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水网布局下黄河流域应对极端枯水的关键科学问题

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水科学进展 2024年第1期35卷 11-23页

作者：王煜彭少明郑小康尚文绣水利部黄河水利委员会河南郑州450003 水利部水利水电规划设计总院北京100120 黄河勘测规划设计研究院有限公司河南郑州450003 水利部黄河流域水治理与水安全重点实验室(筹) 河南郑州450003

变化环境下极端气象水文事件频发,长江、黄河面临同枯风险。在国家水网建设背景下,为提高长江、黄河同枯的极端不利情景下黄河流域水资源安全保障能力,本文分析了长江、黄河两大流域水资源安全面临的现实问题,识别了变化环境下大型流域... 详细信息

变化环境下极端气象水文事件频发,长江、黄河面临同枯风险。在国家水网建设背景下,为提高长江、黄河同枯的极端不利情景下黄河流域水资源安全保障能力,本文分析了长江、黄河两大流域水资源安全面临的现实问题,识别了变化环境下大型流域枯水遭遇—水危机形成—跨流域调水潜力—多线路成网互济—极端枯水下水资源安全保障中亟需破解的关键科学问题,构建了水网布局下黄河流域应对极端枯水的总体研究框架,提出该领域重点研究方向包括:变化环境下长江、黄河极端枯水遭遇规律与空间变异机制,水危机风险多链路传导与复合影响定量评估,极端枯水下跨流域调水挖潜增供,长江和黄河跨流域联合调配与多线路互济精细化调控、极端枯水下流域水资源韧性提升优化调控等。

关键词：极端枯水枯水遭遇水危机跨流域水资源调配水资源系统韧性南水北调黄河长江

基于智慧水力学的长距离调水工程调度参数预测方法研究

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华北水利水电大学学报（自然科学版） 2024年第3期45卷 18-25页

作者：刘宪亮许新勇陈晓楠罗全胜华北水利水电大学水利学院河南郑州450046 中国南水北调集团中线有限公司北京100038 南阳师范学院南水北调学院河南南阳473061 黄河水利职业技术学院河南开封475000

为提高长距离调水工程调度参数的计算精度,提出了智慧水力学的概念,基于南水北调中线工程的运行监测数据,采用人工智能方法开展了长距离调水工程调度参数预测方法研究。在对数据清洗的基础上,基于长短时记忆神经网络(LSTM)模型建立了白... 详细信息

为提高长距离调水工程调度参数的计算精度,提出了智慧水力学的概念,基于南水北调中线工程的运行监测数据,采用人工智能方法开展了长距离调水工程调度参数预测方法研究。在对数据清洗的基础上,基于长短时记忆神经网络(LSTM)模型建立了白河、十二里河、东赵河节制闸调度参数的预测模型,采用鲸鱼优化算法(WOA)优化模型的超参数并进行调度参数预测。结果表明:3个节制闸的闸前水位和流量预测值与其实测值的最大平均绝对误差分别为0.655 cm和1.326 m^(3)/s,说明智慧水力学理念和人工智能方法在长距离调水工程调度参数预测中的适用性和精准性。研究内容可为实现工程调度参数预测与精准智能调度提供理论基础。

关键词：智慧水力学长距离调水工程调度参数预测人工智能 WOA-LSTM模型

基于模糊证据推理的TBM隧洞施工安全风险评价

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人民黄河 2024年第1期46卷 132-138页

作者：滕海波陈紫涵张妍许泽帆李敏中国南水北调集团东线有限公司北京100071 华北水利水电大学水利学院河南郑州450046

为确定TBM隧洞施工安全状态及关键影响因素,结合TBM隧洞施工特点,构建了TBM隧洞施工安全风险评价指标体系,提出了基于二元语义的组合赋权法,引入多级相交情况下的模糊正态分布作为模糊评价等级的隶属度函数分布,构建了TBM隧洞施工安全... 详细信息

为确定TBM隧洞施工安全状态及关键影响因素,结合TBM隧洞施工特点,构建了TBM隧洞施工安全风险评价指标体系,提出了基于二元语义的组合赋权法,引入多级相交情况下的模糊正态分布作为模糊评价等级的隶属度函数分布,构建了TBM隧洞施工安全风险综合评价模型,并以南水北调安阳市西部调水工程为例进行分析。结果表明:施工安全风险水平处于中等风险,其中安全事故风险为较低风险;技术风险、设备风险、管理风险和自然风险为中等风险;地质风险为较高风险,应重点控制。

关键词： TBM 隧洞施工安全权重风险评价

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南水北调东线工程可调水量挖潜模式及潜力

水资源保护 2024年

作者：刘为锋郭旭宁李昕阳刘婧侯煜李云玲水利部水利水电规划设计总院水利部水利规划与战略研究中心天津大学建筑工程学院中国南水北调集团东线有限公司

南水北调东线工程是国家水网“四横三纵”重要组成部分，是实现我国水资源优化配置、促进经济社会可持续发展、保障和改善民生的重大战略性基础设施，在极端气候事件频发以及经济社会高质量发展需水增大情况下，分析东线工程可调水量挖... 详细信息

南水北调东线工程是国家水网“四横三纵”重要组成部分，是实现我国水资源优化配置、促进经济社会可持续发展、保障和改善民生的重大战略性基础设施，在极端气候事件频发以及经济社会高质量发展需水增大情况下，分析东线工程可调水量挖潜模式及潜力具有重要意义。分析南水北调东线工程水源之间源汇关系、水源与用户之间供需关系、水源与计算单元之间隶属关系以及输水通道上下游、左右岸之间的水量交换关系，建立南水北调东线工程优化调度模型，综合考虑东线工程在变化环境下极端水文事件不确定性增加情况下调水潜力。考虑到东线工程沿线水源供水特性不一，设置三种不同可调水量潜力分析情景，一是基于洪泽湖、骆马湖、南四湖下级湖丰枯互补优化调度，二是基于抽江水优化调度，三是基于沿线湖泊丰枯互补和抽江水可调水量联合优化调度，三种情景可调水量挖潜均是在规划设计基础上，分析东线工程可调水量潜力。结果表明，三种不同情景调水潜力各不相同，多年平均情况下基于湖泊丰枯互补和抽江可调水量联合优化调度调水潜力最大、基于抽江调度调水潜力其次、基于湖泊丰枯互补优化调度调水潜力最小。特别地，三种不同情景在极端情况下调水潜力均较小，最大的情景极端情况下调水潜力仅为0.2亿m3。

关键词：南水北调东线工程可调水量挖潜模式潜力

大豆脲酶诱导碳酸钙固化黄河泥沙水稳定性试验研究

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水利学报 2024年第1期55卷 71-79页

作者：王钰轲陈浩宋迎宾王振海钟燕辉张蓓郑州大学水利与交通学院河南郑州450001 重大基础设施检测修复技术国家地方联合工程实验室河南郑州450001 地下工程灾变防控省部共建协同创新中心河南郑州450001 黄河水利委员会黄河水利科学研究院河南郑州450003 水利部堤防安全与病害防治工程技术研究中心河南郑州450003

随着国家“交通强国”战略的提出,沿黄工程建设发展迅速,填筑用土需求剧增。黄河泥沙作为填筑材料的可行性已被证实,但其在多雨地区的服役性能需要改善,探索一种生态、高效的泥沙加固方法提高其水稳定性十分关键。本文基于酶诱导碳酸钙... 详细信息

随着国家“交通强国”战略的提出,沿黄工程建设发展迅速,填筑用土需求剧增。黄河泥沙作为填筑材料的可行性已被证实,但其在多雨地区的服役性能需要改善,探索一种生态、高效的泥沙加固方法提高其水稳定性十分关键。本文基于酶诱导碳酸钙沉淀(EICP)技术固化黄河泥沙的方法,分别开展了常规浸水条件和干湿循环条件下固化黄河泥沙的水稳定性试验,研究了浸水后试样的质量损失及强度折损情况,分析了干湿循环对固化后黄河泥沙试样强度软化系数的影响规律。结果表明:采用EICP技术固化的黄河泥沙试样浸水崩解过程相比原状试样更加缓慢;胶结液浓度1.5 mol/L的黄河泥沙试样长期(56 d)浸水后,几乎保持完整,质量损失率仅为6.36%,强度折损率仅为6.21%;10次干湿循环后,不同胶结液浓度处理后的黄河泥沙试样均出现了不同程度的颗粒松散和脱落现象,胶结液浓度1.5 mol/L、灌浆10次的黄河泥沙试样的抗压强度损失仅为9.96%,抗干湿循环能力最强。利用EICP技术可以有效的固化黄河泥沙并提升其水稳定性,这对推进黄河泥沙的资源化利用进程十分重要。

关键词：黄河泥沙 EICP 干湿循环质量损失强度损失软化系数

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南水北调中线总干渠水情数据智能清洗研究

南水北调与水利科技(中英文) 2024年

作者：陈晓楠顾起豪张召靳燕国顾沁扬中国南水北调集团中线有限公司中国水利水电科学研究院水利部水利水电规划设计总院

南水北调中线总干渠水位、流量等实时水情数据受外界扰动、测量系统误差等因素影响而产生的病态水情数据将造成调度模型计算失真，甚至导致计算失败，为此，针对上下游流量数据空间上的逻辑错误和水位数据时间序列的跳变，分别建立基于... 详细信息

南水北调中线总干渠水位、流量等实时水情数据受外界扰动、测量系统误差等因素影响而产生的病态水情数据将造成调度模型计算失真，甚至导致计算失败，为此，针对上下游流量数据空间上的逻辑错误和水位数据时间序列的跳变，分别建立基于粒子群优化的水量平衡模型和指数加权滑动平均模型，对病态水情数据在空间、时间上实施横向、纵向清洗处理。以穿黄节制闸至漳河节制闸间的渠段为典型研究区间，利用模型自动识别流量倒挂点，并对该渠段涉及的12座节制闸、26处分水点的流量数据进行统一修正，实现了上下游逻辑上的合理性。同时，选取研究渠段内的闫河节制闸为代表，在48 h内运行基本稳定状态下，对每2 h的闸前水位数据序列进行分析，自动识别出跳变数据，并进行合理修正。结果表明：建立的模型可自动识别病态水情数据，并进行智能清洗，处理后的数据能够较好地满足输水调度分析决策的需要，因此该模型具有推广应用的价值。

关键词：南水北调中线数据清洗输水调度粒子群优化算法指数加权滑动平均模型

基于双调和样条插值和量纲分析的过闸流量计算

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华北水利水电大学学报（自然科学版） 2024年第3期45卷 26-32页

作者：陈晓楠乔雨许新勇卢明龙中国南水北调集团中线有限公司北京100038 华北水利水电大学河南郑州450046

过闸流量的精确计算是保障调水工程安全运行的基础,过闸流量计算模型是数字孪生调水工程建设的重要水力模型之一。调度运行中虽积累大量的实时水情数据,但受控制模式和用水需求等因素的影响,实际监测数据多集中于少量的局部范围内,难以... 详细信息

过闸流量的精确计算是保障调水工程安全运行的基础,过闸流量计算模型是数字孪生调水工程建设的重要水力模型之一。调度运行中虽积累大量的实时水情数据,但受控制模式和用水需求等因素的影响,实际监测数据多集中于少量的局部范围内,难以获得覆盖范围广且具有代表性的数据,导致过闸流量模型的泛化能力不足。针对上述问题,提出了一种双调和样条插值和量纲分析的过闸流量计算方法,在样本点较少的实际情况下,通过充分利用样本点的位置信息进行数据插补后,利用量纲分析法进行过闸流量计算。以南水北调中线工程岗头节制闸和西黑山节制闸为研究对象,对比分析双调和样条插值和量纲分析方法与单一量纲分析法在过闸流量计算中实测样本与拟合曲线的决定系数、计算精度等。结果表明,相比于单一量纲分析法,在代表性数据缺乏的条件下,基于双调和样条插值和量纲分析的弧形闸门过闸流量计算方法具有较高的计算精度,过闸关系曲线拟合决定系数约提高8%,过闸流量计算结果的绝对误差和相对误差都有所降低。

关键词：明渠调水工程数字孪生过闸流量双调和样条插值量纲分析

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膨胀土高填方渠堤沉降变形特征研究

水利水电技术（中英文） 2024年第S1期55卷 386-391页

作者：周学友于怀昌孙统领王闯中国南水北调集团中线有限公司渠首分公司河南南阳473000 华北水利水电大学河南郑州450046

南水北调中线工程膨胀土高填方渠堤的工后稳定性是各方关注的焦点,如果渠堤工后沉降大,易导致衬砌面板结构内力变化,影响渠道的运行安全。针对南水北调中线某膨胀土高填方渠堤工后沉降明显的问题,通过该段渠堤现场表面变形、内部变形、... 详细信息

南水北调中线工程膨胀土高填方渠堤的工后稳定性是各方关注的焦点,如果渠堤工后沉降大,易导致衬砌面板结构内力变化,影响渠道的运行安全。针对南水北调中线某膨胀土高填方渠堤工后沉降明显的问题,通过该段渠堤现场表面变形、内部变形、地下水位和降雨量监测数据的分析,对其沉降变形特征进行了研究。结果表明:高填方渠堤中渠基膨胀土的垂直表面位移受降雨影响显著,其导致高填方渠堤沉降变形随时间的变化可分为缓降段、陡降段、回弹-稳定-陡降段和回弹段4个阶段;填方高度对渠堤的表面变形和内部变形均存在显著影响,渠堤沉降量随着填方高度的减小而逐渐减小,同时,渠堤内部变形主要集中在孔口以下6~7 m的深度范围内,且指向渠外方向累计水平位移量较大于指向渠内方向的累计水平位移量;结合测压管水位、垂直位移测点及降雨量的变化规律,得到了该段渠基土的表面变形与测压管水位存在较强的相关性,地下水位变化是导致区域地表变形的主要因素。研究成果对膨胀土高填方渠堤工后沉降防治具有科学的参考意义。

关键词：膨胀土高填方渠堤现场监测沉降变形

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基于PIV技术的非饱和膨胀土径向劈裂试验研究

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水利水电技术（中英文） 2024年第S1期55卷 378-385页

作者：马世茂于怀昌孙统领张俊然王闯王子睿中国南水北调集团中线有限公司渠首分公司河南南阳473000 华北水利水电大学河南郑州450046

非饱和膨胀土的径向劈裂强度与裂隙扩展之间存在密切联系,分析不同含水率下非饱和膨胀土的裂隙演化机制,对南水北调中线工程膨胀土渠段的工程灾害防治具有重要的理论意义和工程实用价值。联合运用WP4C仪、压力板和PIV(Particle image ve... 详细信息

非饱和膨胀土的径向劈裂强度与裂隙扩展之间存在密切联系,分析不同含水率下非饱和膨胀土的裂隙演化机制,对南水北调中线工程膨胀土渠段的工程灾害防治具有重要的理论意义和工程实用价值。联合运用WP4C仪、压力板和PIV(Particle image velocimetry,PIV)劈裂试验系统,对南水北调中线工程邓州段某高填方渠堤非饱和膨胀土进行了一系列的持水特性试验和劈裂试验,结合持水特征曲线,揭示了不同含水率膨胀土的劈裂强度、裂隙演化过程、位移矢量场的变化规律及其内在机理。试验表明:(1)膨胀土的含水率和饱和度均随吸力的增大而减小。在低吸力范围内膨胀土试样含水率和饱和度随吸力的增加而减小趋势缓慢;在高吸力范围内,含水率和饱和度与吸力基本呈线性关系,随吸力的增加,试样的含水率和饱和度显著减小。(2)含水率对膨胀土的劈裂强度具有显著影响。随含水率的增加,试样的劈裂峰值荷载呈先增加后减小的变化规律,劈裂峰值荷载在含水率为3%~12%范围内持续增加,而在12%~24%范围内持续减小;上述试验现象与不同含水率膨胀土试样具有不同的颗粒间液桥作用有密切的内在联系。(3)不同含水率下膨胀土劈裂试验荷载-位移曲线均可分为荷载接触阶段、荷载线性增加阶段、张拉破坏阶段和残余阶段。膨胀土劈裂试验不同阶段的裂隙、位移矢量场的变化规律与荷载-位移曲线变化之间存在着一一对应关系。

关键词： PIV技术膨胀土劈裂含水率持水特性位移矢量场

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