水利新质生产力:内涵解读、理论框架与实施路径

在新一轮科技革命和产业变革的大背景下,新质生产力成为高质量发展的内在要求和重要着力点。为把加快发展新质生产力的部署要求落实到水利工作的全过程各方面,提出了水利新质生产力的概念及内涵,认为水利新质生产力是追求高科技、高效能、高质量、符合新发展理念的先进水利生产力质态;提出了由指导思想、基本原则、理论基础、主要研究内容和支撑体系五部分组成的水利新质生产力理论框架,阐述了水利新质生产力的主要研究内容;并从工程、技术、制度和管理支撑四方面,提出了水利新质生产力的实施路径。为加快形成和发展水利新质生产力提供理论基础和路径参考。

对水利新质生产力的理解及发展思考

水利新质生产力是新质生产力的重要组成部分,也是新质生产力的重要基础,要把水利新质生产力落实到水利工作的全过程、各方面。基于水利新质生产力的内涵、构成要件,及其与新质生产力、水利高质量发展的关系,从不同角度深入认识水利新质生产力,阐述发展水利新质生产力的重要意义。提出发展水利新质生产力的框架,包括根本宗旨、战略指导、工作理念、目标任务以及关键内容,介绍了水利新质生产力的发展思路以及需要把控的关键内容。

基于系统动力学模型的郑州市水资源承载力动态模拟

水资源问题制约着缺水城市的可持续发展,近年来郑州市社会经济高速发展,其水资源有限的现状与用水需求快速增长之间的矛盾愈加凸显。为科学研究郑州市水资源承载力远期发展情况,根据郑州市经济社会现状的水资源供需和发展状况,采用多系统综合的系统动力学方法(System Dynamics,SD),结合水资源、生态、经济社会、水利工程四个子系统,构建郑州市水资源承载力研究的SD模型。将2010-2019年的历史数据与SD方法的模拟数据进行比较,平均误差均小于10%,具有较高的可信度,可用来预测郑州市未来的水资源承载力发展情况。在此基础上,通过设定现状延续、控污节流、开源控污和开源节流4种不同方案,对2020-2030年水资源承载力系数进行动态模拟预测。结果表明:2030年4种方案下的水资源承载力系数分别为1.24、1.18、1.00、0.89,现状延续和控污节流方案下的郑州市水资源承载力随着时间的推移呈现严重超载状态,无法承载郑州市经济社会的快速发展;开源控污方案在预测期内的水资源承载力超载状态会对经济社会发展产生较大阻力。故开源节流方案为最佳方案,水资源承载力系数小于1,在研究期内未出现超载状态,可有利缓解郑州市的缺水状况,促进经济社会的发展。结合4种方案的优点,提出有利于郑州市水资源可持续发展的建议与对策。

郑州市暴雨强度公式计算与对比分析

为真实客观地反映郑州市近年来暴雨特征变化,进一步优化郑州市暴雨强度公式,选取2000~2022年11个降雨历时的年最大暴雨量,采用最小二乘法、遗传算法、拟牛顿法优化了郑州市暴雨强度公式参数,并与郑州市2002年暴雨强度公式以及2023年暴雨强度公式进行对比分析。结果表明,郑州市暴雨强度公式在指数分布中采用拟牛顿法拟合误差最小,最终确定的优化参数A1为11.312、C为2.968、b为19.8、n为0.900;在不同重现期暴雨条件下,优化公式相对于2002年公式呈现出完全不同的极值分布情况,即“大的更大、小的更小”,而与2023年公式的雨强相差较小;在不同降雨情景管网水力运行特征中,优化公式与2023年公式的模拟结果高度一致,两者在预测郑州市内涝情况整体上具有相似的准确性和可靠性,对城市排水防涝具有一定的指导作用。

基于WRF的郑州市降雨模拟方案分析

为探究WRF模式对郑州市五区降雨过程的模拟能力,比选出一套符合郑州市五区大多数降雨的WRF模拟参数,采用WRF模式中的Thompson、WSM6及Lin三种微物理参数方案分别模拟了郑州市五区的9场降雨持续时间为1 h,重现期以3~5年为主的降雨事件,并对9场不同降雨历时、重现期的降雨事件在Thompson方案下进行模拟,通过水文预报中常用的相对误差、相关系数、均方根误差、平均误差进行评价。结果表明,Thompson方案在总降雨量、过程量及降雨趋势方面相较WSM6、Lin方案稳定性更好;对于不同降雨历时、重现期的降雨,Thompson方案模拟结果的相关系数都较高,但均方根误差略微偏大,平均误差正负参半,数值也相对偏小。研究结果对郑州市降雨预报方案的选择具有一定参考价值。

农田水利新质生产力关键内容及研究展望

水利新质生产力是符合新发展理念的先进水利生产力质态,是实现水利高质量发展的关键环节。要以水利新质生产力助力农田发展,推动农田水利新质生产力发展。农田水利新质生产力是水利新质生产力在农田领域的具体实践,是推进实现农业现代化建设和高质量发展的有力路径。为加速落实水利新质生产力在农田领域的部署要求,本文在深入探析农田水利新质生产力和水利新质生产力之间关系的基础上,构建了农田水利新质生产力的研究框架,包括关键问题、战略目标、体系布局和关键内容,并针对农田水利新质生产力的关键内容展开重点研究,最后从理论研究、技术创新和农田改造3个方面提出未来研究展望,为农田水利新质生产力的形成和发展提供参考。

大思政和新工科背景下水利工程类专业课教学改革探索

面向大思政目标和新工科建设要求,指出水利工程类专业课在教学过程中存在的课程教学与新工科建设适应性有待加强、专业教学与思政教育融合有待深入的问题;基于建立的课程思政教学路径,开展了大思政新工科下的水利类专业课“理念-目标-内容-模式-方法”一体化的课程教学改革研究,并以水利类核心基础课《工程水文学》进行示例说明。

“智慧水利”背景下工程水文学教学改革研究与实践

随着我国水利和水电产业的持续壮大,以及大数据、人工智能等新兴信息技术与传统产业的迅速整合,“智慧水利”已逐渐成为水利领域未来发展的不二选择。“工程水文学”的课程内容、教学方式也应顺应潮流进行改革和提升。文章针对目前课程教学中存在的问题,从课程培养体系、教师团队协同培养模式、创新实践平台三个方面进行创新性探索,以学生和授课教师为双主体,推进智慧化教学改革,形成多学科交叉的课程培养体系,推行教师团队协同培养模式,构建多学科交叉融合的创新实践平台。

以“双碳”技术人才培养为导向的教学改革——以水利工程专业为例

在深入探究"双碳"(即碳达峰、碳中和)政策框架下的时代语境时,本文的核心研究目标聚焦于水利工程专业在当前环境下面临的多维度挑战,并试图构建一系列切实可行的应对策略。由于实现“碳中和”目标需要极大程度地降低碳排放量,因此培养适应当前需求的水利专业人才显得尤为重要。为了迎接这一挑战,文中提出了调整人才培养目标、重塑课程体系以及优化师资结构等对策。这些措施旨在培养适应现代社会需求的水利人才,以促进中国顺利实现“碳中和”目标。

交通荷载下饱和软黏土的不排水变形特性

针对以往交通荷载下饱和软黏土不排水变形特性的研究大多忽视循环围压影响的问题,为了深入理解软黏土地基在交通循环荷载作用下的变形特性,采用GDS变围压动三轴试验系统模拟交通循环荷载应力路径,对温州饱和软黏土进行了一系列不排水条件下的恒定围压(constant confining pressure,CCP)和变围压(variable confining pressure,VCP)应力路径循环加载试验,重点分析了循环动应力比(CSR)以及应力路径(α)对饱和软黏土动态回弹模量和轴向累积应变的影响。试验结果表明:在不排水条件下,饱和软黏土的动态回弹模量随着CSR和α的增大而减小,而轴向累积应变随着CSR和α的增大而增大,说明循环围压作用能够提高饱和软黏土在不排水循环加载下的刚度并限制其轴向应变的累积。基于试验结果并结合现有的经验模型,分别构建了可以反映交通循环荷载应力路径效应的饱和软黏土动态回弹模量和轴向应变累积经验模型,可以用于交通荷载下软黏土地基长期变形的计算分析。

水利水电枢纽工程鱼道设计与生态修复效果评估研究

水利水电枢纽工程迅速发展背景下所产生的水生生物生态环境影响受到人们的普遍重视,研究目的是探索鱼道设计及生态修复效果评价方法,为项目生态友好性设计奠定科学依据。通过对鱼道设计流量比例、生态修复区域面积比例、鱼类种群恢复率、水质改善率及鱼类行为适应性变化这几个主要指标进行分析,该研究运用案例研究与统计学方法对所选水利水电枢纽工程实例进行了实证研究。研究结果表明,合理的鱼道设计与生态修复措施可以有效地提高鱼类迁徙效率,改善水质,促进鱼类种群恢复,进而对生物多样性的保护与生态平衡的维持起到积极的促进作用。研究同时也指出案例研究中存在的局限性并提出今后的研究趋势。在结论中对研究的关键发现进行了总结,并对水利水电枢纽工程生态友好性提出相关政策与管理方面的建议。

考虑潜在溃坝的水库大坝运行成本和收益量化方法

针对水库大坝逐渐老化、自身风险和运行成本不断增加的情况,为了进一步明确水库大坝运行的经济性,构建了一种考虑潜在溃坝损失作用下的水库大坝运行综合成本与综合收益量化模型。首先,综合考虑大坝潜在溃坝的影响,根据ISM理论明确了水库大坝运行成本与收益影响因素之间的相互作用关系,确定了水库大坝运行综合成本与综合收益量化指标;其次,基于DEMATEL法分析了各因素之间的相互作用程度,明确了各成本与收益指标之间相对重要程度;最后,结合技术经济学理论,计算了潜在溃坝损失作用下的水库大坝运行综合成本和综合收益。将所提模型应用于国内某水库,计算了该水库的运行综合成本和综合收益,并对其经济性进行了分析,结果表明:在考虑潜在溃坝损失的情况下,该水库运行综合成本为743.62万元,综合收益为10911.83万元,收益成本比为14.67,运行综合收益远大于运行综合成本,创收能力良好,经济效益显著。

富水粉细砂层联络通道顶管法施工地表沉降分析

为研究富水粉细砂层地铁联络通道顶管法施工对地表沉降的影响,对郑州地铁12号线08工区埋深15 m、长7.5 m的联络通道在顶管法施工过程中的地表沉降进行了监测,并结合“地层-主隧道-内支撑-联络通道”体系三维数值模型,深入分析了顶管掘进过程中地表沉降的时空演化规律。结果表明:地表沉降量随着顶管机的推进逐渐增大,顶推到位后达到最大沉降值,其中台车就位、始发破洞及接收破洞阶段产生的沉降增量明显大于其他开挖阶段,设备拆除后,受卸载作用影响,地层产生一定量回弹,沉降值减小;地表沉降曲面呈漏斗状,沿垂直于联络通道中心线方向左右对称,沿平行垂直于中心线方向不对称,最大沉降值位于纵向距离联络通道中心靠近始发端3 m处;联络通道顶管法施工对地表横向影响范围更大,地表沉降集中发生区域近似椭圆形,其长轴垂直于联络通道中心线。

新型浆锚连接方钢管混凝土拼接柱抗震性能试验研究

为进一步提高用于钢-混凝土组合结构的柱构件的装配效率,并改善其抗震性能,降低生产成本,提出一种新型浆锚连接方钢管混凝土拼接柱设计方法。通过对缩尺比例为2的5个拼接柱构件和1个整浇柱构件开展拟静力试验,获得不同配筋率、配筋形式和柱-柱节点拼接部位的新型拼接柱的抗震性能。试验结果表明:新型拼接柱构件在低周期反复荷载下的破坏过程及其形态与整浇柱构件相似,其滞回曲线饱满,耗能能力、抗承载力退化和抵抗变形(刚度)能力均比整浇柱构件更加优良,特别是将柱-柱节点拼接部位设于柱间反弯点区域的P类型构件变形能力最佳,证明了该新型拼接柱设计方法的科学性,并对提高钢-混凝土组合框架结构的整体抗震性能具有应用潜力。

新工科背景下水利工程专业课程综合表现的评价方法探究

新工科教育背景下水利工程课程内容日益丰富,为实现学生课程综合表现的准确评价,全面考核学生日常表现、课程成绩、实践能力等多方面表现。针对学生课程综合表现评价指标的模糊性以及单一评价方法的片面性,构建了学生课程综合表现评价指标体系,基于可拓理论对传统的层次分析方法进行区间化,提出了改进的可拓层次分析模型用于指标主观权重确定,与客观权重进行融合,并将模糊综合评价法和灰色聚类评价法进行优势组合,构建学生课程综合表现的灰色-模糊评价模型。以某双一流高校水利水电工程专业的水工建筑物课程为例,应用建立的方法和模型对某学生的课程综合表现进行评价,评价结果证明了该方法和模型的有效性及实用性,可为学生课程综合表现的等级评定提供依据。

新工科背景下水利专业课程思政教学改革探索与实践

课程思政是指在专业课程中融入思想政治教育内容的一种教育形式,它能利用隐性教育方式发挥专业课程的思想政治教育功能。高等教育阶段是塑造学生综合素质和思想品德的关键阶段,课程思政在专业人才培养中具有重要作用。如何将思想政治教育融入专业课程教学,培养具有新时代水利精神的专业人才,是当前高校水利专业教学改革亟待解决的问题。通过分析新工科水利专业课程的特点与要求,从理论和实践两方面阐述在新工科背景下的水利专业课程中融入思政教育的可行性与必要性,旨在为高校水利专业课程思政教学的改革提供有益借鉴与启示。

区域水平衡及失衡程度度量方法

区域水平衡量化及诊断是水网工程建设优化和水资源均衡调控的基础,对提升水安全保障能力、支撑经济社会稳定发展、实现人水和谐具有重要意义。本文从空间、时间、结构、过程、总量五个维度解构了区域人水系统的四大平衡,即反映水收入项和支出项定量关系的水收支平衡、体现经济社会供水量与需水量匹配关系的经济社会供需水平衡、结合经济社会-生态系统发展与用水定量关系的经济社会与生态用水平衡、表征人水系统发展状态的人水关系和谐平衡,并提出相应的水平衡度量方法。多角度解析了区域水平衡的失衡状态,提出四大平衡的失衡程度度量方法及区域水平衡的失衡程度综合度量方法。以沁河流域为实例应用和检验了上述方法,结果表明:提出的度量方法具有科学性和适用性,能够应用于区域水平衡研究实践;2019年沁河流域水平衡的失衡度为0.327,处于蓄水量减少、水资源短缺、生态端亏水、水系统受损的中度失衡状态,后续应注重人类涉水行为的管控。研究成果可为区域水平衡评估与调控提供理论支撑,服务国家或区域水平衡策略制定和水网工程规划。

聚氨酯泡沫注浆修复材料泡孔结构特征及抗压性能研究进展

聚氨酯泡沫(PUF)注浆修复材料以轻质高强、快凝高膨胀等优势,在基础设施修复加固领域得到了广泛的应用。抗压性能是工程修复材料十分重要的力学指标之一,而材料的微观结构对其宏观力学行为有决定性影响。近年来,国内外专家学者对PUF注浆修复材料的微观结构特性和抗压性能进行了大量研究,但尚未见到系统性总结。本文介绍了PUF注浆修复材料的定义及反应过程,综述了其微观泡孔结构特性、压缩应力-应变关系和本构模型,从宏微观角度讨论了其变形和破坏机理,总结了密度、试件尺寸、应变率和特殊环境工况对压缩性能的影响机理及规律,最后展望了PUF注浆修复材料未来的研究方向。

基于人水和谐视角的国家水网优化布局构想与展望

国家水网建设有助于缓解当前日益复杂的人水矛盾,基于人水和谐论开展国家水网优化布局研究,能够为国家水网建设提供新的思路。本文从人水和谐的视角出发,通过梳理国家水网提出过程,分析现阶段国家水网建设中亟待解决的问题,在此基础上辨析人水和谐论对国家水网优化布局的指导作用;进一步以人水和谐理念为引领,从指导理论、基本原则、布局方法、关键内容与研究途径等方面提出了国家水网优化布局的构建框架;从促进人与自然和谐共生、实现综合效益最优发挥、支撑国家安全总体保障、助力先进文化繁荣发展、建设现代水网智慧服务5个方面描绘了国家水网优化布局的蓝图;从理论、方法、技术、支撑体系4个方面对国家水网优化布局未来研究进行展望。

考虑水土互馈关系的区域水土资源联合优化配置

针对水土资源空间不匹配、水资源总量不足及土地资源利用程度不高等问题,以二元水循环理论为基础,构建考虑水土互馈关系的区域水土资源联合优化配置模型。该模型包括产水模块、水土联合配置模块和土地模拟模块,以GDP最大和基于生态绿当量的区域植被覆盖率(EGE-RVC)最高为目标函数,并提出了一种耦合约束法、逐次逼近法和非线性规划的三层嵌套算法进行求解。以河南省洛阳市为例对模型和方法进行验证,结果表明,洛阳市可利用水量增加了4463万m^(3),GDP提高了12.5%,EGE-RVC增加了2.6%,各用地类型缺水率不同程度下降。研究成果能够为区域水土资源优化配置研究提供新的思路和技术参考。