现代运河发展与省水船闸通航水力安全调控

胡亚安¹，安建峰¹，李中华¹，肖建庄²，薛 淑¹

(1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 2. 广西大学，广西 南宁 530004) 

摘要:现代化跨水系运河工程建设是今后中国高等级航道网互联互通、提质扩能的重要内容，将在降低运输成本、促进经济发展方面发挥巨大作用。现代运河工程涉及国土空间布局、水资源配置、行业协调发展等系列科学问题，通航水力安全调控是保障运河工程及船舶航行安全的关键。通过梳理全球现代运河工程建设概况，结合中国跨水系运河工程特点，提出亟需开展的技术攻关内容：（1）运河工程发展战略与资源优化配置技术；（2）跨分水岭通航建筑物安全高效运行保障技术；（3）低碳绿色建造与全过程高效管控；（4）运河工程智慧运维。阐明了现代运河工程在发展战略与资源优化配置、跨分水岭安全高效通航、绿色低碳建造与智慧运维方面的重大科技需求；重点分析了现代运河控制性工程省水船闸通航水力安全调控面临的技术挑战，涉及大水位变幅省水船闸水力设计与总体布置、输水系统选型与水力特性、闸室-省水池输水能量时空演变机理与调控技术、快速启闭输水阀门抑振防空化、船闸输水非恒定流影响下运河航道波流影响机制与通航安全预警等问题。可为现代运河工程的规划设计、内河水运高质量发展和高等级航道网建设提供参考。

关键词：现代运河；省水船闸；水力调控；安全预警

气候变化背景下溃坝巨灾特征、机制与适应性对策研究

刘六宴^{1, 2}，李宏恩^{1, 2}，周 宁^{1, 2}，王雪冰^{1, 2}，王 芳^{1, 2}，张 铸^{1, 2}

(1. 水利部大坝安全管理中心，江苏 南京 210029； 2. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029) 

摘要: 气候变化背景下，极端天气事件、强人类活动叠加工程系统脆弱性引发的溃坝巨灾事件呈显著增多趋势，成为水库大坝安全管理亟需应对的重大风险挑战。系统梳理了2018—2024年全球20起典型溃坝事件，指出溃坝巨灾事件是指由水库溃决引发的系统性复合灾害，其破坏强度、影响范围及社会后果显著超越常规溃坝事故阈值，存在“极端荷载-工程缺陷-管理失效”多重耦合驱动机制，并呈现“超量级伤亡-基础设施崩溃-社会功能解构-跨域次生灾害”的灾害特征。基于灾害损失评估理论与阈值分析方法，构建了基于生命损失、经济损失与社会损失三维度的灾害损失指数模型及巨灾判定模型。典型案例分析表明，利比亚德尔纳两座水库连溃（大量人员死亡或失踪）、印度提斯塔III级水电站冰湖溃决冲击（经济损失巨大）及老挝桑片-桑南内水电站溃坝事件（社会功能全面瘫痪）的灾害损失指数均达溃坝巨灾级。建议逐步建立气候适应性水库大坝工程韧性体系，重点开展高风险水库动态评估、全生命周期风险管理、数字孪生监测预警等技术应用，推动从被动防御向主动适应的安全管理范式转变，为应对气候变化下的溃坝巨灾风险提供决策支撑。

关键词：溃坝巨灾； 级联灾害； 灾害损失指数模型； 气候适应性； 工程韧性

中国最大潟湖纳潮活海研究与工程实践

陆永军^{1, 2}，吴 攀^{1, 2}，薛博升¹，张 霖³，莫思平¹，高亚军¹，王志力^{1, 2}

(1. 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； 2. 长江保护与绿色发展研究院，江苏南京 210098； 3. 海南省海洋与渔业科学院，海南 海口 571126)

摘要: 位于海南省万宁市的小海是中国最大潟湖，多年来的社会经济发展使小海口门淤积、纳潮量下降、水质恶化、生态退化等水环境相关问题突出，亟需开展综合治理，其中小海水动力提升与盐度场格局保持基本稳定成为小海治理的难点。综合采用现场监测、理论分析、数值模拟与物理模型试验等手段，研究了沙坝潟湖动力地貌演变过程、弱潮强浪潟湖盐度场格局变化、口门稳定性与潮汐通道格局重建方案及效果等，提出了小海口门拓宽至280 m、南汊道底宽恢复至100 m、沙洲局部清除等基于水动力水质提升的“纳潮活海”方案，并成功应用于工程实践。工程实施后，小海水动力得到明显提升，纳潮量增加30%以上，与外海的平均半交换周期从50d降至30d左右，配合外源污染治理，小海水质从劣四~三类提升至二类，显著改善了潟湖内海水环境、增强了水体自净能力，但潟湖主体盐度场变化较小（盐度增幅<5 %），有效保障了潟湖水交换能力提升下开敞湖区盐度生境格局的基本稳定，促进了小海水环境改善与生态安全，为小海流域高质量发展提供了重要支撑。

关键词：小海流域； 潮汐通道； 盐度场； 纳潮量； 水环境治理

河湖底泥治理科技创新研究与产业化发展

唐彤芝¹，吴志强^{1, 2}，徐 锴^{1, 2}，黄英豪^{1, 2}，关云飞¹，陈海波³

(1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 2. 南京水利科学研究院 河湖库底泥处理与资源化利用研究中心，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: 中国江河湖库淤积状况日趋恶化，严重危害工程安全与效益、水质与生态环境，底泥治理已成为国家江河战略的重要内容。当前迫切需要构建“精准探测-高效脱水-安全利用”的技术与产业链，加强多技术融合创新，推动底泥从“安全隐患、治理负担”向“战略资源、产业化新质生产力”转变。科学谋划和开展底泥探测、底泥快速固结硬化以及资源化利用技术的科研攻关，有利于提升国家水安全保障能力，推动新时期水利水运建设高质量发展，促进底泥资源产业化发展。总结提出了底泥原位探测与治理利用技术研发的总体任务，分析了需要解决的关键科学问题，构建了创新性与实用性突出、具有自主知识产权与技术特色的淤积智能探测技术与一体化装备、“天空地水工”大数据系统、分布式多功能快速排水固结技术与资源化利用设备技术框架。可为满足国家和行业公益性重大需求、推进底泥产业化形成新质生产力提供科技支撑。

关键词：河湖库淤积； 智能探测； 大数据； 固结硬化； 产业化

黄河三角洲滩涂湿地水文连通与生态修复研究

陆永军¹，左利钦¹，吉祖稳²，董 胜³，冷 欣⁴，唐梅英⁵，张旭辉¹

(1. 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； 2. 中国水利水电科学研究院，北京100038； 3. 中国海洋大学 工程学院，山东 青岛 266100； 4. 南京大学 生命科学学院，江苏 南京 210008； 5. 黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州 450003)

摘要: 针对黄河流域来水来沙锐减、海平面上升等变化环境及工农业等人类活动影响下，黄河三角洲滩涂湿地水沙关系不协调、生态脆弱等问题，探究变化环境下水沙配置和生态修复难题。通过现场勘测、遥感解译、数学物理模型试验、工程试验应用等探究黄河三角洲景观/生境演变及水文连通变化，提出水沙时空配置模式和生态修复技术，取得了相关的研究进展。明晰40年来黄河三角洲滩涂湿地景观/生境动态演变规律和水文连通性；提出黄河三角洲充分利用洪水资源和平原水库、清水沟流路与刁口河流路协同的水沙时空交互配置模式；集成基于互花米草扩散风险分区的梯级治理与基于微地形改造的碱蓬恢复措施，初步在黄河三角洲北部岸带与清水沟示范区开展应用。研究结果可为黄河三角洲河口规划、滩涂湿地水系连通和生态保护提供科技支撑。

关键词：滩涂湿地； 生境演变； 水文连通； 水沙配置； 碱蓬恢复； 黄河三角洲

水沙变化条件下长江口重大工程安全风险及防控策略

窦希萍¹，缴 健¹，丁 磊¹，陈正兵²，高祥宇¹，杨啸宇¹

(1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 2. 长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北 武汉 430010)

摘要: 近年来极端天气气候事件频发，对长江口重大工程的安全运行产生威胁，提出相应的防控策略对维持长江口河势稳定和重要工程安全运行具有重要的借鉴意义。分析了长江口近20年来的水沙运动规律和滩槽演变机制，发现近20年来长江口入海沙量锐减，导致滩槽格局调整、河势稳定性下降；叠加极端事件频发，严重威胁重大工程安全。研究构建了长江口深水航道碍航、水源地供水安全和圈围工程安全三大风险评估体系，评估了各类重大工程安全风险等级，并针对性地提出了应对安全风险的工程和非工程防控策略。结合风险评估和数学模型计算结果，得到了应对工程群安全风险的河势调控方案。结果表明：河势调控技术方案实施后，重大工程安全风险总体降低，可为长江口重大工程安全运维提供技术支撑。

关键词：长江口； 水沙变化； 深水航道； 水源地； 圈围工程； 风险评估； 风险防控

考虑库水位变化速率的土石坝渗流监控模型

马福恒¹，马 琳¹，娄本星^{1, 2}，叶 伟¹，李伟伟³

(1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 2. 黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州 450003； 3. 河南省陆浑水库运行中心，河南 洛阳 471412)

摘要: 近年来，暴雨洪涝、干旱等灾害频发，土石坝运行过程中常遭遇库水位骤变等非常规工况。现有土石坝渗流监控模型大多只考虑库水位的滞后效应，忽略了库水位变化速率对渗流的影响。为此，提出了一种改进的土石坝渗流监控模型，该模型结合库水位变化速率及滞后效应函数，优化了传统渗流模型中水压分量的计算方法，从而更精确地反映了库水位变化对土石坝渗流的影响。结合某水库的实测渗流数据，验证了所提模型的有效性，并与已有方法进行了对比分析。结果表明：在拟合效果上，本模型的复相关系数提升显著；在预测效果上，本模型表现出了良好的适应性和预测准确性，特别是在库水位发生突变的情况下，模型的平均绝对误差、平均绝对误差百分比和均方根误差分别降低了42.6%~58.0%、42.7%~58.2%、42.1%~55.2%。研究结果可为土石坝在极端条件下的安全性能评估提供理论依据和技术支持。

关键词：土石坝； 渗流； 监控模型； 水位变化速率； 滞后效应

土石坝安全监测数据处置与评价技术研究进展

何 宁，李登华，陈 鸽，徐 欣

(南京水利科学研究院，江苏 南京 210029)

摘要: 安全监测是确保土石坝长效运维的重要手段。聚焦土石坝安全监测数据治理技术、预测预警方法与安全评价体系三大环节，综述了国内外研究进展与关键技术瓶颈。数据治理方面，评述了粗差检测与缺失填补技术研究现状，对比分析了统计学及机器学习算法的优势与局限性。预测预警方面，总结了单一预测模型向组合模型的优化路径，探讨了动态权重分配策略对预测精度的提升作用，指出现有预警指标构建中存在的力学机理关联性薄弱问题。安全评价体系构建方面，从监测资料解析、多方法融合评价等层面剖析了现有技术的系统性缺陷与标准化缺失困境。未来土石坝安全监测研究需深化多学科交叉融合，充分发挥人工智能与数字孪生技术的应用潜力，通过技术创新与标准化建设协同推进土石坝监测数据处置与评价技术发展。

关键词：土石坝； 粗差检测； 缺失填补； 预测模型； 预警指标； 安全评价

超标准暴雨洪水下长距离调水工程风险评估研究

杨 奇¹，马福恒^{1, 2}，叶 伟^{1, 2}，李 强¹

(1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 2. 水利部大坝安全管理中心，江苏 南京 210029)

摘要: 近年来暴雨洪水事件频发，长距离调水工程的运行安全面临严峻挑战。以超标准暴雨洪水下的长距离调水工程为研究对象，采用WBS-RBS分析方法，从工程结构和风险因素两个维度构建风险矩阵，系统识别其风险事件及来源；针对传统权重分配方法的主观性缺陷，提出了基于灰色关联系数改进的TOPSIS法，结合建筑物类型及所处环境等多维度因素，对沿线建筑物进行客观赋权；最后，考虑外部环境、人类活动和运行管理等风险来源对工程的影响，构建顺向链式传导结构，分析风险在工程中的传递机制，量化风险来源对建筑物的影响程度，计算各建筑物的风险值，并结合赋权结果对整体工程风险进行评估。以某长距离调水工程某管理处所辖工程为例，运用该模型进行了风险评估，结果表明该工程处于低风险状态。研究提出的风险评估模型可为超标准暴雨洪水条件下长距离调水工程的风险管理提供技术支撑，对保障调水工程安全运行具有重要参考价值。

关键词：超标准暴雨洪水； 长距离调水工程； TOPSIS法； 风险传递

变化环境下水-生态-能源-粮食纽带关系解析与协同保障

王小军^{1, 2, 3}，降亚楠⁴，孙嘉琪^{5, 6}，朱永楠⁷，操信春⁸，李延峰⁹

(1. 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；2. 水利部应对气候变化研究中心，江苏 南京 210029；3. 江西水利电力大学 水土保持学院，江西 南昌 330099；4. 西北农林科技大学 水利与建筑工程学院，陕西 杨凌 712100；5. 山西师范大学 地理科学学院，山西 太原 030031；6. 山西师范大学 黄河中游生态环境研究中心 山西 太原 030031；7. 中国水利水电科学研究院 流域水循环与水安全全国重点实验室，北京100038；8. 河海大学 农业科学与工程学院，江苏 南京 210098；9. 北京师范大学 环境学院区域环境安全全国重点实验室，北京 100875)

摘要: 通过探讨变化环境下水-生态-能源-粮食（Water-Ecology-Energy-Food，WEEF）纽带关系的演化规律，旨在解决实现全球可持续发展目标（Sustainable Development Goals，SDGs）面临的资源安全、生态保护及绿色经济转型中的关键技术问题，为经济社会绿色可持续发展提供理论支撑。系统分析了国内外WEEF纽带关系的最新研究动态，解析了变化环境对WEEF纽带关系的影响机理，构建了影响定量解析体系，从技术方案、政策体系、系统措施等方面提出了变化环境下WEEF纽带关系协同保障策略。系统揭示了变化环境下WEEF纽带关系的耦合机制，在此基础上提出了系统性的协同保障对策，可为提升资源利用效率、推动生态保护修复及促进经济社会高质量发展提供科学依据。

关键词：水-生态-能源-粮食纽带关系； 变化环境； 关系解析； 协同保障； 高质量发展

制作PCCP的玄武岩纤维复合筋弯曲抗拉性能试验研究

李 军^{1, 2, 3}，翟俊杰¹，石中文¹，潘文明¹，王旭东²

(1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 2. 河海大学 水利水电学院，江苏 南京 210098； 3. 水灾害防御全国重点实验室，江苏 南京 210098)

摘要: 玄武岩纤维增强复合材料（Basalt Fiber Reinforced Polymer，BFRP）具有轻质、高强、耐腐蚀、耐疲劳等优点，特别适用于受腐蚀环境因素影响较大的结构工程。预应力钢筒混凝土管（Prestressed Concrete CylinderPipe，PCCP）是一种优秀的引调水工程管材，为解决因钢丝腐蚀和氢脆导致的断丝风险，从根本上提升PCCP安全性和耐久性，采用BFRP筋代替高强钢丝制作新型PCCP并开展研究。通过开展BFRP筋不同弯曲直径下的抗拉强度试验，分析得到BFRP筋抗拉强度退化规律，获取弯曲状态下BFRP筋抗拉强度折减系数，并基于数理统计提出该系数的经验公式。结果表明：BFRP筋弯曲状态下应力-应变关系仍保持线性关系，极限拉伸断裂属于脆性破坏；极限强度较直线状态折减明显，提出的抗拉强度折减系数公式可较准确地预测弯曲状态下BFRP筋极限抗拉强度，当弯曲直径为2.8m时，BFRP筋弯曲抗拉强度较直线状态下降了22.3%，弯曲直径越大，BFRP筋强度越能得到充分利用。基于数理统计提出的抗拉强度折减系数公式可用于7 mm BFRP筋在2.2m及以上弯曲直径状态下的极限抗拉强度计算。研究结果可为新型PCCP结构设计提供依据。

关键词：BFRP筋； PCCP； 弯曲状态； 抗拉性能； 折减系数

旱转涝过程黏土防渗土石坝渗流安全预警研究

叶 伟^{1, 2}，李伟伟³，罗 翔¹，马福恒^{1, 2}，徐章耀⁴

(1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 2. 水利部大坝安全管理中心，江苏 南京 210029； 3. 河南省陆浑水库运行中心，河南 洛阳 471412； 4. 河南省白龟山水库运行中心，河南 平顶山 467033)

摘要:  针对常规土石坝渗流安全预警方法依赖渗流监测数据导致在极端干旱环境下难以开展的问题，视干缩裂缝的发展程度为警兆，进一步考虑指标信息的易获取性，提出以裂缝宽度作为渗流预警指标，实现对后续渗流性态的安全预警。通过压实黏土样试验分析了干缩裂缝扩展特性，基于干旱环境中黏土内部收缩应力分析了黏土防渗体干缩裂缝扩展过程，提出了干缩裂缝深度、宽度计算模型，依据受旱过程土体基质吸力分布建立裂缝深度与宽度关系，实现以干缩裂缝宽度反演裂缝深度，提出以干缩裂缝宽度为指标的旱后渗流安全预警值。以2014年遭受极端干旱的白龟山水库为例，计算结果显示当上游黏土铺盖裂缝宽度为3.00 cm时对应裂缝深度为3.8 m，尚未达到土体极限裂缝深度6.2 m，以铺盖层临界渗透坡降为依据，进一步提出了以裂缝宽度0.52 cm作为正常蓄水位时铺盖出现渗透破坏的预警指标。研究结果可为遭受极端干旱影响的土石坝安全运行与管理提供支撑。

关键词：极端干旱； 干缩裂缝； 黏土防渗体； 渗流安全； 预警指标

秋茄类红树林消浪特性及其与海堤协同防浪效应

杭 岑^{1, 2}，潘军宁^{1, 3, 4}，琚烈红^{1, 3}，翟必垚^{1, 3}

(1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 2. 河海大学 港口海岸与近海工程学院，江苏 南京 210098； 3. 港口航道泥沙工程交通行业重点实验室，江苏 南京 210024； 4. 水灾害防御全国重点实验室，江苏 南京 210098)

摘要: 红树林的防浪减灾功能近年来受到广泛关注，但涉及秋茄类红树林冠部消浪能力的研究甚少，风暴潮灾害环境下红树林与海堤的协同防浪效能亦不清晰。在对浙南玉环市茅埏岛周围秋茄红树开展现场观测和力学性能检测的基础上，提出了红树林冠部柔性结构消浪模型试验相似理论和数值模拟方法，开展了树冠完全和部分淹没条件下红树林消浪物理模型试验，以及风暴潮高水位环境下红树林与海堤组合的越浪物理模型试验和数值模拟研究。试验结果表明：滩涂红树林带能有效减小堤前波高和堤顶越浪量，水位和树叶对波浪衰减的影响均较大，消浪效果随水位升高而减小，高水位条件下红树林冠部树叶起到重要消浪作用，设计高水位3.6 m时，64 m宽的红树林带可减小75%的海堤越浪量。数值模拟结果也证明了红树林可以有效减小越浪事件发生频率和强度，堤顶相对超高在0.70~1.33时，相对长度大于13.9的红树林可减小越浪量达60%以上。本研究还提出了红树综合拖曳力参数、枝和叶拖曳力参数的计算方法和参考值，以及考虑红树林影响的无因次单宽越浪量经验公式，可供波浪与红树林相互作用数值模拟和红树林影响下海堤越浪量评估参考。

关键词：红树林； 秋茄； 消浪； 越浪； 海堤

清淤底泥处置全过程氮释放特征及尾水控制研究

徐家欣¹，何云峰²，刘东升^{1, 3}，王智源^{1, 3, 4, 5}，严晗璐¹，李嘉荣²，王冬梅⁶，石一凡⁶

(1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 2. 中电建生态环境集团有限公司，广东 深圳 518063； 3. 水灾害防御全国重点实验室，江苏 南京 210098； 4. 长江保护与绿色发展研究院，江苏 南京 210098； 5. 水利部太湖流域浅水湖泊生态系统野外科学观测研究站，江苏 无锡 200434； 6. 江苏省水利科学研究院，江苏 南京 210017)

摘要: 清淤底泥处置过程中尾水的达标排放是生态清淤工程的关键环节。目前，尾水达标排放主要依赖末端治理，而对底泥处置全过程“湖泊-进泥口-储泥池-加药池-沉淀池”中污染物释放特征与水质变化的认识相对不足。依托滆湖生态清淤一期工程，以氮污染物为研究对象，通过多频次监测、采样及室内试验，对底泥处置全过程中的氮释放特征及水质响应进行了深入研究。研究结果表明，清淤底泥初入储泥池时，孔隙度增大且泥水还原性强，成为氮释放的热点区域；从储泥池前端至末端，随着溶解氧水平的逐渐升高和颗粒粒径的沿程减小，沉积物氮释放能力逐渐降低；进入加药池-沉淀池阶段，氮释放水平相较于储泥池末端有所回升，归因于加药处理后泥-水界面氮浓度梯度的增大。上覆水总氮、硝态氮浓度沿程呈现累积效应，而氨氮浓度则先升后降，归因于后端水体透明度升高，氨氮经硝化作用逐渐转化为硝态氮。沉淀池的加药处理和自然沉降能够改善尾水水质，但硝态氮和总氮浓度仍然超标，且固体悬浮物浓度间歇性超标。储泥池前端初期时氨氮和总氮释放潜力(4.64 mg/(dm²·d)和3.52 mg/(dm²·d))分别是储泥池末端的3.60倍和3.26倍。通过将储泥池前端封闭静置164 h，可使水体总氮负荷(2 018.52 mg/L)降低30%~50%，若辅以植被种植等措施进行综合处理，可实现后续尾水达标排放。研究结果可为河湖清淤底泥处置过程中尾水达标排放研究提供支持，为河湖生态清淤工程提供科学决策依据。

关键词：清淤底泥； 全过程处置； 沉积物氮释放； 上覆水水质； 尾水达标