2012年2月第1期（总第131期）
(双月刊)
目 次
城市化与城市水文学面临的问题……………………………………………………………………张建云(1)
流域数学模拟系统发展方向及关键技术…………………………………………余欣，寇怀忠，王万战(5)
长江南京至浏河口深水航道航行基面及理论基面初步分析…………夏云峰，闻云呈，张世钊，徐华(13)
基于逐次逼近遗传算法的梯级水库优化调度 ………………………………………………………邹进(19)
水泥土力学特性随龄期发展规律试验研究…………………………………陈达，庄宁，廖迎娣，黄辉(26)
台阶式溢洪道非掺气水流水面线的计算……………………………………………………张志昌，徐啸(30)
铁路斜交桥对河道行洪的影响及对策……………………………………张林，程琳，孙东坡，张先起(36)
水平荷载下底梁式全直桩码头横向荷载传递规律………………………卢陈，刘晓平，林积大，刘霞(43)
港珠澳大桥对伶仃洋滩地演变影响试验研究…………………………吴门伍，严黎，周家俞，吴天胜(49)
早强型土壤固化剂加固土的性能及施工工艺……………………………韦华，陈迅捷，鄢俊，贺永会(57)
黄河源水电站工程大坝渗流安全分析………………………………孙玮玮，庄德利，张士辰，郑昊尧(62)
秦淮河地铁桥物理模型试验研究…………………………………………姬昌辉，洪大林，谢瑞，申霞(71)
水管冷却热传导计算模型能量分析……………………………………………黄耀英，周宜红，周建兵(78)
南京水利科学研究院重大成果介绍
“重大水工程服役风险评定与馈控的关键技术及其应用”成果简介……………………………………(83)
HYDRO-SCIENCE AND ENGINEERING
(Bimonthly)
Feb. 2012 No.1 (Total No.131)
CONTENTS
The vital problems for the urbanization and urban hydrology today………………………ZHANG Jian-yun(1)
Development of numerical modeling system for river basins and critical techniques
………………………………………………………………YU Xin，KOU Huai-zhong，WANG Wan-zhan(5)
Preliminary study on the navigation datum plane and theoretical datum plane for deep-water channel from
…………………………………………XIA Yun-feng，WEN Yun-cheng，ZHANG Shi-zhao，XU Hua(13)
Cascade reservoirs optimal operation based on genetic algorithm successive approximation ……ZOU Jin(19)
Experimental study on mechanical properties of cement-soil with age
………………………………………………CHEN Da，ZHUANG Ning，LIAO Ying-di，HUANG Hui(26)
Flow profile calculation of non-aerated flow on the stepped spillway…… ZHANG Zhi-chang，XU Xiao(30)
Impact of the skew bridge on the river flood and countermeasures
……………………………………………ZHANG Lin，CHENG Lin，SUN Dong-po，ZHANG Xian-qi(36)
Experimental studies on load horizontal transfer of mudsill all-vertical-piled wharf under horizontal force
…………………………………………………………LU Chen，LIU Xiao-ping，LIN Ji-da，LIU Xia(43)
Experimental study on evolution of Lingdingyang beach after completion of Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge……………………………………………WU Men-wu，YAN Li，ZHOU Jia-yu，WU Tian-sheng(49)
Performance and construction technology of soil mixed with early strength soil stabilizer
………………………………………………………WEI Hua，CHEN Xun-jie，YAN Jun，HE Yong-hui(57)
Analysis on dam seepage safety of Huangheyuan hydropower station
…………………………………SUN Wei-wei，ZHUANG De-li，ZHANG Shi-chen，ZHENG Hao-yao(62)
Physical model test of theQinhuaiRivermetro bridge
…………………………………………………………JI Chang-hui，HONG Da-lin，XIE Rui，SHEN Xia(71)
Energy analysis of a pipe cooling thermal conduction calculation model
……………………………………………………HUANG Yao-ying，ZHOU Yi-hong，ZHOU Jian-bing(78)
NEWS……………………………………………………………………………………………………… (83)
城市化与城市水文学面临的问题
张建云
(南京水利科学研究院 水文水资源及水利工程科学国家重点实验室， 江苏 南京 210029)
摘要：随着经济社会的快速发展，目前我国正处在城镇化快速发展的时期，由此引发的城市水问题愈发突出，相关研究需求也愈加迫切.本文初步分析了城市化对降水和极端暴雨、流域产汇流规律及洪水、需水、供水及水资源保障、水质水环境及水生态系统等方面的影响.在分析城市水文效应的基础上，从学科发展和应用的角度，提出了当前城市水文学需要重点研究的问题，如城市极端暴雨的成因分析、城市暴雨洪水计算方法、城市雨洪资源化应用方法和关键技术等.
关键词：城市水文学； 水资源； 水环境； 产汇流
流域数学模拟系统发展方向及关键技术
余欣1， 寇怀忠2， 王万战1
(1. 黄河水利科学研究院， 河南 郑州 450003； 2. 黄河水利委员会， 河南 郑州 450003)
摘要：重点介绍了黑河流域综合模型、数字流域模型、二元演化模拟系统以及黄河数学模拟系统等4个流域模拟系统的新进展；从发展理念、生产方式、质量评测、集成建模以及支撑途径等5个方面，凝练了系统模拟系统发展新态势，突出水-经济-生态过程的耦合模拟，注重构件化组装的集约化生产方式，突出模型科学评价和公共开发环境建设，重视多源数据同化和模型参数化.今后一个时期，要重点做好数学模型不确定性及评价技术、数学模型复杂数据高效存取及其仿真可视化、协调大尺度和跨学科模型集成及云服务技术、三维/四维变分同化技术、基于物联网的混合虚拟河流试验技术、水循环及其多物质输移过程和模拟技术等方面研究工作.
关键词：水-经济-生态过程耦合模拟； 构件化组装； 质量评测； 综合集成环境
长江南京至浏河口深水航道航行基面及-理论基面初步分析
夏云峰， 闻云呈， 张世钊， 徐华
(南京水利科学研究院， 江苏 南京 210029)
摘要：由于沿江河道治理、航道整治、桥梁建设等人类活动以及海平面上升等因素的影响，南京以下沿程潮波发生变形，现行的基面需要重新计算与复核.通过收集沿程各站潮位资料，并利用一维数学模型对资料进行插补延伸；根据所得的沿程各站潮位资料，采用综合历时曲线法等手段对南京以下基面进行计算，比较现行基面与本次计算基面的差异.研究表明，南京以下现行的基面是可行的，且对船舶的航行是偏安全的，利用现行基面所测量的海图、地形图及研究成果可信有效.
关键词：深水航道； 航行基面； 理论基面； 复核
基于逐次逼近遗传算法的梯级水库优化调度
邹进
(昆明理工大学 电力工程学院， 云南 昆明 650051)
摘要：利用传统遗传算法求解水库优化调度问题时，经过遗传操作产生的新个体可能是不可行解，因此需要对其进行修正.但在梯级水库调度中，由于各时段间、水库间存在的水力电力联系，使这种修正变得复杂困难.鉴于此，提出了逐次逼近遗传算法（GASA），它可在包含不可行解的空间中寻优，并通过搜索空间的不断改变，逐渐逼近最优解.最后通过一个算例，并与离散微分动态规划法（DDDP）和逐步优化法（POA）的优化结果进行比较，说明了该方法的可行性与有效性.
关键词：梯级水库； 优化调度； 遗传算法； 逐次逼近
水泥土力学特性随龄期发展规律试验研究
陈达1， 庄宁1， 廖迎娣1， 黄辉2
(1. 河海大学 海岸灾害及防护教育部重点实验室， 江苏 南京 210098； 2. 河海大学 力学与材料学院， 江苏 南京 210098)
摘要：水泥土搅拌法是加固软土地基的常用方法，水泥土强度随龄期的发展规律直接影响水泥土的加固设计、施工进度安排和控制.基于我国东南沿海淤泥土特点，通过室内配比试验和力学加载试验，获得了5种以常用水泥为固化剂的水泥土试样90 d龄期内的应力应变曲线.在此基础上研究了不同固化剂和龄期对水泥土力学特性的影响，建立了水泥土抗压强度与龄期间的关系式，能根据水泥土3 d强度较准确地预测水泥土的后期强度，对于提高施工质量控制水平有重要意义.
关键词：水泥土； 强度； 龄期； 淤泥
台阶式溢洪道非掺气水流水面线的计算
张志昌， 徐啸
(西安理工大学， 陕西 西安 710048)
摘要：台阶式溢洪道水面线是确定边墙高度的重要参数，目前尚无系统的研究成果.根据明渠非均匀渐变流理论，分析了台阶段水面线的计算方法；模型试验表明，用非均匀渐变流理论计算台阶式溢洪道非掺气水流水面线时，必须考虑局部水头损失的影响.经对比分析，台阶上的局部阻力系数ζ=0.5时计算水深和实测水深吻合良好.溢流反弧段水面线可以用动量方程给出的公式计算.同时，对于坡度为30°，51.3°和60°的WES曲线段，也通过模型试验给出了水面线的计算式.对比分析认为，本文给出的台阶式溢洪道非掺气水流全程水面线的计算方法简单，精度高.
关键词：台阶式溢洪道； 非掺气水流； 水面线
铁路斜交桥对河道行洪的影响及对策
张林1， 程琳2， 孙东坡1， 张先起1
(1. 华北水利水电学院， 河南 郑州 450011； 2. 中国水电顾问集团成都勘测设计研究院， 四川 成都 610072)
摘要：一些桥梁受地形和线路的制约，桥位不得不采取与河渠斜交的穿越方式，造成桥墩较大的阻水作用.采用经验公式计算与数值模拟两种方法对某铁路斜交桥的行洪影响进行分析，研究了不同洪水条件下的壅水高度与范围、桥梁一般冲刷与局部冲刷深度、桥梁对行洪断面的阻水比.研究表明：桥梁设计基本满足要求，建桥后河势变化不大，但行洪断面的阻水比偏大.拟建桥采用与既有桥对孔布置，可以减小双桥对行洪的阻滞影响.提出了疏浚开挖边滩来补偿工程占用河槽行洪面积，经计算分析该方案，可以有效减小阻水比与壅水高度，减轻工程局部冲刷，有利于区域行洪安全.
关键词：斜交桥梁； 阻水比； 壅水； 局部冲刷； 流态； 疏浚
水平荷载下底梁式全直桩码头横向荷载传递规律
卢陈1，2， 刘晓平1， 林积大1， 刘霞2
(1. 长沙理工大学， 湖南 长沙 410076； 2. 珠江水利科学研究院， 广东 广州 510611)
摘要：针对常规内河全直桩高桩码头抵抗水平力差的缺点，提出了底梁式全直桩高桩码头结构，并对此结构进行了室内模型试验和数学模型试验.在室内模型试验中首先利用方程分析法和量纲分析法作相似分析，得到试验模型相似参数，然后通过一系列的前期土工模型试验对模型材料进行配制和选定，并在此基础上进行水平荷载作用下的码头结构-桩-土的试验.通过对比分析两种方法在水平荷载作用下结构的桩身位移、应变、弯矩和剪力，以及横梁和靠船梁的轴力，从而探讨结构的横向荷载传递规律.结果表明底梁式全直桩码头能较好地抵抗水平力的作用，可供同类工程设计参考.
关键词：高桩码头； 全直桩； 室内模型试验； 数值模拟； 水平荷载
港珠澳大桥对伶仃洋滩地演变影响试验研究
吴门伍1， 严黎1， 周家俞2， 吴天胜1
(1. 珠江水利委员会珠江水利科学研究院， 广东 广州 510611； 2. 重庆交通大学 西南水运工程科学研究所， 重庆 400016)
摘要：介绍了珠江河口整体潮流泥沙物理模型的主要特点.通过清水定床、局部动床及悬沙淤积试验，研究了港珠澳大桥修建后对伶仃洋滩地演变的影响.研究结果表明：港珠澳大桥修建后对河道的行洪、排涝有一定程度的影响；伶仃洋海区涨落潮主流没有明显改变.工程后主流区附近桥址断面局部河床将出现明显的冲刷调整.与无工程相比，工程后伶仃洋各主要浅滩
关键词：港珠澳大桥； 伶仃洋； 河床演变； 试验
早强型土壤固化剂加固土的性能及施工工艺
韦华，陈迅捷，鄢俊，贺永会
(南京水利科学研究院 水利部水工新材料工程技术研究中心， 江苏 南京 210029)
摘要：通过在黏土中掺入早强型土壤固化剂ES与普通型土壤固化剂OS，分析研究了加固土体在高含水率条件下抗压强度、抗干湿循环性能随养护龄期、含水率发展的规律.试验结果表明：掺固化剂土体抗压强度随着养护龄期的增加而增加，随着含水率的增加而降低；在高含水率条件下，掺早强型土壤固化剂ES土体具有较好的抗干湿循环性能.根据高含水率加固土体的工作特性和强度发展规律，利用强制式搅拌机、螺杆泵开发出高含水率土体快速施工工艺.这套施工工艺可应用于水利工程汛期抢险堵漏，能够达到快速施工，节约成本，降低劳动强度的目的.
关键词：早强； 高含水率； 固化剂； 施工工艺
黄河源水电站工程大坝渗流安全分析
孙玮玮， 庄德利， 张士辰， 郑昊尧
(南京水利科学研究院， 江苏 南京 210029)
摘要：根据黄河源水电站工程的具体情况，通过对两种不同防渗形式的典型断面进行渗流有限元计算分析，全面评价了黄河源水电站工程的渗流安全状况.计算结果表明：整个大坝防渗系统存在缺陷，库内水平防渗与“L”型垂直防渗连接部位未封闭，右岸坝段基础天然防渗条件差、防渗处理不彻底，导致坝后渗漏量大，且已发生渗透破坏，大坝渗透稳定性不满足规范要求.大坝渗流评价为“C”级，建议采取相应加固处理措施，并完善渗流监测设施.
关键词：黄河源水电站； 水平防渗； 垂直防渗； 有限元； 渗流安全分析
秦淮河地铁桥物理模型试验研究
姬昌辉， 洪大林， 谢瑞， 申霞
(南京水利科学研究院， 江苏 南京 210029)
摘要：秦淮河地铁桥临近秦淮河大桥，主桥墩采用双壁墩形式，由于桥墩壅水与桥墩形状、桥墩尺寸、桥墩布置形式、阻水面积比、河道水流情况等诸多条件有关，而经验公式往往仅考虑其中的几个因素，没有普遍适用性.应用平面比尺为1：100，垂直比尺为1：50的变态物理模型试验，研究了地铁秦淮河大桥的桥墩壅水、河道水流流速、水面线、流态等内容.结果表明：河道水面线可分为3段，桥前壅水最大为
关键词：物理模型； 桥墩； 壅水； 流速； 水面线
水管冷却热传导计算模型能量分析
黄耀英1， 周宜红1， 周建兵2
(1. 三峡大学 水利与环境学院， 湖北 宜昌 443002； 2. 中国长江三峡集团公司， 湖北 宜昌 443002)
摘要：对水管冷却有限元法和水管冷却等效热传导法的相关性进行了研究，采用同一套有限元网格，仿真分析了混凝土浇筑仓的非稳定温度场和徐变应力场，对比分析了两种水管冷却计算模型计算的混凝土浇筑仓平均温度和弹性应变能及黏性应变能.水管冷却等效热传导法计算的混凝土平均温度与水管冷却有限元法计算的平均温度接近，前者是后者的等效平均，但两者的同一节点温度不一样，且差异有时还比较大.由于前者是后者温度的等效平均，所以前者和后者的弹性应变能和黏性应变能接近，但两者的同一节点的应力不一样，因此其差异有时也比较大.
关键词：水管冷却有限元法； 水管冷却等效热传导法； 等效； 应变能
