目　次

前　沿

1 安全-生態(tài)-智能庫(kù)壩建設(shè)的挑戰(zhàn)與展望

周創(chuàng)兵，向衍，姚池等

農(nóng)村水利

11 數(shù)字孿生農(nóng)村供水工程建設(shè)思考

胡孟，李連香，徐瑋彤

水資源管理

19 華北平原深層承壓水演變規(guī)律與保護(hù)修復(fù)

趙勇，吳初，劉蓉等

水生態(tài)

29 北方地區(qū)母親河復(fù)蘇行動(dòng)對(duì)策與措施研究

陳春錦，菅宇翔，王曉紅等

36 三峽水庫(kù)常年回水區(qū)表層沉積物中氮素污染特征研究

韓暢，楊文俊，畢勝等

水旱災(zāi)害防御

47 浙江山洪災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警體系建設(shè)實(shí)踐與思考

姚岳來，周政杰，唐獻(xiàn)力等

53 澳門地區(qū)水浸災(zāi)害仿真推演與防控效果分析

余曉，劉家宏，李文等

工程建設(shè)運(yùn)行

60 安徽省小型水庫(kù)安全狀態(tài)與數(shù)字孿生建設(shè)探討

王銘銘，張皖博，劉斌斌

數(shù)字孿生水利

66 山西省地下水?dāng)?shù)字孿生系統(tǒng)建設(shè)路徑探討

張鈺，王慧如，毋曉琴

摘　要

前　沿

安全-生態(tài)-智能庫(kù)壩建設(shè)的挑戰(zhàn)與展望

周創(chuàng)兵，向衍，姚池，盛金保

摘要：我國(guó)已建成全球規(guī)模最大的庫(kù)壩體系，水庫(kù)大壩在防洪、發(fā)電、通航、供水等方面發(fā)揮了不可替代的作用。然而，大量早期建設(shè)的庫(kù)壩工程服役時(shí)間長(zhǎng)、對(duì)運(yùn)行環(huán)境和功能需求變化的適應(yīng)性不夠；超標(biāo)準(zhǔn)洪水增大了土壩潰決風(fēng)險(xiǎn)；快速城鎮(zhèn)化加大了“城市頭頂一盆水”的庫(kù)壩潛在風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，水庫(kù)淤損、生態(tài)環(huán)境影響以及非常規(guī)安全風(fēng)險(xiǎn)等也帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。安全大壩、生態(tài)大壩、智能大壩是應(yīng)對(duì)新挑戰(zhàn)的庫(kù)壩發(fā)展新理念，具有內(nèi)在的歷史邏輯、理論邏輯和現(xiàn)實(shí)邏輯。安全層面，需從傳統(tǒng)工程安全拓展至系統(tǒng)安全層次，通過功能評(píng)估、韌性提升與除險(xiǎn)加固等提升風(fēng)險(xiǎn)防控能力；生態(tài)層面，要求通過工程和非工程措施，最大限度減小工程對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)面影響，并主動(dòng)發(fā)揮其防洪減災(zāi)、調(diào)水調(diào)沙等正向生態(tài)效益；智能層面，應(yīng)加快庫(kù)壩透徹感知、智能運(yùn)維、智能診斷和自主決策的技術(shù)突破，建設(shè)數(shù)字孿生庫(kù)壩系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)庫(kù)壩全生命周期的數(shù)智化管控。未來，需要從保障國(guó)家水安全的戰(zhàn)略高度，統(tǒng)籌推進(jìn)安全-生態(tài)-智能庫(kù)壩建設(shè)與運(yùn)維，為流域防洪工程建設(shè)、國(guó)家水網(wǎng)工程建設(shè)及復(fù)蘇河湖生態(tài)環(huán)境等提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

農(nóng)村水利

數(shù)字孿生農(nóng)村供水工程建設(shè)思考

胡孟，李連香，徐瑋彤

摘要：數(shù)智化建設(shè)是推動(dòng)農(nóng)村供水現(xiàn)代化發(fā)展的必由之路。在梳理數(shù)字孿生農(nóng)村供水工程建設(shè)現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，分析當(dāng)前部分存在需求分析不清、投入產(chǎn)出效率不高、可持續(xù)運(yùn)行較困難等問題，解析了農(nóng)村供水?dāng)?shù)字孿生“是什么、建什么、怎么建”，系統(tǒng)性思考并提出針對(duì)性建議。數(shù)字孿生農(nóng)村供水工程建設(shè)應(yīng)堅(jiān)持需求牽引和問題導(dǎo)向，以實(shí)現(xiàn)安全供水、自動(dòng)供水、經(jīng)濟(jì)供水、長(zhǎng)效供水、便捷供水為目標(biāo)，構(gòu)建以數(shù)字為基礎(chǔ)、孿生為路徑、智慧為大腦、供水為目標(biāo)的虛實(shí)融合系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)供水工藝和供水系統(tǒng)數(shù)字化映射、智能化模擬和智慧化決策。具體實(shí)施中，系統(tǒng)建設(shè)包括工程級(jí)智慧供水系統(tǒng)和區(qū)域級(jí)智慧供水管理平臺(tái)，工程級(jí)智慧供水系統(tǒng)聚焦智能感知體系、數(shù)字孿生平臺(tái)與業(yè)務(wù)應(yīng)用體系閉環(huán)，區(qū)域級(jí)智慧供水管理平臺(tái)側(cè)重全域監(jiān)管與多業(yè)務(wù)協(xié)同。農(nóng)村供水?dāng)?shù)字孿生系統(tǒng)建設(shè)以“管用、實(shí)用、好用”為導(dǎo)向，監(jiān)控設(shè)備以“穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、便捷”為準(zhǔn)則，軟件設(shè)計(jì)以“有效、簡(jiǎn)約、直觀”為目的，系統(tǒng)運(yùn)行以“安全、可控、適配”為要素，推動(dòng)農(nóng)村供水從傳統(tǒng)管理向數(shù)智化管理轉(zhuǎn)變，為農(nóng)村供水高質(zhì)量發(fā)展和現(xiàn)代化建設(shè)提供數(shù)智賦能。

水資源管理

華北平原深層承壓水演變規(guī)律與保護(hù)修復(fù)

趙勇，吳初，劉蓉，馬蒙，陸垂裕

摘要：經(jīng)過持續(xù)10年綜合治理，華北平原淺層和深層地下水水位整體呈現(xiàn)顯著回升的趨勢(shì)，但深層承壓水超采依然存在，誘發(fā)地面沉降、海（咸）水入侵等地質(zhì)環(huán)境問題，已經(jīng)成為當(dāng)前地下水超采治理修復(fù)的焦點(diǎn)和難點(diǎn)?；谙到y(tǒng)調(diào)查監(jiān)測(cè)、室內(nèi)外試驗(yàn)、模擬分析、治理措施研究與實(shí)踐總結(jié)，本文闡釋了華北平原深層承壓水埋深變化規(guī)律，揭示了承壓水超采導(dǎo)致的地面沉降和咸水層變化，識(shí)別了深層承壓水側(cè)向補(bǔ)給通量，提出華北平原深層承壓水可采量、可恢復(fù)超采量和地下水水位健康閾值，初步驗(yàn)證井灌回補(bǔ)對(duì)咸淡水界面抬升的有效性，并從高效性、持久性和經(jīng)濟(jì)性角度提出自然回補(bǔ)的水文地質(zhì)優(yōu)勢(shì)通道，以及淺層微咸水置換利用、加大外調(diào)水置換等需要加強(qiáng)的措施，以期為華北平原深層承壓水管理與保護(hù)修復(fù)提供參考。

水生態(tài)

北方地區(qū)母親河復(fù)蘇行動(dòng)對(duì)策與措施研究

陳春錦，菅宇翔，王曉紅，趙文婧

摘要：立足北方地區(qū)母親河存在的水流不暢、生態(tài)擠占、資源短缺等問題，研究分析母親河復(fù)蘇目標(biāo)的各項(xiàng)影響因素，基于問題導(dǎo)向和目標(biāo)導(dǎo)向，提出北方地區(qū)母親河復(fù)蘇措施制定流程。針對(duì)不同類型河湖健康問題，提出退還、通暢、補(bǔ)水、防控四類核心復(fù)蘇措施。通過系統(tǒng)梳理國(guó)家與地方現(xiàn)行相關(guān)政策及文件，詳細(xì)闡述了各類措施可依據(jù)的指導(dǎo)性制度與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合對(duì)北方地區(qū)母親河復(fù)蘇行動(dòng)“一河（湖）一策”方案的深度剖析及已有河湖治理實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步研究細(xì)化每類措施的具體技術(shù)路徑與實(shí)施方案，最終形成一套具有區(qū)域針對(duì)性、可操作性的北方地區(qū)母親河復(fù)蘇措施技術(shù)體系，旨在為相應(yīng)實(shí)踐提供清晰的技術(shù)指引。文章還以洋河、永定河為典型案例，進(jìn)行了問題診斷、目標(biāo)確定及措施匹配分析。

三峽水庫(kù)常年回水區(qū)表層沉積物中氮素污染特征研究

韓暢，楊文俊，畢勝，胡曼，滕素芬，胡煜，曹慧群

摘要：為明確三峽水庫(kù)沉積物氮污染及內(nèi)源釋放潛力，以常年回水區(qū)為對(duì)象，布設(shè)9個(gè)采樣點(diǎn)采集0—30cm柱狀沉積物，測(cè)定多形態(tài)氮含量及氮素轉(zhuǎn)化速率，并分析關(guān)鍵影響因子。結(jié)果顯示：①沉積物總氮（TN）均值792.13mg/kg，遠(yuǎn)低于重污染閾值及長(zhǎng)江中下游主要湖泊，污染總體處于低水平；②氮素以總有機(jī)氮（TON）為主，且其中殘?jiān)鼞B(tài)氮（RN）占比超96%，氮素礦化速率低，穩(wěn)定性高；③活性氮形態(tài)含量偏低，短期大量釋放風(fēng)險(xiǎn)可能較低；④空間上，上游深層沉積物TN高于表層，下游表層TN高于深層，存在局部累積風(fēng)險(xiǎn)；⑤pH值（8.03~8.95）是關(guān)鍵影響因子，與多數(shù)氮形態(tài)及氨化速率呈顯著負(fù)相關(guān)，過高pH值抑制氮素轉(zhuǎn)化。綜上，當(dāng)前三峽水庫(kù)沉積物氮污染程度低、釋放風(fēng)險(xiǎn)低，但需重點(diǎn)關(guān)注壩前段表層TN累積，pH值可作為氮素循環(huán)調(diào)控切入點(diǎn)。研究?jī)?nèi)容可為三峽水庫(kù)氮污染防控提供科學(xué)依據(jù)。

水旱災(zāi)害防御

浙江山洪災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警體系建設(shè)實(shí)踐與思考

姚岳來，周政杰，唐獻(xiàn)力，羅堂松

摘要：山洪災(zāi)害具有突發(fā)性強(qiáng)、破壞力大、災(zāi)害鏈復(fù)雜等特點(diǎn)，嚴(yán)重威脅人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全與社會(huì)穩(wěn)定。浙江省山地丘陵廣布、汛期降雨集中，屬山洪高發(fā)區(qū)域。近年來極端天氣事件頻發(fā)，疊加人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)擾動(dòng)，致災(zāi)因子呈現(xiàn)多元擴(kuò)散態(tài)勢(shì)，山洪災(zāi)害防御難度不斷加大。浙江省通過構(gòu)建“三道防線”立體化監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)和多階遞進(jìn)式預(yù)警體系，提升預(yù)警精度時(shí)效，強(qiáng)化基層預(yù)警避險(xiǎn)能力建設(shè)，有效提升了山洪災(zāi)害防御能力。分析了新形勢(shì)下浙江山洪防御預(yù)警提前量、防御單元、監(jiān)測(cè)穩(wěn)定性、責(zé)任銜接、基層能力等存在的不足和挑戰(zhàn)，并提出優(yōu)化監(jiān)測(cè)站網(wǎng)布局、提升極端降雨捕捉能力，強(qiáng)化風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)識(shí)別、擴(kuò)大預(yù)警覆蓋范圍，迭代預(yù)警模型算法、提升預(yù)報(bào)預(yù)警精準(zhǔn)度，完善群測(cè)群防體系、打通預(yù)警“最后一公里”，加強(qiáng)科技支撐研究、推進(jìn)預(yù)警技術(shù)迭代等方面的對(duì)策舉措。通過對(duì)浙江省山洪災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警體系建設(shè)的梳理和分析思考，可為我國(guó)其他地區(qū)山洪災(zāi)害防御體系建設(shè)完善提供有益借鑒。

澳門地區(qū)水浸災(zāi)害仿真推演與防控效果分析

余曉，劉家宏，李文，駱卓然，梅超，董莉榕

摘要：氣候變化背景下，濱海城市受潮位頂托、高度城鎮(zhèn)化和高人口密度等因素疊加影響，水浸災(zāi)害頻發(fā)，顯現(xiàn)出水浸災(zāi)害防控能力不足、決策分析智能化程度較低等問題，開展濱海城市水浸災(zāi)害仿真推演研究具有重要現(xiàn)實(shí)意義。本文以澳門地區(qū)為研究對(duì)象，構(gòu)建了濱海城市水浸災(zāi)害仿真推演系統(tǒng)，開展了重點(diǎn)工程防控效果的仿真推演分析。該系統(tǒng)具有城市水浸災(zāi)害模擬、三維視景推演等功能，通過了“天鴿”臺(tái)風(fēng)歷史水浸災(zāi)害事件的系列測(cè)試驗(yàn)證，具有較高的模擬精度和三維可視化呈現(xiàn)能力。對(duì)新建擋潮閘、加高圍堤等重點(diǎn)工程防控效果的仿真推演分析表明：擋潮閘的修建有效阻擋了閘外潮水，可顯著減少澳門半島西側(cè)水浸災(zāi)害的影響，但澳門半島東北側(cè)部分區(qū)域仍然存在水浸現(xiàn)象；在修建擋潮閘的基礎(chǔ)上，加高澳門半島重點(diǎn)區(qū)域圍堤后，澳門半島東北部區(qū)域僅有零星的積水，最大積水深度不足10 cm。修建擋潮閘、加高圍堤的組合，能有效防控澳門半島水浸災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。本研究可為濱海城市水浸災(zāi)害預(yù)防、應(yīng)對(duì)和緩解提供科學(xué)化、系統(tǒng)化、可視化的仿真平臺(tái)，能夠?yàn)闉I海城市水浸災(zāi)害科學(xué)管控提供參考和借鑒。

工程建設(shè)運(yùn)行

安徽省小型水庫(kù)安全狀態(tài)與數(shù)字孿生建設(shè)探討

王銘銘，張皖博，劉斌斌

摘要：小型水庫(kù)受筑壩工藝、材料、運(yùn)維及除險(xiǎn)等綜合因素影響，庫(kù)壩安全運(yùn)行狀態(tài)難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)預(yù)警，是制約其安全運(yùn)行管理能力提升的重要因素。為探索小型水庫(kù)安全運(yùn)行狀態(tài)高精度預(yù)測(cè)方法和構(gòu)建符合小型水庫(kù)特點(diǎn)的數(shù)字孿生工程技術(shù)路徑，本文以安徽省小型水庫(kù)為例，分析不同壩型的具體特點(diǎn)，結(jié)合水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)指標(biāo)，剖析了土石壩與混凝土壩水庫(kù)安全運(yùn)行的主要?jiǎng)討B(tài)與靜態(tài)影響因子，探索了大壩安全風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)預(yù)測(cè)預(yù)警技術(shù)路線?；趥鹘y(tǒng)安全監(jiān)測(cè)模型技術(shù)，分析了統(tǒng)計(jì)學(xué)模型、確定性模型和監(jiān)測(cè)混合模型的功能及應(yīng)用限制條件，提出數(shù)理驅(qū)動(dòng)的小型水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)預(yù)警指標(biāo)分析方法，構(gòu)建了預(yù)警“產(chǎn)生—發(fā)布—處置”的多級(jí)協(xié)同處理預(yù)警體系。此外，以“工程安全”為核心，本文提出了小型水庫(kù)數(shù)字孿生建設(shè)技術(shù)方案，并按照預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案技術(shù)路徑，結(jié)合應(yīng)用實(shí)例，探討了小型水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)預(yù)警及數(shù)字孿生應(yīng)用成果，以期為小型水庫(kù)安全運(yùn)行管理能力提升提供重要技術(shù)支撐。

數(shù)字孿生水利

山西省地下水?dāng)?shù)字孿生系統(tǒng)建設(shè)路徑探討

張鈺，王慧如，毋曉琴

摘要：山西省是我國(guó)北方地區(qū)地下水超采較為嚴(yán)重的省份之一，地下水管理面臨超采治理、生態(tài)保護(hù)與高質(zhì)量發(fā)展多重壓力。構(gòu)建地下水?dāng)?shù)字孿生系統(tǒng)是破解山西地下水管理難題的關(guān)鍵舉措。本文系統(tǒng)梳理了地下水管理需求，提出山西省地下水管理數(shù)字孿生系統(tǒng)建設(shè)路徑。從全要素?cái)?shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建入手，整合多源數(shù)據(jù)，借助3S、BIM技術(shù)構(gòu)建“數(shù)據(jù)底板”并建立數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新機(jī)制；打造模型群，建立精細(xì)化的三維地下水流數(shù)值模擬模型與溶質(zhì)運(yùn)移模擬模型，耦合優(yōu)化算法形成地下水?dāng)?shù)值模擬-優(yōu)化耦合模型；開發(fā)“四預(yù)”仿真模塊，實(shí)現(xiàn)不同周期水位預(yù)報(bào)、多級(jí)預(yù)警、多情景預(yù)演及預(yù)案庫(kù)建立。地下水?dāng)?shù)字孿生系統(tǒng)建成后可為地下水管控指標(biāo)落實(shí)、地下水取用水監(jiān)管、地下水超采治理、地下水資源科學(xué)配置等地下水智慧化管理提供有力支撐，推動(dòng)地下水管理從“經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)”轉(zhuǎn)向“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”。

田靈燕

排版設(shè)王振航

校對(duì)王慧

審核楊軼

監(jiān)制李坤

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