南水北调与水利科技（中英文）
2025年第23卷第1期文章目次
2025, 23(1):1-9, 58.
摘要:
针对现有输水工程中闸泵站控制模型测试体系不完善的问题展开探索，旨在进一步提升渠道输水控制模型在不同工况下的准确性和稳定性，以确保输水工程现场的安全与高效运行。将引黄济青工程明渠段作为研究区，将渠道输水控制系统中的控制模型作为测试对象，并基于LabVIEW（laboratory virtual instrument engineering workbench）开发系统组态，以水动力模型作为环境仿真模型，搭建模型在环(model-in-the-loop，MIL)测试系统，实现了闭环测试，验证所开发模型在环仿真系统和模型开发阶段对模型进行测试的可行性。本研究为渠道输水工程领域内的控制模型开发与测试工作提供关键的技术支撑，为提升输水工程的运行效率及增强其安全性奠定了坚实的基础。
针对现有输水工程中闸泵站控制模型测试体系不完善的问题展开探索，旨在进一步提升渠道输水控制模型在不同工况下的准确性和稳定性，以确保输水工程现场的安全与高效运行。将引黄济青工程明渠段作为研究区，将渠道输水控制系统中的控制模型作为测试对象，并基于LabVIEW（laboratory virtual instrument engineering workbench）开发系统组态，以水动力模型作为环境仿真模型，搭建模型在环(model-in-the-loop，MIL)测试系统，实现了闭环测试，验证所开发模型在环仿真系统和模型开发阶段对模型进行测试的可行性。本研究为渠道输水工程领域内的控制模型开发与测试工作提供关键的技术支撑，为提升输水工程的运行效率及增强其安全性奠定了坚实的基础。
2025, 23(1):10-20.
摘要:
基于一维水动力模型，通过对渠池上游来水流量以及分水流量施加阶跃扰动，分析渠池水情变化规律，以工程运行过程中的水位变幅、变速等限制为约束，开展渠道自平衡特性及水力安全扰动阈值研究，计算不引起渠池水位超限的流量扰动范围，并以南水北调中线工程陶岔渠首至十二里河节制闸间渠池为例开展实证研究。结果表明，渠池的自平衡能力主要取决于节制闸过流特性：当下游水位与节制闸开度保持不变时，来水扰动阈值和分水扰动阈值随上游边界流量增大而递减，自平衡能力减弱；当上游流量边界与下游水位保持不变时，来水扰动阈值随闸门开度增大而增大，自平衡能力增强。为使计算结果方便在实际工程中进行应用，基于安全扰动阈值计算结果，构建安全扰动阈值快速计算公式。
基于一维水动力模型，通过对渠池上游来水流量以及分水流量施加阶跃扰动，分析渠池水情变化规律，以工程运行过程中的水位变幅、变速等限制为约束，开展渠道自平衡特性及水力安全扰动阈值研究，计算不引起渠池水位超限的流量扰动范围，并以南水北调中线工程陶岔渠首至十二里河节制闸间渠池为例开展实证研究。结果表明，渠池的自平衡能力主要取决于节制闸过流特性：当下游水位与节制闸开度保持不变时，来水扰动阈值和分水扰动阈值随上游边界流量增大而递减，自平衡能力减弱；当上游流量边界与下游水位保持不变时，来水扰动阈值随闸门开度增大而增大，自平衡能力增强。为使计算结果方便在实际工程中进行应用，基于安全扰动阈值计算结果，构建安全扰动阈值快速计算公式。
2025, 23(1):21-35.
摘要:
南水北调工程通水缓解了受水区缺水状况，但考虑到非农用水的“促进效应”和农业用水的“返还效应”，其对受水区水资源非农化的影响存在不确定性。利用我国2003—2021年省级面板数据，构建多时点双重差分模型，从规模和程度双重视角定量分析南水北调工程通水对受水区水资源非农化的影响，并进行稳健性检验，在此基础上探究其累计效应。研究发现：南水北调工程通水显著提升受水区的非农用水规模和占比，且在稳健性检验后依然成立；机制分析表明，工程通水对受水区水资源非农化的影响主要体现在地表水和其他水供给量的增加；与东线工程相比，工程通水的影响在中线工程地区更为显著；细分来看，工程通水促进了工业用水规模的增加，同时农业用水规模逐步减少；此外，通水对受水区经济、社会和生态效益的影响分别体现在GDP增长、产业结构层次优化以及地表水和地下水变动率正向波动等方面。
南水北调工程通水缓解了受水区缺水状况，但考虑到非农用水的“促进效应”和农业用水的“返还效应”，其对受水区水资源非农化的影响存在不确定性。利用我国2003—2021年省级面板数据，构建多时点双重差分模型，从规模和程度双重视角定量分析南水北调工程通水对受水区水资源非农化的影响，并进行稳健性检验，在此基础上探究其累计效应。研究发现：南水北调工程通水显著提升受水区的非农用水规模和占比，且在稳健性检验后依然成立；机制分析表明，工程通水对受水区水资源非农化的影响主要体现在地表水和其他水供给量的增加；与东线工程相比，工程通水的影响在中线工程地区更为显著；细分来看，工程通水促进了工业用水规模的增加，同时农业用水规模逐步减少；此外，通水对受水区经济、社会和生态效益的影响分别体现在GDP增长、产业结构层次优化以及地表水和地下水变动率正向波动等方面。
2025, 23(1):36-46.
摘要:
跨流域调水系统的水量调度问题涉及多水源、多用户、多目标等，关系结构复杂，决策变量众多，传统单一模拟方法或优化方法难以兼顾求解效率与优化性能的需求。针对此，提出一种多水源调度模拟-优化双层耦合求解算法，上层算法基于近似最优原则模拟本地水源调配，下层算法引入大系统分解协调优化外调水调配，能够在保障优化性能的同时有效降低计算复杂度。以南水北调东线工程一期及北延段为研究区域，以受水区用户加权缺水率平方和最小与源头调水总量最小为优化目标，构建水量调度多目标优化模型，并采用模拟-优化双层耦合算法进行求解。结果表明：相较于直接优化，模拟-优化双层耦合算法优化效果近似，但平均耗时更短；算法将本地水与外调水的联合调配按优先次序进行模型分解，提高了多水源调度结果的可解释性；算法能够为求解大规模跨流域调水多水源多目标水量调度问题提供参考。
跨流域调水系统的水量调度问题涉及多水源、多用户、多目标等，关系结构复杂，决策变量众多，传统单一模拟方法或优化方法难以兼顾求解效率与优化性能的需求。针对此，提出一种多水源调度模拟-优化双层耦合求解算法，上层算法基于近似最优原则模拟本地水源调配，下层算法引入大系统分解协调优化外调水调配，能够在保障优化性能的同时有效降低计算复杂度。以南水北调东线工程一期及北延段为研究区域，以受水区用户加权缺水率平方和最小与源头调水总量最小为优化目标，构建水量调度多目标优化模型，并采用模拟-优化双层耦合算法进行求解。结果表明：相较于直接优化，模拟-优化双层耦合算法优化效果近似，但平均耗时更短；算法将本地水与外调水的联合调配按优先次序进行模型分解，提高了多水源调度结果的可解释性；算法能够为求解大规模跨流域调水多水源多目标水量调度问题提供参考。
2025, 23(1):47-58.
摘要:
围绕水质监测、保护体系、风险防控、应急处置、科技支撑5个方面，综合分析南水北调一期工程通水10年来水质安全保障工作取得的实践经验。在现状基础上对当前水质安全保障工作面临的新挑战和新问题进行深入分析，并围绕提升水质水生态监测监控能力、推进水质安全保障协同机制建设、加强沿线污染风险源动态管理、提升应急处置能力以及做好水质保护科技支撑提出相应的对策建议，可为保障南水北调及后续工程水质安全提供有益参考。
围绕水质监测、保护体系、风险防控、应急处置、科技支撑5个方面，综合分析南水北调一期工程通水10年来水质安全保障工作取得的实践经验。在现状基础上对当前水质安全保障工作面临的新挑战和新问题进行深入分析，并围绕提升水质水生态监测监控能力、推进水质安全保障协同机制建设、加强沿线污染风险源动态管理、提升应急处置能力以及做好水质保护科技支撑提出相应的对策建议，可为保障南水北调及后续工程水质安全提供有益参考。
2025, 23(1):59-68.
摘要:
为全面了解河南省工业用水重复利用情况，提出一种基于用水统计的工业用水重复利用率测算方法，通过河南省全口径用水量数据和典型企业水重复利用数据，测算河南省工业用水重复利用率，并对测算成果进行分析。结果表明：河南省2022年工业用水重复利用率为94.15%，各市在82.89%～96.76%，各行业在23.89%～98.04%；河南省工业用水重复利用整体水平较高，城市之间差异显著，纺织、食品和其他行业水平较低，火电行业对河南省工业用水重复利用率的影响程度最高；全省提高工业用水重复利用率的节水潜力为7.97亿m3，工业节水潜力较为可观。采用的测算方法适用于区域工业用水重复利用率测算，测算成果符合河南省实际，可为河南省加强工业节水管理、提高工业用水效率提供参考。
为全面了解河南省工业用水重复利用情况，提出一种基于用水统计的工业用水重复利用率测算方法，通过河南省全口径用水量数据和典型企业水重复利用数据，测算河南省工业用水重复利用率，并对测算成果进行分析。结果表明：河南省2022年工业用水重复利用率为94.15%，各市在82.89%～96.76%，各行业在23.89%～98.04%；河南省工业用水重复利用整体水平较高，城市之间差异显著，纺织、食品和其他行业水平较低，火电行业对河南省工业用水重复利用率的影响程度最高；全省提高工业用水重复利用率的节水潜力为7.97亿m3，工业节水潜力较为可观。采用的测算方法适用于区域工业用水重复利用率测算，测算成果符合河南省实际，可为河南省加强工业节水管理、提高工业用水效率提供参考。
2025, 23(1):69-78.
摘要:
基于2006—2020年天山北坡的GDP、水资源总量、供水量、化学需氧量（COD）与氨氮（NH3-N）排放量等基础数据，采用灰水足迹方法，对该地区水资源可持续利用进行综合评价。结果显示：天山北坡各城市灰水足迹在空间上呈现中部高于东西部的分布特征。在时间上，灰水足迹经历了先升后降的变化趋势，2016年相比2006年整体上升了11.56%，而2020年又较2016年下降了23.30%。各城市间灰水足迹的组成存在显著差异。多数城市以农业灰水足迹为主，而乌鲁木齐市生活灰水足迹也占有较大比重，石河子市的工业灰水足迹占比最大。天山北坡整体及部分城市的水资源可持续利用状态在2014—2016年出现明显好转，水资源可持续利用程度指数稳步增长。然而，博州与塔城地区指数增长速度相对较慢，表明该地区仍面临较大压力，水资源可持续利用性需进一步提升。评估结果可为当地水资源管理提供科学依据，有助于推动该地区水资源可持续利用。
基于2006—2020年天山北坡的GDP、水资源总量、供水量、化学需氧量（COD）与氨氮（NH3-N）排放量等基础数据，采用灰水足迹方法，对该地区水资源可持续利用进行综合评价。结果显示：天山北坡各城市灰水足迹在空间上呈现中部高于东西部的分布特征。在时间上，灰水足迹经历了先升后降的变化趋势，2016年相比2006年整体上升了11.56%，而2020年又较2016年下降了23.30%。各城市间灰水足迹的组成存在显著差异。多数城市以农业灰水足迹为主，而乌鲁木齐市生活灰水足迹也占有较大比重，石河子市的工业灰水足迹占比最大。天山北坡整体及部分城市的水资源可持续利用状态在2014—2016年出现明显好转，水资源可持续利用程度指数稳步增长。然而，博州与塔城地区指数增长速度相对较慢，表明该地区仍面临较大压力，水资源可持续利用性需进一步提升。评估结果可为当地水资源管理提供科学依据，有助于推动该地区水资源可持续利用。
2025, 23(1):79-89.
摘要:
构建直观、可解释、可比较的用水效率评价方法，是科学分析用水效率与经济社会发展规律的有效手段。构建经济社会发展与综合、农业、工业、生活用水效率拟合曲线及用水效率频谱的方法，以我国的31个省级行政区为例，绘制综合及分产业用水效率频谱图，分析四大经济分区用水效率时空变化规律及其驱动因素。结果显示：2010—2022年综合以及工业用水效率提升明显，频谱拟合呈现明显的用水效率、经济效益协同发展趋势；农业及生活用水量与效益拟合曲线表现为正相关关系。通过产业用水效率综合比较，识别四大经济分区用水效率提升的重点产业和环节，提出效率效益协同发展的建议，为节水管理和经济社会高质量发展提供支撑。
构建直观、可解释、可比较的用水效率评价方法，是科学分析用水效率与经济社会发展规律的有效手段。构建经济社会发展与综合、农业、工业、生活用水效率拟合曲线及用水效率频谱的方法，以我国的31个省级行政区为例，绘制综合及分产业用水效率频谱图，分析四大经济分区用水效率时空变化规律及其驱动因素。结果显示：2010—2022年综合以及工业用水效率提升明显，频谱拟合呈现明显的用水效率、经济效益协同发展趋势；农业及生活用水量与效益拟合曲线表现为正相关关系。通过产业用水效率综合比较，识别四大经济分区用水效率提升的重点产业和环节，提出效率效益协同发展的建议，为节水管理和经济社会高质量发展提供支撑。
2025, 23(1):90-98.
摘要:
针对干旱区水资源分配不合理的问题，以新疆开都河流域水资源为研究对象，以流域水-能源-生态综合收益最高为目标，建立水资源多目标优化配置模型，采用基于参考点的非支配排序进化算法（reference-point based many-objective，NSGA-Ⅲ）对模型进行求解。针对优化方案选择问题，以经济效益、社会效益和生态效益为准则层构建流域水资源最适配置方案评价指标体系，采用层次分析法对优化结果进行评价分析。结果表明：最适配置方案相较于传统配置方案，水库发电量增加5.83%，农业经济效益减少2.34%，生态效益提高40.08%；当地种植结构需进行适当调整，应增加玉米和西红柿的种植面积，减少小麦、棉花和辣椒的种植面积；博斯腾湖大湖和小湖水位均达到最适生态水位。研究成果可为当地制定水资源配置方案提供决策参考，有重要的理论意义和应用价值。
针对干旱区水资源分配不合理的问题，以新疆开都河流域水资源为研究对象，以流域水-能源-生态综合收益最高为目标，建立水资源多目标优化配置模型，采用基于参考点的非支配排序进化算法（reference-point based many-objective，NSGA-Ⅲ）对模型进行求解。针对优化方案选择问题，以经济效益、社会效益和生态效益为准则层构建流域水资源最适配置方案评价指标体系，采用层次分析法对优化结果进行评价分析。结果表明：最适配置方案相较于传统配置方案，水库发电量增加5.83%，农业经济效益减少2.34%，生态效益提高40.08%；当地种植结构需进行适当调整，应增加玉米和西红柿的种植面积，减少小麦、棉花和辣椒的种植面积；博斯腾湖大湖和小湖水位均达到最适生态水位。研究成果可为当地制定水资源配置方案提供决策参考，有重要的理论意义和应用价值。
2025, 23(1):99-109.
摘要:
现有的水资源脆弱性评价大多聚焦于某一特定区域进行研究，在空间尺度上不具有普适性和可推演性。针对已有评价方法空间差异性辨识能力差和空间尺度无法自适应的问题，构建基于敏感性压力、水资源禀赋状态和适应性响应的空间无关性评价指标体系，运用层次分析法和熵权法确定权重，并借助网格化思想及GIS空间计算能力将各种因子整合到统一的空间框架中，通过逐格网单元线性加权实现水资源脆弱性的网格化评价。结果显示：总体上受水区西部的脆弱性高于东部，呈现出以星云湖为中心向东部逐渐降低的分布格局；全年脆弱性强度呈现出明显的季节性变化特征，冬春季节高于夏秋季节；星云湖流域及周边地区水资源脆弱性显著高于其他地区。该方法可为区域水资源脆弱性评价提供一种新的思路，为引调水工程水资源的合理分配和受水区水资源的规划管理提供决策支撑。
现有的水资源脆弱性评价大多聚焦于某一特定区域进行研究，在空间尺度上不具有普适性和可推演性。针对已有评价方法空间差异性辨识能力差和空间尺度无法自适应的问题，构建基于敏感性压力、水资源禀赋状态和适应性响应的空间无关性评价指标体系，运用层次分析法和熵权法确定权重，并借助网格化思想及GIS空间计算能力将各种因子整合到统一的空间框架中，通过逐格网单元线性加权实现水资源脆弱性的网格化评价。结果显示：总体上受水区西部的脆弱性高于东部，呈现出以星云湖为中心向东部逐渐降低的分布格局；全年脆弱性强度呈现出明显的季节性变化特征，冬春季节高于夏秋季节；星云湖流域及周边地区水资源脆弱性显著高于其他地区。该方法可为区域水资源脆弱性评价提供一种新的思路，为引调水工程水资源的合理分配和受水区水资源的规划管理提供决策支撑。
2025, 23(1):110-117,129.
摘要:
提出一种重叠耦合法(superposition coupling method, SCM)，以高精度地实现基于一维与二维格子Boltzmann方法(lattice Boltzmann method, LBM) 的水动力模型在复杂地形浅水区域的跨维度模拟耦合。对复杂地形区域的浅水水体进行水动力模拟通常涉及跨维度建模，可能会在某些边界处做近似处理，例如河流-湖泊汇合处、洪水淹没区和河口区域。为高效求解跨维度浅水方程 (shallow water equations, SWE)问题，SCM通过在一维和二维LBM模型边界处人工设置重叠区域，使不同维度的2个模型在该区域交换水动力信息。在重叠区域采用零梯度边界条件，从而得到耦合所需的变量。1D-2D耦合模型通过了圆形空腔射流和急弯河道2个验证模型的比较测试，结果显示一、二维耦合模型的精度与二维模型基本相当。本研究通过SCM有效地求解了跨维度浅水方程问题，提高了一维与二维模型间的耦合精度，为复杂地形浅水区域的水动力模拟提供了技术支撑。
提出一种重叠耦合法(superposition coupling method, SCM)，以高精度地实现基于一维与二维格子Boltzmann方法(lattice Boltzmann method, LBM) 的水动力模型在复杂地形浅水区域的跨维度模拟耦合。对复杂地形区域的浅水水体进行水动力模拟通常涉及跨维度建模，可能会在某些边界处做近似处理，例如河流-湖泊汇合处、洪水淹没区和河口区域。为高效求解跨维度浅水方程 (shallow water equations, SWE)问题，SCM通过在一维和二维LBM模型边界处人工设置重叠区域，使不同维度的2个模型在该区域交换水动力信息。在重叠区域采用零梯度边界条件，从而得到耦合所需的变量。1D-2D耦合模型通过了圆形空腔射流和急弯河道2个验证模型的比较测试，结果显示一、二维耦合模型的精度与二维模型基本相当。本研究通过SCM有效地求解了跨维度浅水方程问题，提高了一维与二维模型间的耦合精度，为复杂地形浅水区域的水动力模拟提供了技术支撑。
2025, 23(1):118-129.
摘要:
数字滤波法作为估计基流最常用的自动分割方法，计算简单、易于推广，但滤波参数常采用经验取值，且固定参数难以反映基流的季节性动态变化，影响模型分析精度。以伊河上游栾川流域为典型研究区，采用4种数字滤波模型，通过分析径流退水系数（k）确定数字滤波参数，讨论滤波参数的季节性变化对模型估算基流的影响，并评估数字滤波方法在研究区域的适用性。结果表明：栾川流域降水径流仍呈显著正相关关系，NDVI增加及土地利用变化对流域退水系数影响不明显，研究期内在夏、秋季平均径流退水系数k约在20~35 h，春、冬两季k值约在90~100 h，即流域径流退水在春冬两季较为缓慢，且考虑滤波参数季节性变化的基流分割结果比全年使用同一滤波参数的结果更符合流域基流实际特征；对4种数字滤波法所得的基流指数进行误差分析和精度评价，发现在栾川流域，Eckhardt双参数滤波模型比其他3种单参数滤波模型更为适用，所得流域平均基流占比约为33%。研究结果降低了滤波模型参数的不确定性，提高了数字滤波方法模拟基流的准确性，也为校准或验证水文模型提供参考。
数字滤波法作为估计基流最常用的自动分割方法，计算简单、易于推广，但滤波参数常采用经验取值，且固定参数难以反映基流的季节性动态变化，影响模型分析精度。以伊河上游栾川流域为典型研究区，采用4种数字滤波模型，通过分析径流退水系数（k）确定数字滤波参数，讨论滤波参数的季节性变化对模型估算基流的影响，并评估数字滤波方法在研究区域的适用性。结果表明：栾川流域降水径流仍呈显著正相关关系，NDVI增加及土地利用变化对流域退水系数影响不明显，研究期内在夏、秋季平均径流退水系数k约在20~35 h，春、冬两季k值约在90~100 h，即流域径流退水在春冬两季较为缓慢，且考虑滤波参数季节性变化的基流分割结果比全年使用同一滤波参数的结果更符合流域基流实际特征；对4种数字滤波法所得的基流指数进行误差分析和精度评价，发现在栾川流域，Eckhardt双参数滤波模型比其他3种单参数滤波模型更为适用，所得流域平均基流占比约为33%。研究结果降低了滤波模型参数的不确定性，提高了数字滤波方法模拟基流的准确性，也为校准或验证水文模型提供参考。
2025, 23(1):130-140.
摘要:
基于海绵城市建设理念，针对现阶段建筑小区尺度上灰-绿结合海绵设施缺乏科学配置与布局优化的问题，以宜昌市某建筑小区为研究对象，构建精细化的城市雨洪模型与以经济效益和水文效益为导向的优化算法，对研究区灰-绿海绵设施进行多目标优化，得出灰-绿海绵设施空间布局优化方案。该优化方案与研究区规划方案相比，成本提高20.46%，但溢流控制量和径流控制率分别提升了28.30%和25.82%；与可布设的最大灰-绿海绵设施方案相比，成本降低了17.97%，而溢流控制量和径流控制率分别降低了10.99%和3.36%，并在30年一遇长历时暴雨情景下实现小区底层住户不进水。优化方案有着良好的经济与水文效益，研究成果可提高海绵城市设施布局的科学性与合理性，为缓解现阶段同类城市面临的内涝难题，推动海绵城市建设从试点走向示范提供一定技术支撑。
基于海绵城市建设理念，针对现阶段建筑小区尺度上灰-绿结合海绵设施缺乏科学配置与布局优化的问题，以宜昌市某建筑小区为研究对象，构建精细化的城市雨洪模型与以经济效益和水文效益为导向的优化算法，对研究区灰-绿海绵设施进行多目标优化，得出灰-绿海绵设施空间布局优化方案。该优化方案与研究区规划方案相比，成本提高20.46%，但溢流控制量和径流控制率分别提升了28.30%和25.82%；与可布设的最大灰-绿海绵设施方案相比，成本降低了17.97%，而溢流控制量和径流控制率分别降低了10.99%和3.36%，并在30年一遇长历时暴雨情景下实现小区底层住户不进水。优化方案有着良好的经济与水文效益，研究成果可提高海绵城市设施布局的科学性与合理性，为缓解现阶段同类城市面临的内涝难题，推动海绵城市建设从试点走向示范提供一定技术支撑。
2025, 23(1):141-149.
摘要:
丹江口水库初设洪水成果偏大，导致汛期运行水位和蓄满率偏低，无法满足水资源高效利用和生态环境保护的新需求。将丹江口水库坝址洪水系列还原并延长至2023年，重新考证历史调查洪水，构建P-Ⅲ型分布/适线法洪水频率分析模型，拟定5种不同方案，复核计算水库设计洪水；结合汉江流域的古洪水资料和可能最大洪水经验公式的计算结果，通过多途径多方案分析和比较论证，结果表明：丹江口水库设计洪水的复核成果明显偏小；水库坝址千年一遇设计洪水和万年一遇校核洪水分别为56 950 m3/s和70 000 m3/s，比初设成果减少了27.91%和40.68%；千年一遇年最大7 d洪量比初设成果减少了21亿m3，丹江口上游新建水库又增加了17亿m3的防洪库容。因此，建议丹江口水库夏汛期的汛限水位可调整为163 m，在确保防洪安全的前提下提高水资源利用效率和水库蓄满率，充分发挥水库的综合利用效益。
丹江口水库初设洪水成果偏大，导致汛期运行水位和蓄满率偏低，无法满足水资源高效利用和生态环境保护的新需求。将丹江口水库坝址洪水系列还原并延长至2023年，重新考证历史调查洪水，构建P-Ⅲ型分布/适线法洪水频率分析模型，拟定5种不同方案，复核计算水库设计洪水；结合汉江流域的古洪水资料和可能最大洪水经验公式的计算结果，通过多途径多方案分析和比较论证，结果表明：丹江口水库设计洪水的复核成果明显偏小；水库坝址千年一遇设计洪水和万年一遇校核洪水分别为56 950 m3/s和70 000 m3/s，比初设成果减少了27.91%和40.68%；千年一遇年最大7 d洪量比初设成果减少了21亿m3，丹江口上游新建水库又增加了17亿m3的防洪库容。因此，建议丹江口水库夏汛期的汛限水位可调整为163 m，在确保防洪安全的前提下提高水资源利用效率和水库蓄满率，充分发挥水库的综合利用效益。
2025, 23(1):150-156.
摘要:
新型电力系统建设带来的多元化需求，对大渡河流域电站运行监视、上下游协同控制、智能化技术应用等方面提出了更高要求，推动流域电站运行控制智慧化是保障电站安全高效运行的关键环节。面向大渡河流域电站运行控制核心业务，分析流域电站运行控制发展现状和面临问题，提出流域电站发展需求，对电站运行控制系统进行智能化升级，建立涵盖电站运行监视、负荷调整、水风光储运行控制、远程操作、应急调度、数据治理等功能的智慧运行控制系统，以此提高大渡河电站运行控制的安全性和可靠性，为流域电站智慧化发展提供关键支持。
新型电力系统建设带来的多元化需求，对大渡河流域电站运行监视、上下游协同控制、智能化技术应用等方面提出了更高要求，推动流域电站运行控制智慧化是保障电站安全高效运行的关键环节。面向大渡河流域电站运行控制核心业务，分析流域电站运行控制发展现状和面临问题，提出流域电站发展需求，对电站运行控制系统进行智能化升级，建立涵盖电站运行监视、负荷调整、水风光储运行控制、远程操作、应急调度、数据治理等功能的智慧运行控制系统，以此提高大渡河电站运行控制的安全性和可靠性，为流域电站智慧化发展提供关键支持。
2025, 23(1):157-165.
摘要:
相比于传统的渠道水动力学方程求解站前水位，机器学习模型因其响应快、稳态误差小等特点，被广泛应用于渠道水位预测。然而，输入数据庞杂、时序预测困难等原因直接限制和影响了预测精度，如何准确评价输入数据对预测结果的影响，是水位预测模型应用亟待解决的难题之一。以南水北调东线两湖段典型工程为研究对象，提出一种测试输入数据对预测结果影响分析的框架，构建基于长短时记忆网络（long short-term memory, LSTM）模型的泵站站前水位实时预测模型，通过对各输入因子的敏感性分析，实现预测模型数据输入集的优化，并基于该数据组合对不同预见期下的邓楼泵站站前水位进行预测分析。结果表明：以长沟站前水位、长沟泵站流量、邓楼站前水位指标作为输入参数的组合最优，平均绝对误差（mean absolute error, EMA）、均方误差（mean squared error, EMS）、均方根误差（root mean square error, ERMS）和平均绝对百分比误差（mean absolute percentage error, EMAP）4项指标均小于0.05，相关系数（r）和决定系数（R2）均大于0.95，剔除突变数据后最大水位误差不超过0.02 m。
相比于传统的渠道水动力学方程求解站前水位，机器学习模型因其响应快、稳态误差小等特点，被广泛应用于渠道水位预测。然而，输入数据庞杂、时序预测困难等原因直接限制和影响了预测精度，如何准确评价输入数据对预测结果的影响，是水位预测模型应用亟待解决的难题之一。以南水北调东线两湖段典型工程为研究对象，提出一种测试输入数据对预测结果影响分析的框架，构建基于长短时记忆网络（long short-term memory, LSTM）模型的泵站站前水位实时预测模型，通过对各输入因子的敏感性分析，实现预测模型数据输入集的优化，并基于该数据组合对不同预见期下的邓楼泵站站前水位进行预测分析。结果表明：以长沟站前水位、长沟泵站流量、邓楼站前水位指标作为输入参数的组合最优，平均绝对误差（mean absolute error, EMA）、均方误差（mean squared error, EMS）、均方根误差（root mean square error, ERMS）和平均绝对百分比误差（mean absolute percentage error, EMAP）4项指标均小于0.05，相关系数（r）和决定系数（R2）均大于0.95，剔除突变数据后最大水位误差不超过0.02 m。
2025, 23(1):166-176.
摘要:
为探究具有较长自排流道的立式轴流泵装置的性能改良措施，以陈郢泵站为研究对象，在自排流道中设置隔墩并进行模型试验对比研究，以模型试验结果为基础优选适用于该泵站的设计方案。结果表明：设置隔墩后泵装置全扬程范围内的效率均向上小幅度增长，其中，在设计扬程工况下泵装置效率由71.9%提升至73.0%，临界空化余量由8.7 m降至8.2 m，泵装置的能量和空化性能均得到改善；设置隔墩后泵装置在各角度工况下的飞逸性能无明显变化，经试验测出的泵装置的最大飞逸转速满足水泵安全运行要求；设置隔墩后各角度工况下的喇叭口进口在大流量工况下的压力脉动振幅值变小，振幅波动变得更加稳定，实时水压脉动的振幅值和平均峰峰值也相对减小。故在自排流道中设置隔墩可以改善装置的外特性和压力脉动特性，建议泵站优先采用该方案。
为探究具有较长自排流道的立式轴流泵装置的性能改良措施，以陈郢泵站为研究对象，在自排流道中设置隔墩并进行模型试验对比研究，以模型试验结果为基础优选适用于该泵站的设计方案。结果表明：设置隔墩后泵装置全扬程范围内的效率均向上小幅度增长，其中，在设计扬程工况下泵装置效率由71.9%提升至73.0%，临界空化余量由8.7 m降至8.2 m，泵装置的能量和空化性能均得到改善；设置隔墩后泵装置在各角度工况下的飞逸性能无明显变化，经试验测出的泵装置的最大飞逸转速满足水泵安全运行要求；设置隔墩后各角度工况下的喇叭口进口在大流量工况下的压力脉动振幅值变小，振幅波动变得更加稳定，实时水压脉动的振幅值和平均峰峰值也相对减小。故在自排流道中设置隔墩可以改善装置的外特性和压力脉动特性，建议泵站优先采用该方案。
2025, 23(1):177-186.
摘要:
弧形闸门是水利工程中重要的挡水、泄水建筑物，虽然弧形闸门被设计成具有足够的刚度来承受设计水压，但泄水过程中水压的脉动可能会使闸门产生较大的振动，进而造成闸门的破坏。结合湍流模型和流体体积方法（volume of fluid，VOF）建立弧形闸门泄流三维湍流流场数值模型，数值求解采用稳态计算和瞬态计算两个连续的运算步骤进行，以便更好地确定入口处的流速。分别采用k-ε湍流模型和k-ω湍流模型对闸门周围流场和作用在弧形面板上的流体压力进行计算，结果表明：k-ε湍流模型与壁函数相结合的方法不能捕捉到稳定泄流阶段闸门面板上的压力脉动行为，而k-ω湍流模型结合壁面积分不仅能够得到闸门周围的流场变化，而且能准确计算闸门面板上的脉动压力。基于k-ω湍流模型计算结果，分析下游水位变化对闸门周围流场和脉动压力的影响，闸门面板上压力的脉动主要是由于闸门前的漩涡引起的，压力脉动的优势频率取决于闸孔出流形式，与上下游水位差无关，自由出流时的压力脉动优势频率比淹没出流时的大。
弧形闸门是水利工程中重要的挡水、泄水建筑物，虽然弧形闸门被设计成具有足够的刚度来承受设计水压，但泄水过程中水压的脉动可能会使闸门产生较大的振动，进而造成闸门的破坏。结合湍流模型和流体体积方法（volume of fluid，VOF）建立弧形闸门泄流三维湍流流场数值模型，数值求解采用稳态计算和瞬态计算两个连续的运算步骤进行，以便更好地确定入口处的流速。分别采用k-ε湍流模型和k-ω湍流模型对闸门周围流场和作用在弧形面板上的流体压力进行计算，结果表明：k-ε湍流模型与壁函数相结合的方法不能捕捉到稳定泄流阶段闸门面板上的压力脉动行为，而k-ω湍流模型结合壁面积分不仅能够得到闸门周围的流场变化，而且能准确计算闸门面板上的脉动压力。基于k-ω湍流模型计算结果，分析下游水位变化对闸门周围流场和脉动压力的影响，闸门面板上压力的脉动主要是由于闸门前的漩涡引起的，压力脉动的优势频率取决于闸孔出流形式，与上下游水位差无关，自由出流时的压力脉动优势频率比淹没出流时的大。
2025, 23(1):187-194.
摘要:
为探究负扬程工况下双向流道轴流泵装置的运转特性，以太湖流域地区某一泵站所应用的双向流道轴流泵装置模型作为分析实例，采用SST（shear stress transfer）k-ω湍流模型对双向流道轴流泵装置的全流道进行非定常计算和流固耦合模拟，运用数值模拟的方法得到水力特性，并与实验结果进行对照分析，以此评估模拟方法的准确性。研究发现，在负扬程工况下，叶轮相当于泵装置中的制动装置。叶片表面的压力分布不均，与设计工况下的水泵运行压力分布差异较大，水流在叶端产生流动分离，导致压力面与吸力面的流速几近对称，叶轮内部的总体流速较为平均，决定叶片和导叶衔接部分涡量分布的核心因素是叶片数；轴向力随着流量增加而减少，呈负增长趋势；此推动力的量值甚至可能转变为负值；叶片的最大变形点位于叶片前段与轮缘相交的夹角上。该成果揭示了在负扬程工况下双向流道轴流泵的运行特点，对泵站系统的优化规划及安全性监测提供一定参考。
为探究负扬程工况下双向流道轴流泵装置的运转特性，以太湖流域地区某一泵站所应用的双向流道轴流泵装置模型作为分析实例，采用SST（shear stress transfer）k-ω湍流模型对双向流道轴流泵装置的全流道进行非定常计算和流固耦合模拟，运用数值模拟的方法得到水力特性，并与实验结果进行对照分析，以此评估模拟方法的准确性。研究发现，在负扬程工况下，叶轮相当于泵装置中的制动装置。叶片表面的压力分布不均，与设计工况下的水泵运行压力分布差异较大，水流在叶端产生流动分离，导致压力面与吸力面的流速几近对称，叶轮内部的总体流速较为平均，决定叶片和导叶衔接部分涡量分布的核心因素是叶片数；轴向力随着流量增加而减少，呈负增长趋势；此推动力的量值甚至可能转变为负值；叶片的最大变形点位于叶片前段与轮缘相交的夹角上。该成果揭示了在负扬程工况下双向流道轴流泵的运行特点，对泵站系统的优化规划及安全性监测提供一定参考。
2025, 23(1):195-200.
摘要:
覆盖层砂土取样易受扰动，难以确定其原位相对密度，因此需要开发一种操作简便、适于推广的原位砂土相对密度确定方法。基于标准贯入锤击数、上覆有效应力与土体相对密度间存在的相关关系，提出一种基于现场标贯试验成果确定覆盖层深埋砂土相对密度的思路。结果表明，应用该方法计算覆盖层深埋砂土相对密度的结果稳定且符合对于类似砂层密度特性的基本认识，在难以直接获取砂土原位相对密度时是可行的代替方法。
覆盖层砂土取样易受扰动，难以确定其原位相对密度，因此需要开发一种操作简便、适于推广的原位砂土相对密度确定方法。基于标准贯入锤击数、上覆有效应力与土体相对密度间存在的相关关系，提出一种基于现场标贯试验成果确定覆盖层深埋砂土相对密度的思路。结果表明，应用该方法计算覆盖层深埋砂土相对密度的结果稳定且符合对于类似砂层密度特性的基本认识，在难以直接获取砂土原位相对密度时是可行的代替方法。
2025, 23(1):201-208.
摘要:
采用光滑有机玻璃作为相似材料进行某渡槽水面线模型试验，发现模型试验测得渡槽最高内水位与均匀流公式计算出的水位相差较大。针对此问题开展模型试验、理论分析和数值模拟研究。分析影响模型试验中渡槽水位的各种因素；对模型试验所用的光滑有机玻璃材料进行糙率率定，基于率定试验结果和理论分析，建立一种糙率比尺不相似情况下的水位修正方法；开展渡槽水面线的三维有限元数值模拟研究，在渡槽模型试验实测数据验证数值模拟准确的基础上，证明针对糙率比尺不相似提出的模型试验渡槽水位修正方法的正确性。结果表明：试验糙率比尺不相似是导致渡槽实测水位与均匀流计算水位相差较大的关键因素，光滑有机玻璃板糙率取0.007 9~0.008 3较为合适，糙率值随流量的增大呈现减小的趋势，随坡度的增大呈现增大趋势。
采用光滑有机玻璃作为相似材料进行某渡槽水面线模型试验，发现模型试验测得渡槽最高内水位与均匀流公式计算出的水位相差较大。针对此问题开展模型试验、理论分析和数值模拟研究。分析影响模型试验中渡槽水位的各种因素；对模型试验所用的光滑有机玻璃材料进行糙率率定，基于率定试验结果和理论分析，建立一种糙率比尺不相似情况下的水位修正方法；开展渡槽水面线的三维有限元数值模拟研究，在渡槽模型试验实测数据验证数值模拟准确的基础上，证明针对糙率比尺不相似提出的模型试验渡槽水位修正方法的正确性。结果表明：试验糙率比尺不相似是导致渡槽实测水位与均匀流计算水位相差较大的关键因素，光滑有机玻璃板糙率取0.007 9~0.008 3较为合适，糙率值随流量的增大呈现减小的趋势，随坡度的增大呈现增大趋势。
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