧洞破碎围岩堵水加固处理中推广应用。
2023(6):1159-1164.
摘要:
受运行时长、安装位置等多种因素影响，水泵装置理论特性曲线难以准确描述实际抽水装置的运行特性，导 致通过以其为基础所构建的泵站优化模型计算得到的运行方案偏离实际。基于水泵理论曲线提出数据和机理双 重驱动的参数辨识方法校正水泵装置特性曲线，通过对实测数据进行多项式拟合校正装置效率曲线，以实测数据 诱导转速理论曲线整体平移可实现装置转速曲线的校正。以南水北调东线工程的泗洪泵站为例，构建考虑机组 差异特性的泵站优化模型。结果表明：经过校正，效率曲线与实测数据的符合程度从校正前的 0.60 提升至 0.99， 转速曲线与实际的平均绝对误差比校正前降低了 0.23?r/min；基于装置特性曲线校正的差异特性站内优化分配方 案更加贴近实际运行情况，相比历史运行方案平均降低 10.1% 的能耗，可实现泵站高效运行与调度目标的精细控 制。利用实际运行数据对泵组装置特性曲线进行校正可有效加强泵站优化分配方案对实际调度的指导作用。
受运行时长、安装位置等多种因素影响，水泵装置理论特性曲线难以准确描述实际抽水装置的运行特性，导 致通过以其为基础所构建的泵站优化模型计算得到的运行方案偏离实际。基于水泵理论曲线提出数据和机理双 重驱动的参数辨识方法校正水泵装置特性曲线，通过对实测数据进行多项式拟合校正装置效率曲线，以实测数据 诱导转速理论曲线整体平移可实现装置转速曲线的校正。以南水北调东线工程的泗洪泵站为例，构建考虑机组 差异特性的泵站优化模型。结果表明：经过校正，效率曲线与实测数据的符合程度从校正前的 0.60 提升至 0.99， 转速曲线与实际的平均绝对误差比校正前降低了 0.23?r/min；基于装置特性曲线校正的差异特性站内优化分配方 案更加贴近实际运行情况，相比历史运行方案平均降低 10.1% 的能耗，可实现泵站高效运行与调度目标的精细控 制。利用实际运行数据对泵组装置特性曲线进行校正可有效加强泵站优化分配方案对实际调度的指导作用。
2023(6):1165-1173.
摘要:
针对引汉济渭工程秦岭引水隧洞岭北段频繁产生岩爆灾害、原支护结构破坏等问题，对秦岭引水隧洞岭北 段进行地质勘测调查，分析隧道围岩岩爆破坏特征及破坏模式，开展超深隧洞岩爆三维负泊松比（negative Poisson’s?ration，NPR）高应力补偿支护体系研究工作。采用现场勘查等方法，对隧道地质条件及岩爆破坏成因进 行分析，并采用对比试验的思想设计出秦岭引水隧洞岭北段岩爆监测预警试验方案，提出以微观 NPR 锚杆为核心 的三维 NPR 高应力补偿支护体系；通过现场试验分析新支护体系下围岩岩爆控制程度及其支护效果。结果表明： 以微观 NPR 锚杆为核心的三维 NPR 高应力补偿支护体系能有效控制隧道围岩岩爆灾害发生，新支护体系试验段 微震能量、频次均明显降低，爆坑深度、钢拱架受力和变形量明显减小。研究成果可为超深隧道岩爆灾害的防治 提供参考。
针对引汉济渭工程秦岭引水隧洞岭北段频繁产生岩爆灾害、原支护结构破坏等问题，对秦岭引水隧洞岭北 段进行地质勘测调查，分析隧道围岩岩爆破坏特征及破坏模式，开展超深隧洞岩爆三维负泊松比（negative Poisson’s?ration，NPR）高应力补偿支护体系研究工作。采用现场勘查等方法，对隧道地质条件及岩爆破坏成因进 行分析，并采用对比试验的思想设计出秦岭引水隧洞岭北段岩爆监测预警试验方案，提出以微观 NPR 锚杆为核心 的三维 NPR 高应力补偿支护体系；通过现场试验分析新支护体系下围岩岩爆控制程度及其支护效果。结果表明： 以微观 NPR 锚杆为核心的三维 NPR 高应力补偿支护体系能有效控制隧道围岩岩爆灾害发生，新支护体系试验段 微震能量、频次均明显降低，爆坑深度、钢拱架受力和变形量明显减小。研究成果可为超深隧道岩爆灾害的防治 提供参考。
2023(6):1174-1183.
摘要:
运用故障树分析法对引江济淮工程（河南段）泵站系统长期服役主要风险源及作用关系进行识别，以归纳的 风险要素类别为基础，采用层析分析法和专家咨询法依次确定泵站系统长期服役风险评估指标、指标权重和风险 率等级赋分标准，建立引江济淮工程（河南段）泵站系统长期服役风险评估方法；基于收集的泵站系统工程特性、 防洪设计参数等资料，运用构建的评估方法对袁桥、赵楼、试量、后陈楼和七里桥泵站长期服役风险进行评估。 结果表明：各级泵站长期服役风险率均在（1，2] 级，总体风险较低。然而，由于泵站多为串联关系且上游泵站的设 计规模往往大于下游泵站，一旦上游泵站失效，下游泵站均受影响，泵站设计规模的空间差异和结构关系将显著 增加系统运行风险，在后续的风险控制及运行管理中需加以重视。
运用故障树分析法对引江济淮工程（河南段）泵站系统长期服役主要风险源及作用关系进行识别，以归纳的 风险要素类别为基础，采用层析分析法和专家咨询法依次确定泵站系统长期服役风险评估指标、指标权重和风险 率等级赋分标准，建立引江济淮工程（河南段）泵站系统长期服役风险评估方法；基于收集的泵站系统工程特性、 防洪设计参数等资料，运用构建的评估方法对袁桥、赵楼、试量、后陈楼和七里桥泵站长期服役风险进行评估。 结果表明：各级泵站长期服役风险率均在（1，2] 级，总体风险较低。然而，由于泵站多为串联关系且上游泵站的设 计规模往往大于下游泵站，一旦上游泵站失效，下游泵站均受影响，泵站设计规模的空间差异和结构关系将显著 增加系统运行风险，在后续的风险控制及运行管理中需加以重视。
2023(6):1184-1193,1203.
摘要:
考虑当前发展阶段引调水工程投资回报率较低、水价普遍难以覆盖建设运营成本的实际，提出“调水+”新 模式，以期通过多重项目功能，发挥综合效益实现总体平衡，解决单一引调水工程当前水价条件下市场化运作困 难的问题。为科学计算“调水+”模式产生的经济效益，主要采用单方调水成本比较法，分别以引调水工程结合纯 抽水蓄能电站以及结合非循环式抽水蓄能电站两种案例，从年运行费、折旧费和利息支出方面测算“调水+”模式 的调水成本，与未使用“调水+”模式的引调水工程调水成本进行比较，并结合各自特点提出水能融合应重点关注 的主要条件。结果表明，两种案例下采用“调水+”模式后，引调水工程单方成本分别降低 0.32 元/m3和 0.16 元/m3。 实际工程应用中“调水+”模式应当全面考虑区域抽蓄和引调水工程的建设需求、工程规模、开发时序、工程调度、 运行成本等因素。研究成果可为充分发挥“调水+”模式经济效益提供新的思路。
考虑当前发展阶段引调水工程投资回报率较低、水价普遍难以覆盖建设运营成本的实际，提出“调水+”新 模式，以期通过多重项目功能，发挥综合效益实现总体平衡，解决单一引调水工程当前水价条件下市场化运作困 难的问题。为科学计算“调水+”模式产生的经济效益，主要采用单方调水成本比较法，分别以引调水工程结合纯 抽水蓄能电站以及结合非循环式抽水蓄能电站两种案例，从年运行费、折旧费和利息支出方面测算“调水+”模式 的调水成本，与未使用“调水+”模式的引调水工程调水成本进行比较，并结合各自特点提出水能融合应重点关注 的主要条件。结果表明，两种案例下采用“调水+”模式后，引调水工程单方成本分别降低 0.32 元/m3和 0.16 元/m3。 实际工程应用中“调水+”模式应当全面考虑区域抽蓄和引调水工程的建设需求、工程规模、开发时序、工程调度、 运行成本等因素。研究成果可为充分发挥“调水+”模式经济效益提供新的思路。
2023(6):1194-1203.
摘要:
为解决南水北调中线工程在加大流量输水期间出现跨渠桥梁密集段水位壅高、影响工程输水能力问题，选 取双洎河倒虹吸-梅河倒虹吸约 13.233?km 渠段为输水试验段，以试验段内 5 座典型桥梁为试点，运用流体力学理 论进行流线型导流罩基础体型与结构设计并对设计方案进行比选优化，运用数值模拟及原型观测试验研究方法 进行桥梁墩柱导流罩应用效果研究。通过原型观测试验，分析验证 5 座桥梁加装导流罩后试验段的流态及过流 能力。结果表明：5 座桥梁安装导流罩后，桥梁墩柱附近流态显著改善，试验段水头损失减少 64.4%，综合糙率减 少 8.0%，试验段内过流能力提高 8.71%。研究成果可为长距离明渠输水工程中已建桥梁墩柱加装导流罩体型设 计以及附近流态原型观测方法提供参考与技术支撑。
为解决南水北调中线工程在加大流量输水期间出现跨渠桥梁密集段水位壅高、影响工程输水能力问题，选 取双洎河倒虹吸-梅河倒虹吸约 13.233?km 渠段为输水试验段，以试验段内 5 座典型桥梁为试点，运用流体力学理 论进行流线型导流罩基础体型与结构设计并对设计方案进行比选优化，运用数值模拟及原型观测试验研究方法 进行桥梁墩柱导流罩应用效果研究。通过原型观测试验，分析验证 5 座桥梁加装导流罩后试验段的流态及过流 能力。结果表明：5 座桥梁安装导流罩后，桥梁墩柱附近流态显著改善，试验段水头损失减少 64.4%，综合糙率减 少 8.0%，试验段内过流能力提高 8.71%。研究成果可为长距离明渠输水工程中已建桥梁墩柱加装导流罩体型设 计以及附近流态原型观测方法提供参考与技术支撑。
2023(6):1204-1212.
摘要:
选取南水北调中线工程河南省受水城市为典型研究区域，综合运用市场价值法、替代工程法和等效替代法 等对南水北调中线工程河南省受水城市 2008—2019 年地下水生态系统服务价值进行评估。结果表明：河南省 11 个受水城市中，地下水生态系统服务价值最高的是郑州市，变化较为稳定的是平顶山市、漯河市和许昌市，变 化最剧烈的是鹤壁市。郑州市 2019 年地下水生态系统服务价值为 213.17 亿元，其中，调节服务价值最高，支持服 务和供给服务价值次之，社会服务价值最低；在各指标中水源涵养指标占总价值比例最高，预防地面沉降指标次 之，科研教育指标占比最小。河南省受水城市 2008—2019 年多年平均生态系统服务价值为 1030.37 亿元，变化 趋势为先下降后上升，转折点出现在 2013 年，原因是地下水压采、南水北调中线工程置换地下水、植树造林、水 土保持等措施增加了地下水资源量。研究结果可为南水北调中线工程受水城市生态环境效益评价及地下水保护 提供参考依据。
选取南水北调中线工程河南省受水城市为典型研究区域，综合运用市场价值法、替代工程法和等效替代法 等对南水北调中线工程河南省受水城市 2008—2019 年地下水生态系统服务价值进行评估。结果表明：河南省 11 个受水城市中，地下水生态系统服务价值最高的是郑州市，变化较为稳定的是平顶山市、漯河市和许昌市，变 化最剧烈的是鹤壁市。郑州市 2019 年地下水生态系统服务价值为 213.17 亿元，其中，调节服务价值最高，支持服 务和供给服务价值次之，社会服务价值最低；在各指标中水源涵养指标占总价值比例最高，预防地面沉降指标次 之，科研教育指标占比最小。河南省受水城市 2008—2019 年多年平均生态系统服务价值为 1030.37 亿元，变化 趋势为先下降后上升，转折点出现在 2013 年，原因是地下水压采、南水北调中线工程置换地下水、植树造林、水 土保持等措施增加了地下水资源量。研究结果可为南水北调中线工程受水城市生态环境效益评价及地下水保护 提供参考依据。
2023(6):1213-1222.
摘要:
为评估南水北调东线平原水库生态服务效益，基于生态系统服务理论，综合影子工程法、意愿支付法等方法 提出服务价值核算标准；将粗糙集理论和层次分析法作为权重确定方法，进一步评估平原水库对地区人类福祉的 贡献；以大屯水库为实际案例开展应用研究。结果表明：平原水库具备洪水调蓄、固碳释氧、水源涵养等共计 12 项生态服务功能；以水量供给为纽带，为地区带来经济、生态、社会效益，促进地区福祉提升；大屯水库具备 8 项 服务功能，2021 年时该水库总服务价值达 2.365 亿元，供给服务价值是其主要构成，该水库为地区提供的经济、生 态和社会效益各占 50%、41% 和 9%。研究成果在指导管理机构实现科学管理，促进水利工程更好地实现生态价 值方面具有实践意义。
为评估南水北调东线平原水库生态服务效益，基于生态系统服务理论，综合影子工程法、意愿支付法等方法 提出服务价值核算标准；将粗糙集理论和层次分析法作为权重确定方法，进一步评估平原水库对地区人类福祉的 贡献；以大屯水库为实际案例开展应用研究。结果表明：平原水库具备洪水调蓄、固碳释氧、水源涵养等共计 12 项生态服务功能；以水量供给为纽带，为地区带来经济、生态、社会效益，促进地区福祉提升；大屯水库具备 8 项 服务功能，2021 年时该水库总服务价值达 2.365 亿元，供给服务价值是其主要构成，该水库为地区提供的经济、生 态和社会效益各占 50%、41% 和 9%。研究成果在指导管理机构实现科学管理，促进水利工程更好地实现生态价 值方面具有实践意义。
2023(6):1223-1234.
摘要:
为进一步推动南水北调后续工程高质量发展和华北地区地下水超采治理，对南水北调京津冀豫受水区 1999—2020 年供用水变化态势进行全面分析，从国家需求、经济社会发展对用水需求的驱动模式、水资源条件以 及供需矛盾变化等层面分析水资源供需新形势，开展受水区 2035 年供需初步分析；提出解决供需缺口的对策建 议。研究表明：京津冀豫四省市用水量呈现振荡上涨，虽然上升过程有起伏、上升速率逐渐减缓、用水量距顶层 设计预测值也有一定差距，但上升发展的态势没有变，面向未来用水需求，人口由总量驱动转为区域驱动，经济由 高速驱动转为高效驱动，用水效率逆驱动将进一步发挥重要作用，用水需求仍将有一定增长，而当地水资源衰减 导致对用水需求支撑能力有所减弱，水资源刚性缺口仍然存在，城市供需缺口尚未完全解决，农村农业区供需矛 盾较为突出；考虑中线一期工程达效及引江补汉工程实施后，初步分析 2035 年仍缺水量约 44 亿～49?亿 m3，建议 充分发挥中线优势，由中线后续工程予以解决。
为进一步推动南水北调后续工程高质量发展和华北地区地下水超采治理，对南水北调京津冀豫受水区 1999—2020 年供用水变化态势进行全面分析，从国家需求、经济社会发展对用水需求的驱动模式、水资源条件以 及供需矛盾变化等层面分析水资源供需新形势，开展受水区 2035 年供需初步分析；提出解决供需缺口的对策建 议。研究表明：京津冀豫四省市用水量呈现振荡上涨，虽然上升过程有起伏、上升速率逐渐减缓、用水量距顶层 设计预测值也有一定差距，但上升发展的态势没有变，面向未来用水需求，人口由总量驱动转为区域驱动，经济由 高速驱动转为高效驱动，用水效率逆驱动将进一步发挥重要作用，用水需求仍将有一定增长，而当地水资源衰减 导致对用水需求支撑能力有所减弱，水资源刚性缺口仍然存在，城市供需缺口尚未完全解决，农村农业区供需矛 盾较为突出；考虑中线一期工程达效及引江补汉工程实施后，初步分析 2035 年仍缺水量约 44 亿～49?亿 m3，建议 充分发挥中线优势，由中线后续工程予以解决。
2023(6):1235-1249.
摘要:
为科学研判山西省 7 条河的流域水生态承载现状和存在问题，有效提升河流水生态承载力，构建 7 条河的 流域水生态承载力评估指标体系，应用模糊综合评价法定级评估 7 条河的流域水生态承载力，使用差分自回归移 动平均（autoregressive?integrated?moving?average,?ARIMA）模型和长短期记忆（long?short-term?memory,?LSTM）模型对 比预测水生态承载力变化趋势。结果表明，2011—2021 年，7 条河的流域水生态承载力总体为一般超载等级。其 中，汾河流域水生态承载力呈基本承载，其他流域为一般超载，水环境指数和水资源指数对 7 条河的流域水生态 承载力影响较大。ARIMA-LSTM 模型预测表明：2022—2031 年汾河水生态承载力变化呈上升趋势，涑水河、沁 （丹）河流域水生态承载力未来趋势存在较大不确定性，其他流域水生态承载力呈不同幅度波动趋势；2031 年左右， 各流域水生态承载力将得到提升。建议通过提升流域水资源利用率以及加强 7 条河的流域绿色生态走廊建设来 推进流域水生态保护工作。
为科学研判山西省 7 条河的流域水生态承载现状和存在问题，有效提升河流水生态承载力，构建 7 条河的 流域水生态承载力评估指标体系，应用模糊综合评价法定级评估 7 条河的流域水生态承载力，使用差分自回归移 动平均（autoregressive?integrated?moving?average,?ARIMA）模型和长短期记忆（long?short-term?memory,?LSTM）模型对 比预测水生态承载力变化趋势。结果表明，2011—2021 年，7 条河的流域水生态承载力总体为一般超载等级。其 中，汾河流域水生态承载力呈基本承载，其他流域为一般超载，水环境指数和水资源指数对 7 条河的流域水生态 承载力影响较大。ARIMA-LSTM 模型预测表明：2022—2031 年汾河水生态承载力变化呈上升趋势，涑水河、沁 （丹）河流域水生态承载力未来趋势存在较大不确定性，其他流域水生态承载力呈不同幅度波动趋势；2031 年左右， 各流域水生态承载力将得到提升。建议通过提升流域水资源利用率以及加强 7 条河的流域绿色生态走廊建设来 推进流域水生态保护工作。
微信公众号二维码
手机版网站二维码
南水北调与水利科技（中英文） ® 2024 版权所有
冀ICP备14004744号-5