2017年4月第2期（总第162期）

(双月刊)

目 次

河湖清淤吹填土固结硬化及生态处治效果…唐彤芝，吴月龙，丛建，彭劼，姚雪军，张洪玮（1）

弧形闸门前漩涡特性研究……………………………………孙洪亮，刘亚坤，张鸿煜，刘洁洁（10）

国内外高桩码头抗震性能和设计方法研究进展 Ⅲ:斜桩和桩-上部结构连接的抗震性能…………………………………………………………………………高树飞，贡金鑫，冯云芬（16）

基于网络层次分析法的节水型社会综合评价……李岱远，高而坤，吴永祥，王高旭，万永静（29）

低能耗高保坍型聚羧酸系减水剂的合成及性能…………………………唐修生，郑凌月，陈健（38）

真空预压加固吹填淤泥地基的孔隙水压力特性……许滨华，何宁，周彦章，姜彦彬，朱群峰（45）

基于正交设计的膨胀土冻融循环试验研究…宋迎俊，许雷，鲁洋，钱智宇，张雨灼，李剑萍（51）

基于联系期望的泥石流易发性评价模型…………方成杰，钱德玲，徐士彬，姚兰飞，刘杰（59）

水库库首水温分层流物理模型试验分析……………………武玉涛，任华堂，何洁，夏建新（67）

水力坡度对淹没单丁坝近区水流结构的影响……………………………………顾杰，郑宇华（75）

2015年长江口航道运行维护特征分析…………………………………………赵德招，万远扬（82）

长江下游新生洲洲头分流段演变特征及洲头守护措施……洪思远，王建中，范红霞，朱立俊（91）

浙江沿海及长江口同步潮位数据比较分析…………………………唐东跃，张沈阳，何文亮（100）

南宁市不同历时降水结构的多时间尺度研究……………………………孙桂凯，高沫，佘璇（107）

围垦工程对沙枉河口污染物输运影响分析………………丁大志，张静波，周向华，章卫胜（115）




HYDRO-SCIENCE AND ENGINEERING

(Bimonthly)

Apr. 2017 No.2 (Total No.162)

Contents

Hardening of hydraulic fill dredged from rivers & lakes and its ecological treatment effect

……TANG Tongzhi, WU Yuelong, CONG Jian, PENG Jie, YAO Xuejun, ZHANG Hongwei（1）

Experimental studies on characteristics of vortex formed in front of radial gate

…………………………………SUN Hongliang, LIU Yakun, ZHANG Hongyu, LIU Jiejie（10）

Advances in research on seismic performance and design methods for pile-supported wharves Part Ⅲ: Seismic performance of batter piles and pile-superstructure connections

……………………………………GAO Shufei, GONG Jinxin, FENG Yunfen（16）

Comprehensive evaluation of water-saving society based on analytic network process

……………LI Daiyuan, GAO Erkun, WU Yongxiang, WANG Gaoxu, WAN Yongjing（29）

Synthesis and properties of low-energy consumption and high slump retaining type of polycarboxylate superplasticizer

…………………………………………TANG Xiusheng, ZHENG Lingyue, CHEN Jian（38）

Discussion on characteristics of pore pressure in hydraulic reclamation silt foundation under vacuum preloading

……………XU Binhua, HE Ning, ZHOU Yanzhang, JIANG Yanbin, ZHU Qunfeng（45）

Experimental studies on freeze-thaw cycles of expansive soil based on orthogonal design

………SONG Yingjun, XU Lei, LU Yang, QIAN Zhiyu, ZHANG Yuzhuo, LI Jianping（51）

An assessment model for debris flow liability to occurrence based on connectional expectation

………………………FANG Chengjie, QIAN Deling, XU Shibin, YAO Lanfei, LIU Jie（59）

Experimental studies on water temperature stratified flow in front region of reservoirs

………………………WU Yutao, REN Huatang, HE Jie, XIA Jianxin（67）

Influences of different hydraulic gradients on flow structures near submerged spur dike

…………………………………………………GU Jie, ZHENG Yuhua（75）

Characteristic analysis of dredging maintenance for Yangtze River estuary deepwater navigation channel in 2015

……………………………………………………………………ZHAO Dezhao, WAN Yuanyang（82）

Evolution characteristics and protection measures for diversion section of Xinshengzhou shoal head in lower Yangtze River

…………………………HONG Siyuan, WANG Jianzhong, FAN Hongxia, ZHU Lijun（91）

Comparative analysis of synchronous tidal data from Zhejiang coast and Yangtze River estuary

…………………………………TANG Dongyue, ZHANG Shenyang, HE Wenliang（100）

Analysis of multi-time scales of precipitation pattern at different durations for Nanning city

………………………………………………………………SUN Guikai, GAO Mo, SHE Xuan（107）

Numerical analysis of influences of reclamation works on pollutant transportation along Shawang River estuary

…………………DING Dazhi, ZHANG Jingbo, ZHOU Xianghua, ZHANG Weisheng（115）




河湖清淤吹填土固结硬化及生态处治效果

唐彤芝1， 吴月龙2， 丛 建1， 彭 劼3， 姚雪军4， 张洪玮2

（1. 南京水利科学研究院， 江苏 南京 210029； 2. 南京瑞迪建设科技有限公司， 江苏 南京 210029； 3. 河海大学， 江苏 南京 210098； 4. 温州浙南地质工程有限公司， 浙江 温州 325006）

摘要：河湖清淤吹填土含水率高，流动性大，具有污染性。无砂真空排水预压法在固结硬化吹填土，提高其强度和承载力方面效果显著。受环形流道、落淤分选的影响，同一堆泥场内不同区域的地基沉降和超静孔压的变化存在一定差异性。无砂真空预压法具有较好的阻隔、过滤、吸附有机污染物等净化功能，经历堆置沉淀、负压抽吸、尾水沉淀和水生植物过滤吸附后排放的水体中有机质和总磷（TP）含量大幅减小，污染综合指数由0.8~1.0降到0.7，基本满足地表水Ⅲ类水质标准要求。固结后吹填土中的有机质、总氮、总磷含量大幅度降低，有机污染指数提高了1个等级。重金属含量符合土壤环境质量Ⅲ类标准，重金属的浸出毒性指标低，对地表水无污染，重金属污染程度的计算评价结果总体为轻微。

关键词：吹填土； 真空预压； 生态处治； 有机污染物； 重金属




弧形闸门前漩涡特性研究

孙洪亮， 刘亚坤， 张鸿煜， 刘洁洁

（大连理工大学， 辽宁 大连 116023）

摘要： 吸气漩涡是水利工程中进水口前常见的水力学问题，模型试验是研究进水口前漩涡特性的常用方法。目前关于漩涡特性的研究主要集中在淹没水深较大、进水口结构不变的泄洪洞以及电站进水口等，而对于弧形闸门局部开启时闸前漩涡特性的研究较少。为了研究弧形闸门前漩涡的水力特性以及黏性力和表面张力对弧形闸门前漩涡的影响，以某泄洪闸弧形闸门为研究对象，采用2个不同比尺的模型试验及理论分析方法，对弧形闸门局部开启时闸前吸气漩涡的水力特性进行了研究。结果表明，闸前漩涡是行进水流横向和纵向突然收缩共同作用的结果。弧形闸门前水面紊动较大，所以闸前漩涡频率较高，持续时间较短，闸门开度越大，闸前吸气漩涡越强。若按照弗劳德数准则设计模型试验，当来流雷诺数和韦伯数大于某一临界值时，可以忽略黏性力和表面张力影响。

关键词： 弧形闸门； 漩涡； 模型试验； 比尺影响； 雷诺数； 韦伯数




国内外高桩码头抗震性能和设计方法研究进展Ⅲ:

斜桩和桩-上部结构连接的抗震性能

高树飞1， 贡金鑫1， 冯云芬2

（1. 大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室， 辽宁 大连 116024； 2. 聊城大学 建筑工程学院， 山东 聊城 252059）

摘要： 通过对高桩码头震害的分析，弄清了高桩码头破坏的主要原因。在此基础上，从高桩码头抗震设计方法、桩-土相互作用、斜桩和桩-上部结构连接的抗震性能等方面，介绍了国内外高桩码头抗震研究的进展，总结了这些研究成果在高桩码头抗震设计规范中的应用，指出了高桩码头抗震性能研究的不足及需要深入研究的问题，并就如何吸收国外高桩码头抗震的研究成果及修订抗震设计规范提出了建议。本文为系列论文第3部分，主要论述了斜桩和桩-上部结构连接的抗震性能。研究表明，斜桩的抗震性能存在较大争议，国外在桩-上部结构连接形式及隔震技术方面进行了大量理论和试验研究并在码头抗震设计中得到应用，我国在斜桩使用和桩-上部结构连接等方面还需要继续深入研究。

关键词：高桩码头； 抗震设计； 斜桩； 桩-上部结构连接




基于网络层次分析法的节水型社会综合评价

李岱远1， 高而坤1,2， 吴永祥1， 王高旭1， 万永静3

（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. 水利部水资源司， 北京 100053； 3. 河海大学， 江苏 南京 210098）

摘要： 节水型社会综合评价对全面深入推进节水工作具有重要作用。针对评价指标之间相互影响的客观事实，将网络层次分析法引入节水型社会综合评价中。以常熟市为例，首先构建节水型社会评价指标体系，并分析各指标之间的相互作用关系，运用Super Decisions 软件建立ANP模型，通过求解超矩阵确定指标权重。其次对2008—2012年间节水型社会建设程度进行综合评价计算，并与AHP法的评价结果比较。结果表明，常熟市节水型社会建设推进迅速，2008年时综合评价分值低于合格值，节水型社会水平较低；2012年分值接近90，达到较优水平，基本建立了与现代化相适应的节水防污型社会。该评价结果与AHP法的评价结果基本一致，且更加符合常熟市的实际情况，验证了网络层次分析法的科学合理性以及在综合评价节水型社会建设中具有良好的应用前景。

关键词：节水型社会； 综合评价； 网络层次分析； 层次分析法




低能耗高保坍型聚羧酸系减水剂的合成及性能

唐修生1,2， 郑凌月3， 陈 健1,2

（1. 南京水利科学研究院， 江苏 南京 210029； 2. 南京瑞迪高新技术有限公司， 江苏 南京 210024； 3. 成都市第七中学（高新校区）， 四川 成都 610041）

摘要： 合成工艺的低能耗是减水剂绿色制备的一个重要发展方向，研制高保坍型聚羧酸系减水剂解决现代混凝土施工中面临的坍落度损失控制难题具有重要实践意义。采用复合氧化-还原体系，在20 ℃条件下，以异戊烯醇聚氧乙烯醚、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯和丙烯酸为共聚单体，一步法合成了高保坍型聚羧酸系减水剂。通过单因素试验和正交试验研究了丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯、链转移剂、还原剂、氧化剂用量对聚合物分散性和保坍性的影响规律，得到了最佳合成工艺为：丙烯酸丁酯与丙烯酸羟乙酯等摩尔取代丙烯酸的用量为30%，链转移剂用量为0.25%，还原剂用量为0.22%，氧化剂用量为0.30%（占聚醚大单体质量），反应时间为4 h。与国外同类产品相比，按最佳合成工艺参数制备的保坍剂具有显著的小坍度保持能力和较低的掺量敏感性，特别适用于小坍落度高保坍要求的混凝土施工。

关键词： 聚羧酸系减水剂； 高保坍； 低温合成； 流动性； 经时损失




真空预压加固吹填淤泥地基的孔隙水压力特性

许滨华1,2， 何 宁1， 周彦章1， 姜彦彬1， 朱群峰1

(1. 南京水利科学研究院， 江苏 南京 210029； 2. 河海大学， 江苏 南京 210098)

摘要：现场孔隙水压力的变化过程能反映地基加固过程中有效应力的发展，现场孔隙水压力的监测是真空预压加固软土地基的重要监测内容之一。通过现场孔隙水压力监测资料,用曼德尔效应解释了真空预压加固吹填淤泥前期出现孔隙水压力增大的现象，分析了真空预压加固吹填淤泥地基出现曼德尔效应的原因，结果表明，在真空预压加固吹填淤泥地基时曼德尔效应的持续时间沿深度逐渐缩短。综合考虑土的固结状态、负压的传递及工程所处环境表明，真空预压加固吹填淤泥时，孔隙水压力的变化受吹填土的欠固结程度、负压的传递和膜上覆水压力等因素综合影响。

关键词：真空预压； 吹填淤泥； 孔隙水压力； 曼德尔效应； 欠固结土




基于正交设计的膨胀土冻融循环试验研究

宋迎俊1， 许 雷1， 鲁 洋1， 钱智宇2， 张雨灼3， 李剑萍1

(1. 河海大学 水利水电学院， 江苏 南京 210098; 2. 扬州大学 水利与能源动力工程学院， 江苏 扬州 225127; 3. 上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司， 上海 200092)

摘要：南水北调南阳段膨胀土位于季节性冻土区域，易受冻融循环的影响。以南阳膨胀土为研究对象，对不同含水率、冻结温度、冻融循环次数的膨胀土试样进行变形测量和无侧限压缩试验。试验发现，含水率对膨胀土力学性质影响较大，含水率越高，强度与弹性模量衰减量越大；冻结温度对试样体积有较大影响，尤其是-10 ℃。根据显著性分析理论，研究含水率、冻结温度、冻融循环次数以及各因素间交互作用对膨胀土物理力学性质影响的显著性。结果表明，含水率对膨胀土力学性质影响最明显，含水率和冻结温度间的交互作用对强度影响较为显著；冻结温度对膨胀土体积变化影响最大，含水率和冻融循环次数的交互作用对体积变化有一定影响。在研究冻融循环条件下膨胀土物理力学性质时，不仅要考虑单一因素的影响，还应综合考虑各种因素交互作用的影响。

关键词：膨胀土； 冻融循环； 应力应变曲线； 强度； 弹性模量； 体积变化； 显著性分析




基于联系期望的泥石流易发性评价模型

方成杰1， 钱德玲1， 徐士彬1， 姚兰飞1， 刘杰1,2

(1. 合肥工业大学 土木与水利工程学院， 安徽 合肥 230009； 2. 新疆维吾尔自治区交通规划勘察设计研究院， 新疆 乌鲁木齐 830006)

摘要：泥石流的发生受到多种自然条件的影响，泥石流易发性评价是一个复杂的不确定性问题。为了对中巴公路沿线泥石流进行易发性评价，应用区间数理论与集对分析相耦合的方法，建立了基于联系期望的泥石流易发性评价模型。该模型结合泥石流实地调查和遥感解译结果，选取了14个评价指标，采用区间数理论表示评价指标量值和评价等级分级标准，利用集对分析理论计算联系期望，然后结合评价指标权重得出指标关于各易发性等级的综合联系数，最后根据最大联系数原则判定易发性等级。通过中巴公路沿线泥石流易发性评价实例以及与其他评价方法对比表明：联系期望模型能有效预测泥石流易发性等级，简化区间数关系的分析过程，为解决类似不确定性问题提供了一种新方法。

关键词：泥石流； 易发性； 区间数； 集对分析； 联系期望； 中巴公路




水库库首水温分层流物理模型试验分析

武玉涛， 任华堂， 何 洁， 夏建新

（中央民族大学 生命与环境科学学院， 北京 100081）

摘要：大型水库由于水温分层现象易对生态环境造成一系列不利影响，但由于水深较大现场测量困难，水温分层的实测资料极少，对其研究尚不够深入。通过物理模型试验模拟并测量了春末夏初水库库首水温分层的形成和演化过程，分析了流量和出水口位置对水温在垂向和水平分布的影响。结果表明：①由于分层流流动的特点和水动力条件的差异，水温垂向结构在温度分层的演化过程中表现为多种形式。②垂向温差取决于上下游位置、入库流量和水库出水口的高度。通常在垂直方向上，上游温差要比下游大。随着进水口流量的增加和出口位置高度的提高，垂向温差也随之加大。③水平方向上的水温分布与水深、进水口流量和出水口高度有着密切联系。在水库的表面和中部位置，上游水温要高于下游水温。然而在特定条件下，如进水口流量较大且出口位置在表面时，上游水温要低于下游水温。④水流的出口温度受进水口流量和出水口位置的影响。较低的出水口位置会导致出水温度较低，在初始时段尤为明显。

关键词：水温； 温度分层； 物理模型； 大型水库




水力坡度对淹没单丁坝近区水流结构的影响

顾 杰， 郑宇华

（上海海洋大学 海洋科学学院， 上海 201306）

摘要：采用超声波水位和PIV流速测量技术，在U形水槽中试验研究了不同水力坡度下淹没单丁坝对水流的影响。同一水力坡度，丁坝上游横比降沿程逐渐增大，丁坝下游横比降沿程逐渐减小。不同水力坡度，随着水力坡度的增大：①丁坝附近的水位、横比降、淹没程度和丁坝迎水面与背水面的水位差逐渐减小；②丁坝上游最高水位位置向下移动，丁坝下游水位恢复点位置向上移动；③断面平均流速及最大流速逐渐增大，但最大流速出现的位置基本不变；④漩涡流速分布较相似，但漩涡强度增加，坝后漩涡中心逐渐向下游对岸移动。当水槽坡度为-1‰~1‰时，淹没丁坝对丁坝上方5 cm处的剖面水流影响较小；当水槽坡度为2‰时，淹没丁坝对丁坝上方5 cm处的剖面水流影响较大；当水槽坡度为1‰~2‰时，淹没丁坝对水流结构的影响可能存在1个临界变化点。研究结果有助于对河床演变及海岸工程等复杂水环境问题的深入探索。

关键词：水力坡度； 淹没单丁坝； 水流结构




2015年长江口航道运行维护特征分析

赵德招， 万远扬

（上海河口海岸科学研究中心 河口海岸交通行业重点实验室， 上海 201201）

摘要：以大量工程现场资料为基础，初步分析2015年长江口航道运行维护特征，以及今后一段时期深水航道维护形势。分析表明，通过维护性疏浚，2015年长江口航道运行状况良好，12.5 m深水航道已进入全面发挥效益的稳定运行阶段。2015年南港北槽12.5 m航道维护疏浚强度总体仍保持时空相对集中的分布特征。与2011—2014年相比，2015年南港及圆圆沙段疏浚强度下降近15%，全年1—12月疏浚强度也普遍有所降低，这主要与南港河床地形条件和周边河势的改善，以及疏浚工艺与管理的优化有关。今后一段时期，在长江口河势格局及水沙动力环境整体稳定的前提下，12.5 m深水航道维护态势总体可控，且趋于向好。由于航道回淤时空分布特征未发生根本改变，后续长江口深水航道的重点维护时段和区段依然是夏秋季（6—11月）和北槽中段。

关键词： 长江口； 疏浚维护； 航道淤积； 12.5 m深水航道； 南槽




长江下游新生洲洲头分流段演变特征及洲头守护措施

洪思远1,2， 王建中1， 范红霞1， 朱立俊1

(1. 南京水利科学研究院， 江苏 南京 210029； 2. 河海大学， 江苏 南京 210098)

摘要：洲头分流段的河床演变对河势控制与稳定起着承上启下的关键作用，历来受到工程界的广泛关注。长江新生洲洲头分流段处于苏皖交界，是长江南京河段的门户。通过分析历史及近年上游小黄洲汊道、下游新生洲汊道及新生洲洲头分流段的河床演变特征，揭示了上下两个汊道分流比变化及洲头冲淤、汊道兴衰的内在关联性，论证了洲头控制对汊道水动力变化及主支汊演变的重要性，指出在三峡水库新运行的水沙条件、河势变化及汊道河势稳定性要求下，守护新生洲洲头的治理措施应以恢复近年洲头冲刷后退前的滩势为原则，修建长度、方向、高程合理的洲头导流坝，并辅以护底及洲头两缘的护岸工程，以及对小黄洲洲尾右侧至洲尾滩脊进行局部疏浚。成果可为该河段的全面系统治理提供有益参考。

关键词：新生洲; 汊道; 河床演变; 洲头守护; 导流堤




浙江沿海及长江口同步潮位数据比较分析

唐东跃， 张沈阳， 何文亮

（浙江省河海测绘院， 浙江 杭州 310008）

摘要：通过对浙江沿海及长江口31个潮位站同步潮位数据分析比较可知，浙江沿海各站的潮汐变化有着较好的一致性和明显的规律，即在半个月的潮汐周期中出现1次大潮和1次小潮，而在1个太阴日中，出现2次高潮和低潮，潮汐变化过程呈现出半日潮特征。在河口区，落潮历时长于涨潮历时，且由河口口门向上游历时差逐渐增大；在近岸浅海区，长江口至浙中沿海的大目涂站，表现为落潮历时长于涨潮历时；向南至浙中沿海的东矶岛、大陈岛站涨落潮历时基本相等；总的来说浙南沿海松门、披山岛、坎门、洞头站涨潮历时略长于落潮历时；而南麂岛、琵琶门和霞关站又以落潮历时略长于涨潮历时为特点。在近岸浅海区，潮差分布从长江口往南到霞关总的趋势由北向南增大。在河口区，最高潮位和平均高潮位由河口向上游逐渐增大；在近岸浅海区，最高潮位和平均高潮位由北向南增大,最低潮位和平均低潮位的分布则恰好相反。

关键词：潮位； 潮差； 涨落潮历时； 浙江沿海； 长江口




南宁市不同历时降水结构的多时间尺度研究

孙桂凯1,2,3， 高 沫1,2,3， 佘 璇1,2,3

(1. 广西大学 土木建筑工程学院， 广西 南宁 530004； 2. 广西大学 工程防灾与结构安全教育部重点实验室， 广西 南宁 530004； 3. 广西大学 广西防灾减灾与工程安全重点实验室， 广西 南宁 530004)

摘要：为研究不同历时降水事件的结构及变化趋势，借助小波分析的时频多分辨功能，从降水历时角度出发，将1971—2012年南宁市国家级地面气象站逐小时降水观测数据分为1~3 h，4~6 h，7~10 h，10 h以上4个历时，分析其多尺度周期变化。结果表明：①1~3 h, 4~6 h,7~10 h, 10 h以上降水次数时间尺度的主周期分别在28, 27, 29 和11年左右，7 h以下降水次数周期变化明显大于7 h及以上。②4个历时降水量的主周期分别在28，26，29和12年左右，除7~10 h外，其他历时降水量周期变化都很明显，正负相位交替变化十分明显。③根据分析结果预测，在未来2年内，除4~6 h降水量外，其他历时的降水次数及量都将呈负相位趋势。分析不同历时降水结构的周期变化规律可为深入探索区域降水循环变异规律提供依据。

关键词：水文学； 降水历时； 降水次数； 降水量； 小波分析； 多时间尺度




围垦工程对沙枉河口污染物输运影响分析

丁大志1， 张静波2， 周向华3， 章卫胜4

（1. 连云港港30万吨级航道建设指挥部， 江苏 连云港 222046； 2. 连云港市赣榆县水利局， 江苏 连云港 222100; 3. 江苏省水利厅， 江苏 南京 210029； 4. 南京水利科学研究院， 江苏 南京 210029）

摘要：河口两侧实施围垦工程改变了河口形态和动力环境，对河口污染物输运也将产生一定影响。以连云港市赣榆县沙枉河口为例，采用平面二维扩散输运模型对河口两侧高滩围垦工程实施前后沙枉河口污染物输运的影响范围进行了数值计算，分析了河口两侧浅滩围垦工程对河口污染物输运范围的影响。分析结果表明，河口两侧浅滩实施围垦工程使得河口过流通道缩窄，具有排放口向深水迁移的效应，有利于河口受污水体向动力较强的深水区稀释；但围垦工程实施使得通道和前沿区域动力改变，当两侧围垦工程前沿水流减弱时，动力变化不利于污染物输运；相反，围垦工程促使前沿水流增加时，动力变化则有利于污染物输运。

关键词：污染物输运； 围垦工程； 数值计算； 水环境