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2026年01期
堤防溃口快速封堵与抢险专题
动力锚跨介质侵彻特征的可视化试验研究
刘明潇;孟奔;代宏飞;孟亚旭;刘俊国;【目的】为了满足堤防溃口抢险迅速、高效的要求，研究带索动力锚跨越不同介质时的侵彻运动特性。【方法】采用透明介质Slime凝胶，设计研发了一套可视化侵彻试验装置，以概化动力锚为研究对象，采用不同初始条件进行带索动力锚的侵彻试验研究。通过多组次试验，获取了侵彻轨迹、速度、界面震荡及锚固力等实测数据。【结果】锚体侵彻轨迹近似遵循三次函数变化规律，锚体停滞前明显向界面法线内侧偏转；锚体进入凝胶后速度衰减很快，发射初始条件对锚体侵彻特性有重要影响，锚体侵彻深度与发射力近似呈对数函数的响应关系，侵彻深度与锚固力具有较好的正相关性，呈现指数函数变化特征。【结论】锚体速度衰减与轨迹变化的函数关系近似，且锚体偏转受发射角度影响较大。锚体发射初始条件除影响侵彻深度外，还会直接影响锚固力。研究成果有助于促进跨介质侵彻理论研究与抢险动力锚的设计研发。
抢险火箭锚在土体中侵彻特性的数值模拟研究
孙东坡;乔驰;董明家;刘明潇;孟奔;【目的】江河堤防溃口堵复难以迅速奏效，采用火箭锚侵彻技术，在溃口处快速建立锚固点，能够有效提升抛投物的抗冲稳定性。为堤防溃口快速封堵提供有效方案，研究火箭锚在不同介质中的侵彻过程及力学特性。【方法】选取单体火箭锚为研究对象，选择土体为侵彻运动介质，借助三维数值模拟方法，建立火箭锚侵彻数学模型，设定不同的初始条件，开展侵彻模拟研究；通过土体侵彻三维模拟，从微观层面研究锚体在侵彻过程中的应力状态、土体的塑性应变以及锚体在土体中侵彻形成的空腔形态特征。【结果】模拟土体阻力造成的局部压强场主要集中在锚体头部，压强梯度变化不稳定；侵彻过程中锚体边界土体范式等效应力的变化与压强场变化同步响应，波动变化规律基本吻合；锚体初速度对其在土体中的侵彻深度有影响，随着初速度的增大，入土侵彻深度增大，但锚体稳定性降低，初速度超过临界值后，锚体会发生偏移，侵彻深度降低。【结论】研究结果有助于抢险专用火箭锚的设计，为科学、高效的堵口新技术应用提供理论基础与技术支撑。
基于桩群的堤防溃口流场阵列效应数值模拟研究
黄宇杰;张晓雷;吴新宇;孙东坡;刘俊国;【目的】揭示无桩、梅花形和矩形3种桩群布置形式对溃口流场阵列效应及其水动力特性的影响机制，为溃口抢险中桩群的优化布置提供理论依据。【方法】基于FLOW-3D软件建立三维堤防溃口模型，模拟3种桩群布置形式下的溃口水流演进过程，系统评估桩群对溃口水动力特性的影响。【结果】(1)桩群布置可显著降低溃口流速和滩区流速，并优化流场分布。(2)相较于无桩工况，桩群布置使溃口区最大流速从2.305 m/s降至2.094～2.185 m/s,降幅5.21%～9.15%;滩区主流流速则从2.880 m/s降至2.182～2.840 m/s,降幅1.39%～24.24%。(3)3种工况下溃口区水深分布规律为：无桩与梅花形布置时溃口水深沿程逐渐降低；矩形布置时溃口水深呈现前后两侧高、中间低的分布特征，并在堤后滩区形成三角形大水深区。(4)矩形布置的缓流效果最优，梅花形布置次之，其流速变化规律与无桩布置接近。梅花形布置下的溃口流态较无桩布置的更为平稳；矩形布置则在消杀水势作用和改善溃口流态方面效果更优，其形成的三角形大水深区可有效减缓水流冲击，增强对滩区后方区域的防护效果。【结论】不同桩群布置的水动力调控优势存在差异，矩形布置在流速削减、流态改善等方面综合效果最优。本研究可为堤防溃口快速封堵工程中桩群的优化设计提供科学依据，对提升抢险效率与洪涝灾害应急处置能力具有重要工程实践意义。
基于锚阵生根的溃口堤头稳固新技术数值模拟
刘宇飞;庞锐;徐斌;崔峰;周扬;【目的】为确保江河堤防溃口的稳定性，探究科学、高效且适应性强的溃口堤头裹护新技术。【方法】基于锚阵生根原理与锚索串钢网石笼阻水技术，提出一种基于动力锚的溃口堤头稳固新技术。该技术通过火箭锚与钢网石笼结合，快速构建溃口堤头的稳固结构。同时，利用FLOW-3D软件对锚索-钢网石笼一体化进行数值模拟，分析了锚索力的影响因素，研究了锚索力与悬挂石笼质量、锚索与河床倾角及溃口流速之间的关系。【结果】锚索力随悬挂石笼质量增加而增大，随锚索与河床倾角减小而增大，随溃口流速增大而增大。考虑锚索承受最大拉力情况，基本排除锚索本身断裂风险。【结论】数值分析验证了该技术锚索受力规律及应用可靠性，可为相关新技术的装备研发提供数据支撑和理论依据。
基于溃口抢险多阶段特征的封堵物料选择与需求计算方法研究
黄伟;韩悦;丁仕玉;刘俊国;【目的】针对堤防溃口封堵物料选择不科学、用量计算不精准的问题，以及现有研究缺乏分阶段动态适配分析的不足，建立系统化的封堵物料选择与需求计算方法，提升抢险效率、减少灾害损失，为防洪抢险决策提供科学支撑。【方法】基于流固耦合机理，研究溃口水力特性与抛投物料的相互作用规律；系统分析五类典型封堵物料的物理特性及适用条件；根据溃口封堵的阶段性特征，采用几何建模与工程概化方法，构建分阶段的物料需求计算模型；以洞庭湖团洲垸溃口为实例进行实证验证。【结果】(1)构建的物料需求计算模型在封堵物料选择适配性和用量计算准确性方面均表现出良好的工程适用性。(2)明确了不同封堵阶段的物料需求差异，建立了各阶段物料工程量的定量估算方法，显著提高了资源配置效率。案例验证显示，该方法能够为现场抢险提供科学可靠的决策支持。【结论】提出的分阶段物料选择与需求计算方法兼具创新性与实用性，实现了“水力条件-阶段特征-物料参数”精准匹配，为应急抢险提供科学依据，推动了防洪抢险领域的技术进步，对提升我国防灾减灾能力具有重要的理论价值和实践意义。
气候变化与水安全专题
区域水资源承载力综合评价方法研究进展
沈时兴;周亮广;金菊良;周戎星;吴成国;张礼兵;【目的】水资源承载力综合评价是区域水资源承载问题认识论和实践论连接的纽带。总结近40年来区域水资源承载力综合评价方法研究进展，旨在探讨该评价方法研究的演变特点和发展难点，为更合理地进行区域水资源承载力综合评价提供参考。【方法】从综合评价方法论角度，基于结构水资源学方法系统3要素结构原理，系统阐述了区域水资源承载力综合评价过程中评价理论、评价论据、评价方法3个重要方面的研究进展。【结果】(1)现有水资源承载力综合评价研究尚未形成相对统一的理论框架，缺乏面向承载过程的水资源承载力综合评价的概念和方法，评价指标体系尚未充分体现区域水资源承载过程特征，兼有承载过程物理解析和承载平衡关系不确定性定量计算适用性强的区域水资源承载力综合评价方法缺乏。(2)指出了评价对象a、评价指标b、评价目标c三要素间的关系及其合成作用ab@bc=ac,形成了区域水资源承载力综合评价方法一般建模过程，可称为水资源承载力综合评价方法的关系传导原理。【结论】区域水资源承载力综合评价的一般建模过程需重点发展的方向包括：识别区域水资源承载力要素及其影响因素与作用关系，揭示研究区域水资源承载机理，解析水资源承载力影响作用机制，构建具有承载过程解析的评价指标体系，分析区域评价对象、评价指标、评价目标之间的作用关系结构，开展面向人水和谐和水利高质量发展的区域水资源承载力综合评价方法论研究。
“四水四定”理念下京津冀地区水安全评价及均衡度分析
钟瀚霖;王红瑞;杨亚锋;门宝辉;李一阳;【目的】水资源供需矛盾日益尖锐，已成为制约经济社会高质量发展的主要因素之一，开展区域水安全评价有助于探寻缓解此矛盾的潜在路径。【方法】基于“四水四定”理念，从水资源与“城、地、人、产”协调发展的角度选取指标，构建水安全评价指标体系；耦合基尼系数与未确知测度理论，建立水安全评价模型，识别关键影响因子并分析其时空均衡特征。【结果】(1)2006—2010年、2014—2016年京津冀地区水安全评价等级为中等，其余年份的为良好。(2)影响京津冀地区水安全的关键因子为耕地面积占比、人均水资源量、人均建设用地面积；北京和天津的关键影响因子均为人口密度、人均水资源量、人均建设用地面积；承德的关键影响因子为人均建设用地面积；邢台和邯郸的关键影响因子均为万元GDP用水量；张家口的关键影响因子为建设用地面积。(3)承德的第一产业产值及建设用地面积与用水总量的基尼系数均大于0.4,处于“差距较大”范围；唐山的第二产业产值、张家口的第一产业产值及建设用地面积与用水总量的基尼系数均大于0.3,处于“相对合理”范围；其余地市用水总量与人口、产业产值及土地利用的分配整体较为均衡。【结论】京津冀水安全总体良好但存在波动，南北部改善而西部所有下降，主要受人均水资源、建设用地等因素影响，各区域水安全空间分布不均衡。建议推行节水灌溉与阶梯水价，并优化工业与建设用地用水分配，以提升区域用水协调性与可持续性。
极端暴雨条件下雄安新区防洪排涝系统问题梳理与改进建议
李海潮;王思如;朱振铎;魏妍琪;姚轶;李向民;方佩;苏家平;孙金华;杨大文;【目的】剖析雄安新区防洪排涝系统在应对“23·7”特大暴雨时的表现与不足，明确存在的短板，为后续防洪排涝体系优化提供支撑。【方法】基于资料分析、现场踏勘、图纸分析与数据统计，剖析雄安新区防洪排涝系统现状，重点梳理河湖水系及大型调蓄设施，总结防洪排涝的整体情况及与流域防洪的关系，结合现场调研等梳理雄安新区水系统存在的主要问题，进一步聚焦“23·7”特大暴雨中积水问题较为突出的容东片区典型小区，分析其内涝积水的主要成因。【结果】雄安新区启动区与容东片区整体排涝有序，但暴露出一些具体问题，包括调蓄设施容量不足、雨水管网之间连接不顺畅、部分区域的海绵城市设施未能达到设计标准、日常管理维护力度不足等。【结论】雄安新区防洪排涝系统整体有效，但仍存在工程设施和管理维护的短板。未来应通过完善设施布局、提升调蓄能力、优化雨水管网连接、加强应急响应和智慧化运维等措施，全面提升极端暴雨条件下的防洪排涝能力和韧性。
