2014年2月第1期（总第143期）

(双月刊)
目 次

基于PDM的飞来峡水库实时水文预报模型………韩昌海，张铭，范子式，虞云飞，苏亦绿，王红旗(1)
扭双工字型透水框架防冲机理试验研究………马爱兴，曹民雄，谭伦武，付中敏，王秀红，蔡国正(8)
淤泥质海岸环抱式港池口门布置方案研究………………丁军华，张全善，高正荣，幸卫胜，俞竹青(17)
钢筋锈蚀率的概率模型及时变可靠度分析…………………………冯云芬，贡全鑫，杨国平，李荣庆(24)
环翼式桥墩挡板形状对垂向水力特性的影响………………………陈艳样，牟献友，成兰艳，李春江(33)
泥浆侵入土层泥膜状态细观分析与堆积单向性验证……………………刘成，杨平，王海波，潘晓明(40)
基于球状井非稳定井流理论的管涌流场分布研究……………张健，程剑峰，王仙美，陈景雅，梁越(49)
简支组合梁长期变形下提凝土收缩模式研究………………………………………………李达，牟在根(56)
龙潭沟水库溢流坝油洪消能局部冲刷试验研究………………………………吴福生，阮仕平，冯新权(62)
洋口港区烂沙洋北水道航道开挖可行性研究……………………………………曲红玲，尤薇，马洪亮(70)
油洪洞旋流阻塞消能的数值模拟………………………………………………鲁学苦，范济神，赵振兴(78)
某取水工程防沙设计及试验验证……………………………………………张小帅， 张耀哲， 刘伟峰(85)
芜申运河三里埂段深坑成因分析……………………………邵雨辰，丁坚，吴德安，傅苠鸣，韩文君(92)
三峡水库175m方案成库运行后龙门浩河段水流特性变化分析…………………………罗全胜，谢龙(98)
HYDRO-SCIENCE AND ENGINEERING
(Bimonthly)
Feb. 2014 No.1 (Total No.143)

CONTENTS

A real-time hydrological forecast model for Feilaixia reservoir based on PDM
…………HAN Chang-hai，ZHANG Ming，FAN Zi-wu，YU Yun-fei，SU Yi-lü，WANG Hong-qi(1)
Experimental studies of erosion protection mechanism of twist double H permeable frame group
…………MA Ai-xing，CAO Min-xiong，TAN Lun-wu，FU Zhong-min，WANG Xiu-hong，CAI Guo-zheng(8)
Analysis of layout scheme of entrance of encircled basin along muddy coast
………DING Jun-hua，ZHANG Jin-shan，GAO Zheng-rong，ZHANG Wei-sheng，YU Zhu-qing(17)
A probability model for rebar corrosion loss and time-dependent reliability analysis of RC member
…………………………………FENG Yun-fen，GONG Jin-xin，YANG Guo-ping，LI Rong-qing(24)
Impacts of baffle shape of the ring-wing bridge pier on vertical hydraulic characteristics
………………………………CHEN Yan-mei，MOU Xian-you，CHENG Lan-yan，LI Chun-jiang(33)
Mesoscopic analysis of slurry membrane state for slurry invading stratum and verification of packing unidirectionality
…………………………………………LIU Cheng，YANG Ping，WANG Hai-bo，PAN Xiao-ming(40)
Analysis of piping field distributions based on unsteady spherical well flow theory
……………………ZHANG Jian，ZHAI Jian-feng，WANG Xian-mei，CHEN Jin-ya，LIANG Yue(49)
Numerical simulation of concrete shrinkage mode of simple composite beams acted by long-term deformation
…………………………………………………………………………………LI Da，MOU Zai-gen(56)
Hydraulic experimental studies on the spillway of Longtangou reservoir
…………………………………………………WU Fu-sheng，RUAN Shi-ping，FENG Xin-quan(62)
Feasibility studies of waterway excavation in the northern Lanshayang tidal channel in Yangkou port area
…………………………………………………………QU Hong-ling，YOU Wei，MA Hong-liang(70)
Numerical simulation of energy dissipation of vortex flow in flood discharging tunnel with barrage
………………………………………………………LU Xue-lei，FAN Ji-shen，ZHAO Zhen-xing(78)
Sediment control design and experimental verification for a water intake project
……………………………………………ZHANG Xiao-shuai，ZHANG Yao-zhe，LIU Wei-feng(85)
Analysis of a deep pool at Sanligeng reach in Wuhu-Shanghai canal
…………………………SHAO Yu-chen，DING Jian，WU De-an，FU Min-ming，HAN Wen-jun(92)
Analysis of flow characteristics of Longmenghao reach after the Three Gorges Reservoir impoundment to 175 m height
…………………………………………………………………………LUO Quan-sheng，XIE Long(98)
基于PDM的飞来峡水库实时水文预报模型
韩昌海¹， 张铭¹， 范子武¹， 虞云飞²， 苏亦绿²， 王红旗²
(1. 南京水利科学研究院 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室， 江苏 南京 210029； 2. 广东省飞来峡水利枢纽管理处， 广东 清远 511825)

摘要：水文预报模型是实时预报预警系统的核心。基于新型的概率水文预报PDM(The Probability Distributed Model)，构建了北江流域飞来峡水库概率水文预报模型。将整个流域划分为18个子流域，对每个子流域分别建立PDM，并采用历史降雨流量数据序列对各子流域和流域PDM进行参数率定；以横石站为参考站，采用52场次实测历史洪水进行模型验证和精度评定，洪峰预报合格率为99%，精度等级为甲等，模拟精度高，说明了PDM结构和参数取值的合理性，以及模型在该流域的适用性。

关键词：水文预报； PDM； 精度评定； 飞来峡水库
扭双工字型透水框架防冲机理试验研究
马爱兴¹， 曹民雄^1，2， 谭伦武³， 付中敏³， 王秀红¹， 蔡国正¹
(1. 南京水利科学研究院 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室， 江苏 南京 210029； 2. 长江南京以下深水航道建设工程指挥部， 江苏 南京 210017； 3. 长江航道规划设计研究院 国家内河航道整治工程技术研究中心， 湖北 武汉 430011)

摘要：透水框架因具有消能减速进而保护岸滩免受水流冲刷的功能，在河道治理、航道整治中得到广泛应用。最近提出了一种新型透水框架——扭双工字型透水框架，经动床试验表明具有显著的护滩效果，利用Vectrino三维流速仪在变坡水槽上精细测量了新型透水框架附近的水流结构。试验分析表明，扭双工字型透水框架抛投于床面后底层流速骤减（减速率达0.79~0.95）、表层流速增大、过渡层流速梯度加大，垂向流速不再服从对数分布；垂向最大紊动强度出现在框架群顶部附近，水流进入框架群后紊动强度逐渐加强，出框架群后达到极值，底表层紊动强度极值的位置发生偏离，表层位置较底层偏下游内侧；框架群内近底层水体能量大幅消减（消能率达0.93~0.99），下游水体能量恢复距离为38~56 m，利于滩面防护，而侧向边缘水体能量加强，易造成侧沿岸滩局部冲刷。研究成果对扭双工字型透水框架的设计、应用具有一定参考价值。

关键词：扭双工字型透水框架； 流速变化； 紊动强度； 单位水体能量； 水槽试验
淤泥质海岸环抱式港池口门布置方案研究
丁军华¹， 张金善²， 高正荣²， 章卫胜²， 俞竹青³
(1. 江苏省铁路办公室， 江苏 南京 210024； 2. 南京水利科学研究院， 港口航道工程泥沙交通行业重点实验室， 江苏 南京 210029； 3. 河海大学 港口海岸与近海工程学院， 江苏 南京 210098)

摘要：以资料分析为基础，利用数学模型计算分析的手段，针对当地旋转流和黏性泥沙的运动特性，从水流、泥沙角度对连云港徐圩港区港池布置方案中的口门位置、口门宽度和布置形式进行了论证。分析认为，由于岸滩坡度较缓，大风天破波带影响范围较广，同时被波浪掀起的细颗粒泥沙可被潮流远距离输送，因此从减小泥沙回淤角度来看，港池应采用双环抱形式，而口门应布置在连云港理论基准面高程-5 m（破波区）以外，以此可以降低破波带内悬浮泥沙进入港池和外航道的可能性。同时分析论证认为，初期方案口门不宜过窄，以减小口门的水流强度；口门采用“八字”型布置，可以提高口门航道船舶航行和近口门泊位靠离泊的安全性。上述港池布置方案建议已被设计院接受并在实施方案中体现，可供类似港口布置方案借鉴参考。

关键词：淤泥质海岸； 港池布置； 口门； 泥沙回淤
钢筋锈蚀率的概率模型及时变可靠度分析
冯云芬¹， 贡金鑫¹， 杨国平²， 李荣庆²
(1. 大连理工大学 土木工程学院， 辽宁 大连 116024； 2. 中交水运规划设计院有限公司， 北京 100007)

摘要：氯离子引起的钢筋锈蚀是导致钢筋混凝土结构性能劣化的主要原因，因此有必要对钢筋锈蚀率的计算进行详细研究。考虑钢筋锈蚀过程中各影响因素的不确定性，将钢筋初锈时间和保护层开裂时间作为随机变量，首先分3种情况建立钢筋锈蚀率的计算模型；然后通过Monte Carlo模拟对锈蚀率进行概率分析，确定锈蚀率的概率分布类型和统计参数，最后根据收集的试验数据建立钢筋混凝土受弯构件剩余承载力与钢筋锈蚀率的关系，对受腐钢筋混凝土受弯构件进行时变可靠度分析。研究表明：钢筋锈蚀率服从正态-正态双峰分布；暴露时间越长，钢筋未锈蚀和混凝土保护层未开裂的概率越小；构件可靠度随时间的增加明显降低。

关键词：钢筋混凝土； 时变可靠度； 锈蚀； Monte Carlo模拟
环翼式桥墩挡板形状对垂向水力特性的影响
陈艳梅¹， 牟献友¹， 成兰艳²， 李春江¹
(1. 内蒙古农业大学 水利与土木建筑工程学院， 内蒙古 呼和浩特 010018； 2. 内蒙古巴彦淖尔市临河区水务局， 内蒙古 巴彦淖尔 015000)

摘要：根据桥墩局部冲刷机理，通过桥墩加装环翼式挡板减小局部冲刷的试验研究，分析了加装环翼式挡板后，水流在桥墩四周的垂向水力特性。试验结果表明：桥墩迎流面中心线的垂向速度在安放挡板位置处有拐点。3种形状的挡板中，形状为A1的挡板的近底垂向流速减小幅度最大，影响水流紊动宽度也最大，同时表层垂向紊动强度、近底垂向紊动强度减小幅度也最大。利用CFD软件进行数值模拟分析发现，与物理模型所得结果相吻合。

关键词：环翼式桥墩； 挡板形状； 垂向流速； 紊动宽度； 垂向紊动强度； 数值模拟
泥浆侵入土层泥膜状态细观分析与堆积单向性验证
刘成¹， 杨平¹， 王海波¹，潘晓明²
(1. 南京林业大学 土木工程学院， 江苏 南京 210037； 2. 深圳市地铁集团有限公司， 深圳 518026)

摘要：基于离散元程序YADE编制了流体与颗粒相互作用及粒间范德华力作用模型，从粒径比、粒间范德华力两个方面分析了泥浆侵入土层初始恒速阶段的堆积状态。结果表明，范德华力是影响泥膜形成速度和空间力链结构的重要因素，使泥浆颗粒堆积比例产生量的变化，而粒径比是决定泥膜状态的关键因素；力链结构在空间的分布和联系反映了泥浆颗粒在土层中堆积具有一定的连续性和单向性。渗流单向性是堆积单向性的一种重要表现形式，通过砂-膨润土混合物变水头渗透试验给出了验证。增大范德华力可以在土层表面更快形成泥皮，这为通过理论或试验手段提高流体介质的Hamaker常数来优化泥浆配比提供了理论支撑。

关键词：泥膜状态； YADE； 细观分析； 范德华力； 空间力链结构
基于球状井非稳定井流理论的管涌流场分布研究
张健^1，2， 翟剑峰^1，2， 王仙美^1，2， 陈景雅³， 梁越⁴
(1. 江苏省交通规划设计院股份有限公司， 江苏 南京 210005； 2. 江苏省水运工程技术研究中心， 江苏 南京 211100； 3. 河海大学 道路与铁道工程研究所， 江苏 南京 210098； 4. 重庆交通大学 国家内河航道整治工程技术研究中心， 水利水运工程教育部重点实验室， 重庆 400074)

摘要：渗流场分布确定是管涌研究的基础与关键。双层堤基管涌时土体破坏范围仅局限于管涌口周围，且在管涌口形成后土体中的渗流场会经历一个动态的变化过程。基于此，将管涌口概化为半球状的涌水井，结合非稳态渗流方程和叠加原理，对定水头条件下双层堤基管涌口形成后地层中的流场分布进行了研究，得到了管涌口形成以后的渗流场分布。通过算例，研究了管涌口形成以后堤基内水头以及水力梯度随时间的变化规律；通过与稳定条件下完整井流的对比，得到了球状井与完整井条件下水头与水力梯度的分布规律。研究表明：管涌口形成时的非稳定渗流是造成细砂突涌的重要原因之一；利用稳定完整井条件下的渗流场分布进行管涌判别时，会明显夸大管涌的发生范围。

关键词：管涌； 双层堤基； 球状井； 非稳定井流； 叠加原理
简支组合梁长期变形下混凝土收缩模式研究
李达^1，2， 牟在根¹
(1. 北京科技大学 土木与环境工程学院， 北京 100083； 2. 太原理工大学 阳泉学院， 山西 阳泉 045000)

摘要：长期荷载作用下，钢-混凝土组合梁会因混凝土的收缩而产生附加变形，我国现行规范均未详细考虑这一附加变形对组合梁长期变形的影响。分析研究了国内外文献中有关混凝土收缩的计算理论，基于澳洲规范(AS3600-1988)建立了考虑混凝土收缩应变的组合梁附加挠度计算式，对实际工程中的2根典型组合梁进行了实际收缩效应的计算，利用有限差分模拟分析软件FLAC3D对组合梁在收缩效应下的变形进行了模拟计算，并对各项计算结果进行了分析比较。计算结果、FLAC3D数值模拟结果及实测数据的对比分析表明，该计算式的计算值与模拟值和实测值最为接近，可用于组合梁长期附加挠度的计算分析。

关键词：简支组合梁； 长期变形； 混凝土收缩模式
龙潭沟水库溢流坝泄洪消能局部冲刷试验研究
吴福生¹， 阮仕平¹， 冯新权²
(1. 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； 2. 山东水利勘测设计院， 山东 济南 250000)

摘要：采用几何比尺为1:30的大比尺整体枢纽水工模型，根据重力相似准则，进行了龙潭沟水库溢流坝泄洪消能水力学试验研究。试验结果表明，设计洪水时，原设计方案及修改方案都不会对下游河道造成冲刷；下游河道水流平稳，流速分布均匀。校核洪水时，随着溢流坝过坝流量的增加，单宽流量增加坝面水深增大，原设计光滑溢流坝面沿程水流掺气消能效果欠佳，下游流速大、水流紊乱，挑流水舌下游造成严重冲刷，影响泄洪安全。通过方案修改优化，提出阶梯溢流坝台阶尺寸为0.90 m×0.72 m+连续挑坎方案新型消能形式，宣泄校核洪水时消能率较高，且下游河道水流平稳，流速较低且分布均匀，满足龙潭沟水库工程的安全泄洪。

关键词：龙潭沟水库； 阶梯溢流坝； 连续挑坎； 水工模型试验
洋口港区烂沙洋北水道航道开挖可行性研究
曲红玲，尤 薇，马洪亮
(江苏省交通规划设计院股份有限公司， 江苏省水运工程技术研究中心， 江苏 南京 211100)

摘要：为满足洋口港区发展需求，应对船舶大型化趋势，开展了烂沙洋北水道自然水深航道浚深的可行性研究。依据现场实测风速、潮流、波浪、泥沙等资料，进行了工程海域气象、水文、地貌等自然条件的综合分析，建立了辐射沙脊群洋口港区二维波浪潮流泥沙数学模型，对航道开挖方案实施后的潮流、泥沙进行了数值模拟，并预报了航道开挖后的常年回淤量和大风天的淤强分布。计算结果表明，航道开挖前后海区内潮流场变化不大，疏浚段流速略有变化；航道开挖后的常年回淤量小于700万m³，一次大风过程航道内不会发生骤淤碍航。因此，初步论证了烂沙洋北水道航道开挖是可行的。

关键词：辐射沙洲； 航道开挖； 潮流； 泥沙淤积； 数值模拟
泄洪洞旋流阻塞消能的数值模拟
鲁学蕾， 范济神， 赵振兴
(河海大学 力学与材料学院， 江苏 南京 210098)

摘要：运用标准κ-ε模型、RNG κ-ε模型、Realizable κ-ε模型、标准κ-ω模型，并结合VOF法对公伯峡水电站右岸泄洪洞的水流进行数值模拟，利用原型观测资料对计算结果进行对比验证，结果表明RNG κ-ε模型的模拟结果与原型观测资料最为接近。在此基础上，把原泄洪洞的旋流洞及其后段简化为直洞并在直洞不同位置布置阻塞，然后应用RNG κ-ε模型对其内部水流进行数值模拟，通过比较消能率、沿程压力及流场空化数分布，得出阻塞最佳布置位置，并给出最佳位置下水流的湍流特性。

关键词：旋流阻塞消能； RNG κ-ε模型； 消能率； 空化数
某取水工程防沙设计及试验验证
张小帅¹， 张耀哲¹， 刘伟峰²
(1. 西北农林科技大学 水利与建筑工程学院， 陕西 杨凌 712100； 2. 中国机械设备工程股份有限公司， 北京 100055)

摘要：通过河工模型试验，为伊拉克萨拉哈丁燃油气电站选取最佳的取水口位置，并为取水工程进行防沙设计。试验在两个模型平台上进行，根据全河段变态模型试验各工况下的试验结果，选择最佳的取水口位置；通过局部河段正态模型试验，确定取水口防沙具体细部设计，并对防沙效果进行验证。试验表明，取水口位置确定后，选择合理的侧向取水角，通过明渠口门处的一次性疏浚及两层次拦沙坎等防沙措施，能够有效防止推移质及悬移质进入取水明渠，并取得明渠口门前主河道“门前清”的效果。

关键词：取水口； 防沙； 推移质； 悬移质； 拦沙坎
芜申运河三里埂段深坑成因分析
邵雨辰^1，2， 丁坚^1，2， 吴德安²， 傅苠鸣²， 韩文君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 港口海岸与近海工程学院， 江苏 南京 210098)

摘要：用MIKE21水动力模块和物理模型对三里埂汇流段流场进行了模拟。经过试验验证，模拟结果和实测资料吻合较好，说明两个模型的建立是成功的。数学模型对深槽内水流的水力学性质研究表明，深坑处是深槽沿程受水流剪切力、冲击力以及弯道环流最大的区域。深坑被剥蚀和冲刷下来的泥沙通过弯道环流向对岸高滩输运，形成高滩不断淤高，深坑不断冲刷的状况。此外，由物理模型试验对深坑处流态的观察可知，深坑处于水流交汇和分汊不断变化区域，经常出现漩涡、汇流、紊流等不良流态，这些流态提高了水流紊动能量和挟沙能力，为深坑的发展提供了有利条件。三里埂汇流段水动力状况的数学模型和物理模型研究为该河段深坑的整治提供了理论依据。

关键词： MIKE21水动力模块； 物理模型； 深坑； 流态
三峡水库175 m方案成库运行后龙门浩河段水流特性变化分析
罗全胜^1，2， 谢龙³
(1. 小流域水利河南省高校工程技术研究中心， 河南 开封 475003； 2. 黄河水利职业技术学院， 河南 开封 475003； 3. 江苏省交通科学研究院股份有限公司， 江苏 南京 210017)

摘要：基于长江上游水文局实测地形、水文、泥沙资料，针对三峡大坝175 m方案蓄水后对变动回水区产生壅水影响，借助SMS平面水流二维数学模型，对成库前后龙门浩河段水流特性变化进行了研究分析。研究结果表明，成库后非汛期内，该河段呈库区特性，尾水抬高，流速、水面比降、水流功率大幅下降，汛期河段恢复天然河道，水流特性与成库前一致。取各时期平均流量下的水流特性代表各时期水力因子的平均值，通过成库前后各时期相同流量下龙门浩河段水流特性模拟对比，发现蓄水维持期水力因子的变幅最大、蓄水期次之、消落期最小、汛期则不发生变化。 通过加权估算，成库后年内平均水流功率较成库前下降47.9%，同时由于水流功率的年内变化分布极不均匀，将导致河段输沙规律发生变化。

关键词：龙门浩河段； 175m方案； 水流特性； 平面水流二维数学模型； 库区特性