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基于材料密度参数化的附加质量优化方法

中国农村水利水电 2025年

作者：夏康蔡伟赵伟河海大学机电工程学院

传统附加质量法（简称传统方法）根据动水压力Westergaard公式将单位面积内的附加流体质量以质点的形式耦合在流固耦合界面的节点上，鉴于该方法多次等效带来的误差和创建质点导致的模型复杂化，提出了基于材料密度参数化的附加质量优... 详细信息

传统附加质量法（简称传统方法）根据动水压力Westergaard公式将单位面积内的附加流体质量以质点的形式耦合在流固耦合界面的节点上，鉴于该方法多次等效带来的误差和创建质点导致的模型复杂化，提出了基于材料密度参数化的附加质量优化方法（简称优化方法）。分别针对悬臂梁模型、四边简支板模型以及复杂工程模型，对比分析了以传统方法和优化方法求解的湿模态。结果表明：对于同一简单模型，两种方法求得的各阶模态频率值与理论解基本一致，说明了优化方法的可行性和高精度性。此外，在分析计算量庞大的复杂工程模型时，优化方法的处理时间远远小于传统方法的处理时间，该优势随流固耦合界面节点数量的增加愈发突出。

关键词：附加质量法材料密度参数化闸门流固耦合

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考虑误差异分布的赣江流域径流概率预报

水文 2025年

作者：蒋晓蕾沈静郭洛夫杰罗凤春付晓雷梁忠民扬州大学水利科学与工程学院水利部水文气象灾害机理与预警重点实验室南京信息工程大学河海大学水灾害防御全国重点实验室河海大学

以赣江流域为研究对象，基于CN05.1降水数据和SWAT（Soil and Water Assessment Tool Model）模型，进行确定性径流预报，在此基础上，分析预报误差规律，采用考虑误差异分布的HRD（Heterogeneous Residual Distribution）方法，通过误... 详细信息

以赣江流域为研究对象，基于CN05.1降水数据和SWAT（Soil and Water Assessment Tool Model）模型，进行确定性径流预报，在此基础上，分析预报误差规律，采用考虑误差异分布的HRD（Heterogeneous Residual Distribution）方法，通过误差标准化模块和高斯变换模块消除流量对误差的影响，构建高斯误差的时间序列关系，估计误差的概率分布，进而实现径流概率预报。通过1963—2013年水文气象数据分析表明：（1）SWAT模型在外洲站的日径流模拟纳什效率系数在0.84以上，洪量误差和年平均洪峰误差均在10%以内，模拟精度较好；（2）HRD模型能够考虑流量级别对预报误差的影响，提供合理的概率预报结果，预报区间的覆盖率判定系数在0.66以上，且中位数预报和均值预报均优于SWAT模型预报结果，基准系数在0.64以上。研究可以为高精度径流预报提供新的思路，对流域水资源管理和防洪减灾具有重要的理论和实践意义。

关键词：赣江流域径流概率预报误差异分布性

沿海垦区排水沟系碳氮空间分布特征及其影响因子

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节水灌溉 2025年

作者：白胤豪戴学林董茂秋陈士浩顾伟生周瑞史祯琦潘永春河海大学农业科学与工程学院江苏省淮海农场有限公司江苏山水国土资源开发工程有限公司河海大学水土保持学院

溶解性有机碳（DOC）是碳循环的重要组成部分，而总氮（TN）浓度是表征氮素循环的关键要指标，DOC与TN在沿海排水沟中的分布特征直接影响沿海农业环境的质量。通过对江苏沿海垦区典型排水沟系水体DOC和TN浓度变化及其影响因子进行系统... 详细信息

溶解性有机碳（DOC）是碳循环的重要组成部分，而总氮（TN）浓度是表征氮素循环的关键要指标，DOC与TN在沿海排水沟中的分布特征直接影响沿海农业环境的质量。通过对江苏沿海垦区典型排水沟系水体DOC和TN浓度变化及其影响因子进行系统研究，揭示了不同级别排水沟道中的碳氮分布特征。结果表明，北八滩排水沟系DOC和TN浓度变化范围分别为3.90～18.36 mg/L和2.32～7.10 mg/L，沟系水体DOC和TN浓度呈现明显的空间分布规律，不同沟道级别DOC和TN浓度顺序为：斗沟>支沟>干沟，污染物浓度自内陆向海岸段呈现先升后降的变化趋势。DOC与TN浓度呈显著正相关，表明二者具有相似的污染来源和汇流路径。此外，环境因子如温度（T）、溶解氧（DO）、电导率（EC）等对水体碳氮浓度的变化具有显著影响，特别是咸淡水交汇区的盐分变化对DOC和TN的消纳过程起到关键作用。本研究为垦区农业面源污染防治和滩涂生态环境保护提供了理论依据，并为进一步提升排水沟系的环境管理提出了参考建议。

关键词：沿海垦区排水沟系溶解性有机碳总氮空间分布影响因子

折板倾角对深隧入流对称型折板式竖井水力特性影响研究

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中国农村水利水电 2025年

作者：陈珺梁培德曾睿陆迎香河海大学水利水电学院河海大学水利部水循环与水动力系统重点实验室湘潭大学计算机学院山东省调水工程运行维护中心

在全球气候变暖，城镇化率升高的背景下，极端暴雨对现有的城市排水系统带来了巨大的挑战。为应对城市内涝，深层隧道排水系统被越来越多的应用于大型城市中，而入流竖井是该排水系统重要的组成部分。为分析折板倾角对深隧入流对称型折... 详细信息

在全球气候变暖，城镇化率升高的背景下，极端暴雨对现有的城市排水系统带来了巨大的挑战。为应对城市内涝，深层隧道排水系统被越来越多的应用于大型城市中，而入流竖井是该排水系统重要的组成部分。为分析折板倾角对深隧入流对称型折板式竖井水力特性的影响，本文基于Realizable k–ε模型和VOF方法建立了三维紊流数学模型，分别对折板倾角为0°、8°、10°和12°的竖井进行数值模拟，得到无量纲流量(Q*)为0.056～0.168时，竖井的水流流态、流速分布、压强分布和竖井消能率。结果表明，随着折板倾角的增大，水流流态呈现撞壁受限流-临界流-自由跌流的转变，折板间壅水高度减小，气体占比上升，泄流量增加；水流在折板间摆动幅度减小，掺混程度减弱，导致折板前缘水流流速增加。竖井壁面压强主要由静水压强和动水压强组成，静水压强是主要影响因素，随着倾角增加，压强随之减小。折板倾角对竖井消能率的影响随流量发生变化，大流量泄流工况下竖井的消能率要低于小流量工况。小流量泄流时，水流直接跌落在折板上，消能率随折板倾角的增大而减小；大流量泄流时，水流直冲对侧井壁，消能效果降低，故折板倾角增加，消能率先增大后减小。研究成果可为深隧工程中的竖井折板倾角的设计提供参考。

关键词：对称型折板式竖井折板倾角数值模拟水力特性消能率

新疆提孜那甫河流域平原区地下水化学特征及其影响因素

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南水北调与水利科技(中英文) 2025年

作者：赵纳言周金龙姜凤丁启振新疆农业大学水利与土木工程学院新疆水利工程安全与水灾害防治重点实验室

在新疆提孜那甫河流域平原区采集23组地下水水样、6组地表水水样，综合运用数理统计法、水化学法和正演模型（英文全称，FM），定性－定量揭示研究区地下水化学特征以及影响因素。结果表明：研究区地下水呈弱碱性；地下水中优势阴、阳... 详细信息

在新疆提孜那甫河流域平原区采集23组地下水水样、6组地表水水样，综合运用数理统计法、水化学法和正演模型（英文全称，FM），定性－定量揭示研究区地下水化学特征以及影响因素。结果表明：研究区地下水呈弱碱性；地下水中优势阴、阳离子分别为SO42-和Na+；单一结构含水层的潜水、多层结构含水层的潜水和多层结构含水层的承压水的水化学类型由SO4·HCO3－Na型→SO4·Cl－Na型→Cl·SO4－Na型转变。研究区地下水水化学组分受岩石风化作用和阳离子交替吸附作用的影响，而岩石风化中蒸发盐岩的风化是地下水水化学组分的主控因素。单一结构含水层的潜水、多层结构含水层的潜水和多层结构含水层的承压水中岩石风化是地下水溶质的主要来源（分别占80.29%、89.04%和93.99%），河水输入具有一定影响（分别占18.37%、10.64%和5.75%），人类活动影响最小（分别占1.34%、0.32%和0.26%）。研究结果可以为区域地下水水质保护提供理论依据。

关键词：提孜那甫河流域平原区地下水化学特征水化学成因正演模型

腐殖酸–水铁矿复合物提升新整治耕地土壤有机碳的效应

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土壤 2025年

作者：郑延云余正洪张佳宝张丛志马东豪陈林周桂香土壤与农业可持续发展重点实验室(中国科学院) 中国科学院大学河海大学农业科学与工程学院

通过室内培养试验，探究了秸秆(S)、生物质炭(B)、木本泥炭腐殖酸(HA)和木本泥炭腐殖酸–水铁矿复合物(HA-Fe)对新整治耕地红壤、滨海盐土和黄绵土有机碳的提升效应及其差异。结果表明：在整个培养期间，4种物料均显著提升了3种土壤的... 详细信息

通过室内培养试验，探究了秸秆(S)、生物质炭(B)、木本泥炭腐殖酸(HA)和木本泥炭腐殖酸–水铁矿复合物(HA-Fe)对新整治耕地红壤、滨海盐土和黄绵土有机碳的提升效应及其差异。结果表明：在整个培养期间，4种物料均显著提升了3种土壤的总有机碳含量，但培养100 d时，HA、B和HA-Fe处理的提升效果分别是S处理的3.1倍～4.3倍、3.1倍～3.8倍和3.0倍～4.0倍；在培养360 d时，HA、B和HA-Fe处理的提升效果分别是S处理的3.0倍～7.1倍、2.9倍～6.2倍和2.9倍～6.3倍。B和HA处理对土壤矿物结合态有机碳的提升效果则弱于S处理。相比于S、B和HA处理，HA-Fe处理同时具备大幅提升土壤总有机碳和矿物结合态碳的能力，然而其对土壤活性易氧化碳的提升效果远小于S处理。本研究结果揭示，木本泥炭腐殖酸–水铁矿复合物具有更良好的快速提升新整治耕地有机质的能力，但在实际应用中应当与易分解有机质配合施用以更全面地提升土壤活性和矿物结合态有机质。

关键词：木本泥炭土壤有机质矿物结合态有机碳固碳效率

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富水区水工隧洞外水压力降压措施研究

三峡大学学报（自然科学版） 2025年第1期47卷 16-21页

作者：徐靖曹远宜刘畅张继勋任旭华云南省滇中引水工程建设管理局昆明650205 河海大学水利水电学院南京210098

外水压力是影响隧洞稳定及衬砌结构安全性的重要因素,特别是对富水地层深埋水工隧洞,高外水压力给衬砌设计带来巨大挑战.目前隧洞排水降压措施没有统一的标准,且主要聚焦于对衬砌外水压力的影响,对渗流场的影响分析还有待加强.本文依托... 详细信息

外水压力是影响隧洞稳定及衬砌结构安全性的重要因素,特别是对富水地层深埋水工隧洞,高外水压力给衬砌设计带来巨大挑战.目前隧洞排水降压措施没有统一的标准,且主要聚焦于对衬砌外水压力的影响,对渗流场的影响分析还有待加强.本文依托滇中引水工程松林隧洞,借助ABAQUS软件开展隧洞围岩及衬砌结构流固耦合分析,分析在不同灌浆圈参数及排水布置方案下,隧洞渗流场及衬砌外水压力的变化规律.研究结果表明:通过改变灌浆圈厚度或降低灌浆圈的渗透性均可有效降低衬砌外水压力并减小隧洞开挖对渗流场的影响;布置排水孔亦能有效降低衬砌外水压力,且对距离排水孔越近降压效果越显著,离排水孔越远降低幅度越小且对渗流场产生较大影响,建议在实际工程中应采取堵排结合的措施来降低外水压力,并对排水孔及灌浆圈开展优化设计,以得到最优减压效果.

关键词：隧洞灌浆圈排水孔外水压力渗流场

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新疆大气可降水量时空演变特征及其与降水转化关系

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干旱区研究 2025年

作者：赵世康穆振侠李刚杨荣钦黄娩婷新疆农业大学水利与土木工程学院新疆水利工程安全与水灾害防治重点实验室新疆伊犁州水利电力勘测设计研究院有限公司

大气可降水量（PWV）是表征大气中水汽含量的重要指示因子，明确PWV与降水的转化机制对水资源高效利用具有重要意义。本文以新疆为研究区，基于多源数据计算PWV，并以探空数据为参考，评估ERA5全球大气再分析数据计算PWV的优劣，借助降... 详细信息

大气可降水量（PWV）是表征大气中水汽含量的重要指示因子，明确PWV与降水的转化机制对水资源高效利用具有重要意义。本文以新疆为研究区，基于多源数据计算PWV，并以探空数据为参考，评估ERA5全球大气再分析数据计算PWV的优劣，借助降水转换率（PCE）揭示PWV与降水的转化关系。结果表明：（1）ERA5计算的PWV精度较高，与传统依托探空数据确定的PWV的相关系数和均方根误差分别为0.98和2.6 mm。（2）1960—2020年新疆PWV总体呈增加趋势，增幅为0.1 mm·（10a）-1；小波频谱显示研究区PWV变化周期以短周期为主，分别为2.6 a、6 a。（3）从点尺度来看，PCE随站点降水量的增加而升高；从线尺度来看，PCE的变化规律在经度方向上呈“U”型，在纬度方向上大致呈“L”型；从面尺度来看，PCE的高值区主要分布在林地、坡度为25°～35°范围及海拔5000 m以上的区域，分别为7.17%、5.8%和5.1%；（4）降水丰枯异常典型年PCE差异明显，辐合强、水汽上升运动强烈的特丰水年，引起了较高的PCE，平、枯水年PCE较低。（5）北极涛动指数和太平洋十年振荡是影响全疆PCE的主要因素，由于不同区域间因气候和地形等因素的差异，PCE受控因子存在一定的差异。研究结果可为新疆地区空中水资源利用及降水转化评估提供理论参考。

关键词：可降水量降水转换率转换关系新疆

窟野河流域次降雨事件下水沙变化特征及其输移过程

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水土保持研究 2025年第2期 52-60页

作者：杨晨佘冬立黄萱河海大学农业科学与工程学院

[目的]深入分析黄土高原粗沙区流域次降雨事件尺度下水沙动态变化特征及其输移过程，为黄土高原粗沙区流域的水沙管理和调控提供重要科学依据。[方法]以黄土高原中游粗沙多沙区窟野河流域为对象，收集2006—2019年间的160场次降雨事件... 详细信息

[目的]深入分析黄土高原粗沙区流域次降雨事件尺度下水沙动态变化特征及其输移过程，为黄土高原粗沙区流域的水沙管理和调控提供重要科学依据。[方法]以黄土高原中游粗沙多沙区窟野河流域为对象，收集2006—2019年间的160场次降雨事件水沙数据。通过运用方差分析、水沙关系曲线、滞后分析等方法，比较位于窟野河及其子流域次降雨事件下产流输沙特征，构建了各流域次降雨事件尺度下水沙关系曲线，分析了水沙滞后关系及滞后指数的空间差异，以揭示次降雨尺度下窟野河流域的水沙输移过程。[结果](1) 4个流域径流相关参数无显著差异，但泥沙相关参数差异显著；(2)位于窟野河上游东部的新庙流域水沙相关性强，表征外界人为干扰的参数(a)最大，位于上游西部的王道恒塔流域泥沙浓度低，水沙相关性弱，表征河流本身输沙能力的参数(b)最大；(3)新庙、王道恒塔和温家川3个流域的主要滞后模式为逆时针型，泥沙来源于上游区域，且高含沙降雨事件的滞后系数(HI)平均值多为负；而神木流域的主要滞后模式为“8”字型，指示泥沙来源相对接近流域出口，且高含沙降雨事件的HI平均值多为正。[结论]窟野河嵌套流域次降雨事件尺度下水沙变化空间差异显著，泥沙输移过程复杂，不同子流域滞后模式揭示了泥沙来源和输移机制的空间异质性。

关键词：次降雨事件尺度输移过程水沙关系滞后分析