【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。
【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。
【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。
【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。
【目的】城市不透水面扩张加剧热岛效应，水体能缓解热岛效应，揭示二者在不同空间尺度下的相互作用规律，可为城市水域生态功能区空间布局等相关决策提供参考。【方法】以郑州市主城区为研究区，基于遥感技术提取地表专题信息(不透水面、水体、植被、地表温度),构建多元回归模型定量计算水体热缓释强度，采用Fragstats软件计算不透水面景观格局指数，结合相关性分析揭示不透水面景观格局对水体热缓释作用影响的尺度效应。【结果】(1)郑州市主城区1环内地表平均温度高于4环外2.66℃,城市热岛效应显著。(2)随着空间尺度增大，不透水面景观斑块的连通性下降、景观多样性提高，在两者叠加作用下，不透水面对地表的升温贡献率降低，基础地表温度逐渐降低，水体热缓释作用减弱。(3)城市水域生态功能区在2环内的降温效果最优，10%比例的水体在2环内可实现降温2.36℃左右。【结论】在城市规划中，应尽可能挖掘2环内老城区开敞空间布局城市水域生态功能区，通过水体自身景观和周边景观配置的优化设计实现以自然方案缓解城市热岛效应的目标。
【目的】分析气象干旱向水文干旱的传播时间和规律，为区域干旱预警与防御提供理论指导。【方法】以洞庭湖流域中的沅江子流域为研究对象，利用干旱指数SPI、SPEI以及SRI,结合游程理论和皮尔逊相关分析，研究了气象干旱和水文干旱的时空特征及其传播过程。【结果】(1)在频次方面，水文干旱与气象干旱相当，但在平均历时和烈度方面，水文干旱均强于气象干旱。(2)空间分布上，基于SPI-3的干旱频次呈现出西北向东南递减的态势，而基于SPEI-3的干旱频次则呈现出相反态势；时间分布上，SPI与SPEI两种气象干旱指数具有相似性，且均与水文干旱(SRI)呈现出相同的未来趋势(即春秋两季逐渐干旱化，而夏冬两季逐渐湿润化),但水文干旱相比于气象干旱存在滞后性，需要一定的传播时间。(3)气象干旱向水文干旱的传播过程存在明显的季节性差异，春、夏传播时间短，相关性高，秋、冬传播时间较长，相关性较低，整体干旱传播时间约为1～5个月。【结论】水文干旱历时、烈度均强于气象干旱的，频次相当；干旱空间分布因指数而异，时间趋势一致，水文干旱相对气象干旱有滞后性；气象干旱向水文干旱传播的时间及其相关性存在季节性差异。
【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。
【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。
【目的】构建适合抽水蓄能电站所在小流域的洪水预报模型，提高洪水预报精度，为具有相似产汇流特性的小流域洪水预报提供新的预报模式。【方法】选取陕西省镇安抽水蓄能电站下水库坝址以上流域为研究对象，分别应用网格新安江(Grid-XAJ)模型和网格格林-安普特(Grid-GA)模型进行洪水模拟，对比分析两模型在不同洪水场景下的模拟性能。【结果】(1)Grid-XAJ模型在洪水模拟方面的表现优于Grid-GA模型，率定期与验证期的合格率分别为74.36%、80.94%,达到乙级预报精度；(2)Grid-GA模型对久旱之后的第一场洪水的模拟效果优于Grid-XAJ模型的；(3)对于历年最大洪水，两模型的模拟精度相当，Grid-XAJ模型在过程拟合方面更优，Grid-GA模型在洪峰流量捕捉方面更好。【结论】Grid-XAJ模型更适用于该流域常态洪水模拟，而Grid-GA模型更适用于干旱初期的洪水预报。建议根据前期土壤含水量选择合适的水文模型进行组合预报，可为水文资料匮乏的小流域洪水预报提供有效技术途径。
【目的】探讨酶诱导碳酸盐沉淀(EICP)技术联合废弃混凝土碎料加固黄泛区粉土的关键参数与应用价值，为该类岩土工程缺陷治理及废弃混凝土资源化利用提供实践指导。【方法】以黄泛区粉土为研究对象，通过直接剪切试验研究不同材料配比下土壤的抗剪强度特性，并利用扫描电子显微镜(SEM)观察未加固粉土与不同加固条件下土体的孔隙结构。【结果】(1)单一EICP技术可有效减少粉土孔隙并提高其强度；在此基础上添加适量废弃混凝土碎料后，土体孔隙进一步减少，土体强度显著提高。(2)随着EICP反应液掺量增加，加固土体的黏聚力和内摩擦角均呈现先增大后减小的趋势，其中EICP反应液对粉土黏聚力的影响较内摩擦角的更为显著，确定22.50%为EICP反应液的较佳掺量。(3)在此基础上掺加废弃混凝土碎料，黏聚力随掺合料掺入比增加先增后减，内摩擦角则呈减—增—减的变化趋势，其中废弃混凝土碎料对粉土黏聚力的影响较大，确定10%作为掺合料的较佳掺入比。在该混合配比下，加固土体的黏聚力和内摩擦角较单一EICP技术分别提高了100.04%和17.04%。【结论】EICP反应液掺量22.50%、废弃混凝土碎料掺入比10%是该复合加固技术改良黄泛区粉土的较佳配比，通过碳酸钙沉淀胶结与碎料物理填充，能有效减少土体孔隙、强化颗粒黏结，显著提升其抗剪强度。