實現中國“雙碳”目標 水利行業可以做什么

張建云1, 2, 3，周天濤1, 2，金君良1, 2, 3

(1. 南京水利科學研究院 水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室，江蘇 南京 210029； 2. 長江保護與綠色發展研究院，江蘇 南京 210098； 3. 水利部應對氣候變化研究中心，江蘇 南京 210029)

摘要: 2020年9月中國國家主席習近平在第75屆聯合國大會代表中國政府鄭重承諾，中國將力爭于2030年前達到碳排放峰值，努力爭取2060年前實現碳中和（簡稱“雙碳”目標）。為什么要加快實現“雙碳”目標？如何實現“雙碳”目標？水利行業在實現“雙碳”目標過程中可以做出什么貢獻？文章對上述問題進行了深入論述。由于溫室氣體過度排放造成全球氣候變暖，大氣、海洋和陸地系統等均發生明顯變化，對人類生存和自然系統可持續發展形成巨大挑戰。受氣候變化影響，中國在水安全、自然災害防御、公共健康和糧食安全等方面受到嚴重挑戰。水資源與氣候變化緊密相關，應對氣候變化，水利行業應該從加快水電開發、加強抽水蓄能電站建設、發展綠色小水電、開發利用地熱資源等方面，為實現“雙碳”目標做出貢獻。

關鍵詞：“雙碳”目標；氣候變化；水利行業

變化環境下的徑流演變與影響研究：回顧與展望

徐宗學1, 2，姜 瑤3

(1. 北京師范大學 水科學研究院，北京 100875； 2. 城市水循環與海綿城市技術北京市重點實驗室，北京 100875；3. 南昌大學 建筑工程學院，江西 南昌 330031)

摘要: 氣候變化和人類活動影響下的流域水循環過程發生了深刻的變化，認識和把握變化環境下的流域徑流變化規律及演變機理成為當前水文科學研究領域的熱點和難點問題。歸納和總結了近十幾年來的相關研究成果，從流域徑流演變特征識別、流域徑流變化歸因分析、變化環境下流域徑流模擬、未來氣候變化背景下的徑流響應規律及其預估4 個方面梳理了流域徑流演變相關研究的主要內容、方法及其進展，并就當前研究中的難點和不足，提出今后在徑流演變特征的認識、徑流影響因素定量化、徑流模擬及其不確定性度量等方面亟待深入開展研究的工作。

關鍵詞：徑流；氣候變化；演變特征；歸因分析；不確定性

黃河源區水源涵養有關問題探討

田世民1, 2, 3，韓 冰1, 2, 3，梁 帥1, 2, 3，王彎彎1, 2, 3，曹永濤1, 2, 3

(1. 黃河水利科學研究院，河南 鄭州 450003； 2. 河南省黃河水生態環境工程技術研究中心，河南 鄭州 450003；3. 河南省黃河流域生態環境保護與修復重點實驗室，河南 鄭州 450003)

摘要: 黃河源區是黃河流域重要產水區和水源涵養區，在氣候變化和人類活動雙重脅迫下，黃河源區各類型生態系統發生了顯著變化，影響了源區水源涵養功能。在總結前人研究的基礎上，闡述了水源涵養的概念和內涵，系統梳理了黃河源區水源涵養主體的變化過程，論述了水源涵養功能對水源涵養主體變化的響應特征，分析了黃河源區未來水源涵養能力演變所面臨的形勢，并基于此提出了黃河源區水源涵養能力提升的對策與建議?？蔀辄S河源區水源涵養相關研究的進一步開展及其水源涵養能力提升提供支撐。

關鍵詞：黃河源區；水源涵養；演變特征；提升對策

黃河流域水土資源聯合配置技術框架

秦天玲1, 2，呂錫芝3，劉姍姍1, 2，王建偉3，李晨昊1, 2，馮賤明1, 2

(1. 中國水利水電科學研究院，北京 100038； 2. 流域水循環模擬與調控國家重點實驗室，北京 100038； 3. 黃河水利委員會黃河水利科學研究院，河南 鄭州 450003)

摘要: 黃河流域生態保護和高質量發展上升為重大國家戰略，對黃河流域水土資源配置提出了新要求。隨著氣候變化和人類活動的影響，黃河流域面臨水資源總量不足、水土資源空間不匹配、水沙異源和生態用水用地矛盾突出等問題。在分析黃河流域水土資源所面臨問題及成因的基礎上，以山水林田湖草整體保護、系統修復和綜合治理為導向，基于已有水土資源要素數據和精密監測獲取的數據，識別黃河流域水土資源演變規律及生態關鍵閾值，構建基于水土資源高效利用與保護的黃河流域水土資源聯合配置模型。本研究旨在規范黃河流域水土資源開發，為黃河流域生態保護和高質量發展提供技術支撐。

關鍵詞：黃河流域；水土資源；聯合配置；技術框架

變化環境下的水源涵養能力評估研究進展

賈雨凡1, 2, 3，楊勤麗4，胡非池4，鞠 琴1，王國慶2, 3, 5

(1. 河海大學 水文水資源學院, 江蘇 南京 210098； 2. 水利部應對氣候變化研究中心, 江蘇 南京 210029； 3. 長江保護與綠色發展研究院, 江蘇 南京 210098； 4. 電子科技大學 資源與環境學院, 四川 成都 611731； 5. 南京水利科學研究院 水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室, 江蘇 南京 210029)

摘要: 水源涵養功能屬于生態學與水文學的交錯領域，是近年來的研究熱點。水源涵養功能包涵廣泛，水源涵養能力是針對不同區域特點和具體研究對象對水源涵養功能的量化評估。將水源涵養能力定義為一個區域的最大持水能力，與區域的氣候、土壤、植被等因素有關，并且由區域持或蓄的水量應能夠補給地表或地下水，為區域的工農業發展提供相對穩定的水源，討論了區域水源涵養能力的組成和影響因素，分析了變化環境下氣候條件和人類活動對水源涵養能力的影響。此外，水源涵養能力表征在干旱區和濕潤區有所不同?；谏鲜鲇^點，總結了水源涵養能力的評估方法及其適用條件與優缺點，并在此基礎上，進一步討論了水源涵養能力評估的研究方向，以期為生態水文學發展和環境治理提供科學參考。

關鍵詞：變化環境；水源涵養；影響因素；評價方法

黃河源彎曲河流的河段尺度橫向沖淤特征研究

文 杰1，李志威2，陳 幫1，胡旭躍1

(1. 長沙理工大學 水利與環境工程學院，湖南 長沙 410114； 2. 武漢大學 水資源與水電工程科學國家重點實驗室，湖北 武漢 430072)

摘要: 彎道橫向遷移是彎曲河流周期性演變的主要特征，也是橫向沖淤的累積性結果。為認識彎曲河流年際時間尺度下的河岸遷移規律，2018—2020 年在黃河源麥曲和蘭木錯曲河段開展了連續3 年的無人機航測。通過影像后處理技術生成高精度地形，對河段尺度的河岸遷移和彎道沖淤特征進行探討。結果表明：邊灘的淤積外延驅動邊灘-凹岸寬度的變化，所以彎道河寬變化值超過0.1B（B 為河寬）的河段總是位于彎頂段。兩個彎曲河段凹沖凸淤特征明顯，凹岸侵蝕峰值與凸岸淤積峰值在彎道出口段呈對稱分布。麥曲河段的凸岸邊灘沖淤共存，但整體淤長，凹岸岸線的沖退寬度反映了河岸侵蝕狀況。

關鍵詞：彎曲河流；橫向沖淤；河段尺度；點邊灘；無人機航測

近50年伊洛河流域徑流演變歸因分析

倪用鑫1, 2，余鐘波2，呂錫芝1，馬 力1，張秋芬1，王建偉1

(1. 黃河水利委員會黃河水利科學研究院 河南省黃河流域生態環境保護與修復重點實驗室，河南 鄭州 450003；2. 河海大學 水文水資源學院，江蘇 南京 210098)

摘要: 流域尺度的徑流變化反映了氣候和人類活動的綜合影響，然而目前伊洛河流域徑流演變的量化歸因尚不明晰?；贐udyko假設構建解析徑流變化歸因的模型，量化評估徑流對各環境因素變化的敏感性系數，定量揭示各因素對徑流變化的貢獻。結果表明，1970—2018年間，伊洛河流域徑流顯著下降（α=0.05），且在1991年發生突變，突變后徑流減少了46.43 mm（34.32%）。徑流變化對降水、潛在蒸散發和下墊面參數的敏感性系數分別為0.42、?0.18 和?78.36，即降水每增加1 mm將導致徑流增加0.42 mm，潛在蒸散發量每增加1 mm將導致徑流減少0.18 mm，下墊面參數每增加1 個單位將導致徑流減少78.36 mm。氣候變化和人類活動對徑流變化的貢獻率分別為42.60%和56.36%，人類活動引起的下墊面變化是徑流變化的主要原因，其中植被變化是下墊面變化的主導因素。研究結果可為流域徑流演變歸因和水資源管理規劃提供理論支撐。

關鍵詞：徑流演變；歸因分析；Budyko 假設；伊洛河流域

永定河三家店以上流域徑流減少歸因分析

彭 弢1，賈仰文1，牛存穩1，劉 歡1，KHU Soon-Thiam2

(1. 中國水利水電科學研究院 流域水循環模擬與調控國家重點實驗室，北京 100038； 2. 天津大學 環境科學與工程學院，天津 300350)

摘要: 20世紀70年代以來，永定河流域徑流特征發生了巨大變化，下游常年處于斷流狀態。根據1956—1991年及2006—2018年永定河三家店以上流域各站的氣象與水文數據，利用M-K檢驗和小波分析方法分析了永定河流域的氣象要素及徑流變化趨勢，利用雙累積曲線和基于Budyko假設的彈性系數法進行了徑流減少歸因分析。結果表明：①1956—2018年間永定河流域的降雨無明顯增加或減少趨勢，氣溫有顯著上升趨勢，蒸發能力略有下降，徑流減少非常明顯，達到99.9%置信水平。②永定河流域大部分站點的降雨和徑流變化存在大概11或23 a的波動周期。③永定河10個水文站的降雨-徑流雙累積曲線均發生了2~4次較為明顯的偏移，在20 世紀的60年代中期、70年代初期、80年中期和90年代初期都發生了偏向徑流的偏移，這表明在降雨量水平未發生明顯變化的情況下，徑流減少了。④永定河流域是強人類活動區域，彈性系數絕對值依次為：降水>下墊面參數>蒸發能力，人類活動對徑流減少的平均貢獻率約為95%。

關鍵詞：永定河流域；氣候變化；趨勢分析；徑流變化；歸因分析

層結環境下剛性植被群對異重流影響的數值模擬

謝曉云，韓東睿，林穎典

(浙江大學 海洋學院，浙江 舟山 316000)

摘要: 利用FLUENT軟件模擬了層結環境下開閘式異重流通過剛性植被群的演變特性，使用二維大渦模擬，并結合用戶自定義函數加入植被阻力效應，對異重流的頭部速度、瞬時卷吸常數、勢能轉變，動能剖面變化等與環境水體層結度、植被群高度的關系進行相關分析。結果表明：層結環境會使異重流頭部后期產生中性層入侵，但植被的存在會抑制此現象；在運動初期，異重流在低層結度環境時的頭部速度比在高層結度環境的大，經過轉變點，此趨勢相反，而植被的存在會延遲這個轉變點的出現，且轉變點的出現隨植被高度的增加而滯后；層結環境和植被都會抑制異重流的卷吸，但當這兩種因素同時存在時，植被對異重流摻混抑制的影響起主要作用。異重流運動過程中，勢能早期主要用于維持異重流前進，經過轉變點后，大部分勢能主要被不可逆摻混消耗，且植被和層結環境會將這個轉變點提前。相同層結環境下，植被越高，異重流與環境流體間不可逆摻混引起的背景勢能越不占優。層結環境會抑制斷面處動能的多次波峰現象，但植被會促進該現象的發生。

關鍵詞：異重流；剛性植被；層結環境；勢能轉變；動能峰值

鋁酸鹽水泥對粉煤灰基地聚合物性能影響探究

王亞民1, 2，胡少偉3，范向前2，婁本星2，姚麗琴4，胡登興4

(1. 交通運輸部天津水運工程科學研究所，天津 300456； 2. 南京水利科學研究院，江蘇 南京 210029； 3. 重慶大學 土木工程學院，重慶 400045； 4. 寧夏青龍管業集團股份有限公司，寧夏 銀川 750004)

摘要: 為探討鋁酸鹽水泥對粉煤灰基地聚合物性能的影響規律，用摻量分別為0、2%、4%、8%和12%鋁酸鹽水泥代替粉煤灰，運用SEM、XRD、FTIR 與TG等測試方法，對復摻鋁酸鹽水泥的地聚合物進行微觀機理探究；開展流動度試驗、凝結時間與抗壓強度試驗，對復摻鋁酸鹽水泥的地聚合物進行宏觀性能分析。結果表明，當鋁酸鹽水泥摻量從0增長到12% 的過程中，C-S-H凝膠含量從2.16%增長到8.10%，富鋁凝膠含量從55.22%增長到74.60%，增大鋁酸鹽水泥摻量，流動度從22.4 cm降低到21.5 cm，初凝時間從622 min減小到106 min，終凝時間從740 min減小到125 min，抗壓強度從27.7 MPa增長到70.78 MPa。因此，復摻鋁酸鹽水泥有利于生成更多的C-S-H凝膠和富鋁凝膠，C-S-H凝膠具有更大的生成速率，降低了地聚合物工作性能，增大了地聚合物抗壓強度，豐富了地聚合物性能的提高方法。

關鍵詞：粉煤灰基地聚合物；鋁酸鹽水泥；微觀機理；抗壓強度

土體強度的空間分布形式對單樁承載力的影響

楊 劍1，黎 冰2，鮑安琪2，陳 寧2

(1. 中交公路規劃設計院有限公司 上海分公司，上海 200072； 2. 東南大學 土木工程學院，江蘇 南京 210096)

摘要: 土體參數可能服從不同類型的分布，而在考慮土性空間變異性的樁基礎承載特性的研究中一般將隨機變量假定為服從對數正態分布。以土體的不排水強度為隨機變量，考慮不同的變異系數和相關距離，采用隨機有限元法分別模擬了豎向和水平向荷載作用下單樁基礎的承載性狀，對比分析了土體不排水強度分別服從對數正態分布、Beta分布和Gamma分布條件下單樁的承載力均值和標準差。結果表明，土體強度的分布形式對單樁豎向承載力的均值沒有影響，而服從對數正態分布的隨機場中單樁水平承載力均值最大，服從Beta分布的隨機場中單樁水平承載力均值最??；豎向荷載和水平荷載作用下Beta分布得到的承載力標準差均為最大。當地基土強度空間分布形式未知時，建議采用Beta分布確定單樁承載力。

關鍵詞：空間變異性；樁基礎；非高斯隨機場；不排水強度

考慮封閉氣體影響的邊坡穩定系數計算

何玲麗，田東方

(三峽大學 水利與環境學院，湖北 宜昌 443002)

摘要: 強降雨導致邊坡封閉氣體壓力的產生，對邊坡穩定產生不利影響?，F有研究主要考慮封閉氣體對入滲的影響，以及當邊坡沿濕潤鋒面滑動時氣壓對穩定系數的影響?；诜忾]氣壓理論和Green-Ampt模型，建立了同時考慮坡角和氣壓影響的邊坡入滲模型；然后，基于Mohr-Coulomb強度準則和剛體極限平衡法，考慮氣壓對潛水面之下土體有效應力的降低效應，構建了無限邊坡沿潛水面之下的直線滑面滑動時的穩定系數計算模型。最后，通過算例研究了氣壓力對邊坡穩定系數的影響及當滑面位于不同位置時邊坡穩定系數的變化規律。結果表明：氣壓力可顯著降低邊坡穩定系數；摩擦角越大，黏聚力、滑面深度和坡角越小時，氣壓力影響越大；降雨入滲過程中，邊坡最危險滑面可能位于潛水面之下的直線滑面。

關鍵詞：邊坡；穩定系數；封閉氣壓；入滲模型

“踩腳印”工況下自升式鉆井平臺樁靴結構優化

賀林林1, 2, 3，楊 柳2, 3，馮楚杰2, 3，梁 越1, 2, 3

(1. 重慶交通大學 國家內河航道整治工程技術研究中心，重慶 400074； 2. 重慶交通大學 水利水運工程教育部重點實驗室，重慶 400074； 3. 重慶交通大學 河海學院，重慶 400074)

摘要: 為了降低自升式鉆井平臺在舊樁坑附近插樁時可能產生的工程風險，開展了一系列樁靴結構型式的優化研究和對比分析，提出六孔蓮蓬形樁靴、平底樁靴、內凹形樁靴3種新型樁靴結構型式。首先借助CEL分析方法研究了上述樁靴結構在偏心距為0.5D的“踩腳印”貫入過程中樁靴-地基土體相互作用機制、受擾動土體的塑性變形水平范圍及樁靴傾斜角和樁腿偏移距等與傳統樁靴結構的差異，并采用有限元法及規范計算法對比分析了樁靴結構承載特性，最后評估了上述樁靴結構在成層土地基插樁過程中發生穿刺事故的風險。結果表明，相同“踩腳印”工況下，提出的3種新型樁靴結構產生的水平滑動力、樁腿頂部彎矩峰值相較于傳統紡錘形樁靴結構降低值依次分別為32.59%、22.47%、28.18% 和26.32%、12.88%、18.02%?？梢?，3種新型樁靴結構型式均能較好地降低樁靴“踩腳印”過程中產生的不利影響，其中六孔蓮蓬形樁靴降低效果最好，內凹形樁靴次之，但后者結構型式更為簡單，制作方便。其次，若考慮降低樁靴貫入對鄰近導管架平臺的影響，六孔蓮蓬形樁靴結構因對周圍土體擾動影響最小而效果最佳。若考慮樁靴在成層土或不連續貫入插樁作業時發生穿刺事故的可能性，當施加相同的穩定荷載并插樁到相同深度時，平底樁靴發生穿刺事故的可能性更小。

關鍵詞：“踩腳印”工況；新型樁靴；VHM 曲線；樁靴傾斜角；樁腿偏移距

基于不同信息程度攻擊下的長距離輸水系統抗毀性研究

楊元媛1，李 港2，黃廷杰1

(1. 南京水利科學研究院 水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室，江蘇 南京 210029； 2. 南京水利科學研究院，江蘇 南京 210029)

摘要: 綜合運用圖論和復雜網絡理論，構建了長距離輸水系統網絡拓撲結構圖，選取破壞效率較高的節點攻擊，分別在輸水系統網絡拓撲結構信息未知、部分已知和全部已知的情況下展開隨機攻擊、條件攻擊和蓄意攻擊，進行了3種攻擊策略下輸水系統抗毀性的仿真試驗，并在網絡拓撲結構信息完全獲取的情況下采用度、介數和接近中心性3種特征參數量化節點重要性，分析了輸水系統對不同節點重要度參數的抗毀性響應。研究結果表明：不同攻擊策略下的破壞效率呈現為蓄意攻擊>條件攻擊>隨機攻擊，對拓撲網絡結構的信息獲取程度越大，攻擊效率越高；完全信息攻擊下的輸水系統抗毀性受節點的介數影響較大，受節點的度影響較小。本研究可為長距離輸水系統的重要設施識別及保護提供理論支撐。

關鍵詞：復雜網絡；長距離輸水系統；攻擊策略；抗毀性

并行電法探測水庫壩肩滲漏

夏玉立1，江曉益2, 3, 4，譚 磊2, 3, 4

(1. 浙江省水利發展規劃研究中心，浙江 杭州 310019； 2. 浙江省水利河口研究院（浙江省海洋規劃設計研究院），浙江 杭州 310020； 3. 浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020； 4. 浙江省水利防災減災重點實驗室，浙江 杭州 310020)

摘要: 土石體混合結構是水庫大壩防滲主體的重要形式，但散粒體填筑料之間及與相鄰建筑物之間的結合部位常常是隱患的多發區域，其中水庫大壩接觸帶滲漏表現得最為普遍且診斷難度較大。為探究并行電法在探測水庫兩壩肩巖土接觸帶及巖基部位滲漏的可行性，通過構建水庫壩肩滲漏通道物理模型，利用并行電法的AM采集方式得到視電阻率及反演電阻率剖面圖，并結合水庫探測實例進行了應用分析。研究結果表明：并行電法技術采集數據反演后得到的圖像能較好地反映出模型設置的滲漏通道位置，但因水庫壩肩巖土體的異型結構，視電阻率剖面對壩肩低阻區反應靈敏度不高，反演電阻率剖面仍存在較高的體積效應。青山水庫壩肩滲漏探測結果與鉆探驗證結果一致，這表明并行電法可為探查壩肩滲漏隱患提供新的技術手段。

關鍵詞：并行電法；壩肩滲漏；物理模型；電阻率剖面；電阻率反演

混凝土壩壩體滲漏水下修復處理及效果評價

李 錚1，李宏恩1，張安富2，劉定忠2

(1. 南京水利科學研究院， 江蘇 南京 210029； 2. 云南龍江水利樞紐開發有限公司，云南 芒市 678400)

摘要: 混凝土壩壩體滲漏會影響大壩的安全性和耐久性，以云南龍江水電站大壩壩體滲漏水下修復處理為背景，詳細介紹修復處理過程并對處理效果進行評述。為探明壩體入滲點部位，首先采用溫度測試法初步查找滲漏范圍，再采取水下擴大檢查的方式明確滲漏點具體位置。通過水下檢查最終確定9#壩段832.00 m和816.00 m、10#壩段830.00 m和808.00 m層間縫混凝土存在質量缺陷，為壩體滲漏通道的主要入滲點。然后，采用水下處理的方式進行壩體修復，從源頭對入滲點進行封堵，壩體經修復處理后，滲漏量由近年來最大值74.85 L/s降低至正常蓄水位下滲漏量僅6.04 L/s，處理效果較好。從壩體滲漏水下檢查情況來看，層間縫是混凝土壩壩體滲漏的主要通道。層間縫是貫穿于壩體澆筑全過程的施工縫，應在施工過程中加強質量控制，以保證各層混凝土之間的充分結合。所采用的滲漏水下修復處理技術可有效解決壩體局部滲漏缺陷問題，可供類似工程借鑒。

關鍵詞：混凝土壩；壩體滲漏；水下處理；層間縫；龍江水電站

多次加-卸載條件下考慮顆粒破碎的鈣質砂一維壓縮特性研究

龍 蛟1，顧琳琳1，王 振2，CHENG Chen3

(1. 南京理工大學 理學院，江蘇 南京 210094； 2. 南京理工大學 機械學院，江蘇 南京 210094； 3. Glasgow International College，University of Glasgow，Glasgow G12 8QQ，Scotland)

摘要: 南沙群島附近海域鈣質砂多為珊瑚礁碎屑，是一種未膠結的疏松松散顆粒聚集體，顆粒極易產生破碎。為研究鈣質砂顆粒破碎特性對其壓縮特性的影響，對鈣質砂開展多次加-卸載條件下的一維壓縮試驗，采用相對破碎率為度量指標，評價鈣質砂在多次加-卸載過程中顆粒破碎情況；根據試驗數據得到反復加-卸載過程中砂樣的塑性功，通過建立塑性功與相對破碎率的關系，探討顆粒破碎對鈣質砂一維壓縮特性的影響。研究表明：顆粒破碎率隨壓力的增大而顯著增大，顆粒破碎過程具有明顯的應力歷史依賴性，隨著反復的加-卸載，顆粒破碎率的增幅越來越??；同時鈣質砂的顆粒破碎率與塑性功呈冪函數關系，且隨著塑性功的增加，顆粒破碎率的變化率逐漸減小。

關鍵詞：鈣質砂；多次加-卸載；側限壓縮試驗；顆粒破碎；塑性功