有限元法作为滩涂光伏阵列桩基设计计算方法的适用性研究(有限元法在工程地质中的应用)
摘 要:
【目的】滩涂光伏电站的建设处于起步阶段,光伏阵列桩基在土建工程中占比很大,对投资有显著影响,目前承载力设计计算主要借鉴建筑行业规范,其适用性值得探讨。为改进滩涂光伏桩基设计计算方法,探索有限元方法对此的适用性,【方法】以既有滩涂光伏桩基设计方案为例,依据行业规范方法进行竖向、抗拔、水平承载工况复核计算,同时使用有限元超载法和强度折减法进行计算和分析。【结果】分析及对比结果显示:两类方法所依据的力学机理基本相同,计算得出的承载力规律一致,安全系数值接近,沉降值接近;竖向承载和抗拔工况,有限元法得出的安全系数略大于规范方法;水平承载工况,有限元法得出的安全系数略小于规范方法;对于滩涂光伏阵列桩基而言,竖向承载力安全系数最低,是承载力设计的控制工况;抗拔承载安全系数最高,远高于规范要求值,不是控制性工况;水平承载安全系数居中,有较充足的安全裕度,该工况容易满足要求。【结论】结果表明:有限元法计算能够生动展示桩基及支架的空间、过程和细部力学响应,有利于指导和改进设计,对滩涂光伏阵列桩基设计有良好的适用性;有限元法用于桩基承载力计算应优先使用超载法;滩涂光伏阵列桩基的承载特点和工作环境与建筑桩基不同,目前规范规定的竖向承载力安全系数偏保守,应适当放宽,对设计理论创新做出尝试,并合理地控制工程投资。
关键词:
滩涂光伏;桩基础;承载力;有限元法;数值模拟;力学性能;新能源;变形;
作者简介:
闫俊义(1974—),男,正高级工程师,博士,研究方向为风电、光伏、水电工程新技术等。
*崔炜(1979—),男,正高级工程师,博士,研究方向为复杂结构数值分析、新能源技术等。
基金:
中国三峡新能源(集团)股份有限公司科研项目(【2021】621号);
流域水循环模拟与调控国家重点实验室重点项目(HTGE0146B012022SS221);
国家自然科学基金项目(52379084);
引用:
闫俊义,刘毅,刘立珍,等. 有限元法作为滩涂光伏阵列桩基设计计算方法的适用性研究[J]. 水利水电技术( 中英文) ,2024, 55(3) : 1-10.
YAN Junyi,LIU Yi,LIU Lizhen,et al. Study on the applicability of finite element method as the design calculation method of photovoltaic array pile foundation in mudflat[J]. Water Resources and Hydropower Engineering,2024,55( 3) : 1-10.
0 引 言
当代社会在煤炭、石油、天然气等传统能源的支撑下快速发展,然而,传统能源的利用给人类社会也带来诸多环境问题。推进“碳达峰、碳中和”是我国政府的重大战略决策,既是对国际社会的庄严承诺,也是推动高质量发展的内在要求。经济社会发展离不开能源的支撑,在“双碳”政策推动下,我国风电、太阳能等可再生能源产业得到蓬勃发展。光伏发电极少对自然环境造成污染的优势,以及太阳能储备丰富且分布广泛的特点,成为新能源发电的主要方式之一,拥有广阔的发展前景。近年来,光伏产业作为我国新能源产业的重要组成部分逐步走向成熟且快速增长,光伏制造业、光伏发电装机量、光伏发电量均位于世界前列。
沿海滩涂地区开发光伏电站,可有效利用土地资源、就地消纳电能,但滩涂场地具有地基承载力低、潮汐涨落频繁、风荷载大、施工困难等特点,给工程实施带来挑战。为应对这些困难,现有的滩涂光伏发电阵列支架和基础主要采用桩柱一体的结构形式,即把预应力高强度混凝土管桩(Pre-stressed High-strength Concrete Pipe Pile, PHC桩)压入淤泥,桩在泥面之上留有足够的高度防止海水及浪淹没,在桩顶安装支架及光伏组件。滩涂光伏电站阵列使用的PHC管桩一般是数以万计的,多者超过10万根。因其数量巨大,桩的构造和尺寸显著影响项目投资,细微的优化能够产生明显的经济效益。
传统的桩基理论分析方法建立在特定的假设与简化之上,当工程条件复杂时,理论分析方法得出的计算成果的准确性和适用性会受到限制。目前,常用的桩基承载理论计算方法包括古典经验公式法和规范法,两种方法都将桩基承载力分为两部分:桩端极限阻力和桩侧极限阻力。古典经验公式法是通过土体强度参数来计算,不同学者根据不同的破坏机理推导出多种计算方法,然而,由于土体参数的复杂性,古典经验公式法的计算结果可能与桩基实际状况存在较大的误差。不同于古典经验公式法,规范法则是基于大量的桩基静载试验数据,将土体参数、桩侧阻力和桩端阻力用经验公式确定联系,从而根据经验关系来估算桩基的极限承载力,但是不同土质之间的差异性也会影响计算结果的准确性。
由于滩涂光伏电站的建设刚刚兴起,针对光伏阵列桩基承载设计的研究成果缺乏。目前国内的滩涂光伏工程桩基承载设计时,一般根据现有技术规范采用经验公式(规范法)估算或依据现场原位试验确定桩基极限承载力。其理论基本沿用了建筑行业的桩基规范,其中建筑行业桩基规范中给出了估算公式,但是条款规定是宽泛的,具体用于滩涂光伏桩基承载设计时有很多不确定的因素。由于建筑和滩涂光伏阵列的工作条件和功能不同,滩涂工程场地内分布大量软弱土层,软土性质复杂、荷载条件多变、桩土相互作用效应显著,导致桩基承载计算在工程实际应用时的过程较繁琐。现有规范中的经验估算公式对滩涂光伏阵列桩基的适用性值得探讨,有必要探索更适宜的承载计算分析方法。将有限元分析方法与桩基规范公式法相结合,可更好地分析实际桩基承载力,为桩基承载设计提供更为全面的指导。目前,对于条件复杂的工程,传统的设计手段已经无法满足既安全又经济的设计需求,国内外已经出现采用以有限元法为代表的数值仿真计算方法用于桩基承载力设计的应用,但是尚未形成直接应用于桩基承载计算的规范体系,因此,有限元法在滩涂光伏桩基承载分析领域有较好的探索研究价值。
本文旨在探索采用有限元法对滩涂光伏阵列桩基础进行承载力设计计算,分析桩的受力特征,对比分析采用现行规范方法计算桩基承载力与采用有限元法计算的异同,并比较有限元超载法和强度折减法计算桩基承载力的差异,提出有限元法应用于桩基承载设计计算的基本思路,供滩涂光伏桩基设计研究参考。
1 桩基承载力的规范法复核与分析
1.1 相关设计计算规范
目前,滩涂光伏阵列桩基承载设计主要依据光伏行业相关规范,其中关于桩基承载力的计算主要参考了建筑行业《建筑桩基技术规范》(JGJ94—2008)和《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2011)的相关内容。桩基承载力计算主要包括竖向承载力、抗拔承载力和水平承载力计算。桩基各项承载力标准值或特征值应根据静载试验确定,当缺少试验资料或当地经验时,需根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系,按照以下经验公式进行估算。
(1)滩涂光伏阵列桩基的抗压极限承载力标准值Quk估算式为
式中,qsik为桩侧第i层土的极限侧阻力标准值;qpk为极限端阻力标准值;u为桩身周长;li为桩周第i层土的厚度;Ap为桩端面积。
(2)滩涂光伏阵列桩基的抗拔极限承载力标准值Tuk估算式为
式中,λi为抗拔系数,对于岩石可取0.8,对于砂土可取0.5,对于黏性土、粉土可取0.7。
(3)滩涂光伏阵列桩基的水平承载力特征值Rha估算式为
式中,α为桩的水平变形系数,与地基土水平抗力系数、桩的刚度和宽度有关;EI为桩身抗弯刚度;χ0a为桩顶允许水平位移;υx为桩顶水平位移系数。
1.2 设计复核计算条件
依据行业规范的规定,对两个滩涂光伏电站(简称CD和BH工程)阵列桩基现有的设计方案进行承载力复核。根据原设计报告所述的规范依据和基本数据(气象、地质、结构尺寸、光伏组件重量等),重新计算荷载、承载力和安全系数等,并采用分层总和法计算桩基沉降。
两工程光伏列阵的每个结构单元设置8根PHC管桩,成一排,间距4.0 m。光伏阵列桩的排距为6.7 m。桩的承载形式均为摩擦桩,将外径400 mm、壁厚95 mm的PHC管桩压入滩涂。两工程桩的入土深度分别为6.0 m、2.0 m, 地表以上出露高度均为6.0 m。桩顶安装支架,支架之间沿阵列纵向安装檩条,檩条之上铺设光伏板,每根桩平均承载7块。整体来看,光伏阵列桩的间排距为4.0 m×6.7 m。根据桩基理论,桩距大于6倍桩径时,桩间土应力重叠现象较少,桩的工作状况接近单桩。本工程桩的最小间距为10倍的桩径,间距很大,每根桩可视为独立的单桩,形成独立的承载单元。承载单元内的桩(柱)、支架、光伏组件和地基的模型及主要尺寸如图1所示。CD工程的淤泥厚度为5.5 m, 下部为淤泥质粉质黏土,两层土对桩的极端侧阻力标准值为9 kPa、17 kPa; BH工程滩涂的表层淤泥厚度仅0.8 m, 下部为粉质黏土,两层土对桩的极端侧阻力标准值为9 kPa、26 kPa。
图1 光伏阵列单个桩基范围内的结构和地基示意
原设计计算及复核桩基承载力,均考虑三种工况:(1)抗压;(2)抗拔;(3)水平承载。前两种工况的竖向荷载分别对应外部荷载产生的最大下压力和最大上拔力,第三种工况对应的水平荷载为最大水平推力。所处滩涂地区的风、雪荷载标准值依据规范[18]确定,按照当地50 a重现期确定基本风压和雪压值。CD工程的风压、雪压分别为0.95 kPa、0.30 kPa, BH工程的是0.55 kPa、0.35 kPa。光伏组件承受风、雪荷载,传递至桩。计算得出两工程单个桩基受到的风荷载和雪荷载标准值如表1所列。由于两工程场地外围均设有防浪墙,不考虑波浪和海流荷载对桩的作用。
1.3 复核成果分析及建议
依据公式(1)—(3),计算得出两光伏阵列桩基各工况下的承载力标准值、特征值、安全系数和沉降量如表2所列。其中,安全系数K即规范中的安全系数或稳定系数,对于桩竖向承载和抗拔承载,K为承载力标准值与荷载标准值之比;对于桩水平承载,K为承载力特征值与荷载标准值之比。分析总结得出滩涂光伏相关设计规范对桩基承载力安全系数的要求如表3所列。表2所列成果显示,两工程桩基的抗拔和水平承载力均满足规范要求,且安全裕度很大,竖向抗压承载安全系数最小。因此,竖向抗压承载工况为滩涂光伏阵列桩基承载设计的控制性工况。
两工程桩基竖向抗压承载安全系数分别为1.54和1.51,略低于现行规范中要求的2.0。笔者认为此结果可满足光伏安全运行的要求,且规范的相关规定应考虑调整。分析如下:目前光伏行业规范对光伏支架桩基承载力计算方法和安全系数要求,基本沿用了建筑行业桩基相关规范。桩基所承受的竖向荷载主要包含上部较小的支架和光伏组件的自重、桩(柱)自重、由光伏组件传递而来的风荷载和雪荷载,这些荷载累计起来不足50 kN,远低于一般建筑桩基所受的荷载。较低的竖向荷载不易对桩基竖向稳定性产生显著影响。光伏阵列位于开阔的沿海地区,运行期鲜有人员在其侧,一旦个别桩基发生事故,造成的人员伤亡的可能性几乎没有,造成财产损失是局部的,远不如建筑桩基失事的后果严重。目前,CD工程光伏阵列已完建3a, 投产运行2a, 桩基已经历若干次强台风的洗礼,至今表现正常。鉴于此,对于滩涂光伏阵列桩基而言,竖向承载力安全系数要求取2.0是偏保守的,应该适当放宽;设计适当降低桩基竖向承载安全系数,使其略低于现行规范规定,是合理控制工程投资的做法,也是对设计理论创新的有益尝试。
2 桩基承载的有限元法计算与分析
2.1 超载法和强度折减法
由于桩承受的荷载不大、桩身强度高,极端情况下桩基失稳源于滩涂软土的破坏,而非桩结构自身的破坏,因此桩基承载力计算分析的重点是桩周土的失稳分析。
岩土工程常采用安全系数衡量土体的稳定性,有限元法对此主要采用超载法与强度折减法分析。超载法是在保持土体力学参数不变的前提下,逐级增加桩顶荷载至若干倍,桩基达到临界失稳时的超载倍数即承载安全系数。强度折减法最初主要应用于边坡稳定研究,董天文等将强度折减法引入计算桩基极限承载力,其原理是将土体抗剪强度参数(内聚力C和摩擦系数,摩擦系数为内摩擦角φ的余切值)除以设定的系数,即强度折减系数,逐渐增大强度折减系数,使桩周土的抗剪强度逐渐降低,直到土体临界失稳,此时的强度折减系数即的桩的承载安全系数。
2.2 计算条件和失稳判据
针对CD和BH工程光伏阵列桩基,分别进行有限元超载法和强度折减法分析。参照规范的规定,进行竖向承载、抗拔、水平承载计算,每种工况均模拟地基初始地应力、桩植入、荷载分步施加的过程。采用有限元程序ABAQUS计算,单桩范围内的结构模型如图1所示,土体采用六面体实体单元,两工程相应的单元数为128 744、81 928个;桩体、光伏板采用三维壳单元,两工程相应的单元数为6 777、3 033个;支架和檩条采用三维梁单元,两工程相应的单元数均为451个。试算分析表明,因荷载不大,土体变形模量小、适应变形能力强,桩基与土体之间无滑移。为了提高计算效率,将桩和土之间的接触关系设置为位移协调。桩内部,除了桩底以上1 m范围设土体模拟土塞之外,其余部位无土体;桩外部均与土体接触。土体采用弹塑性本构模型、MOHR-COULOMB屈服准则;桩、支架等其余结构采用弹性模型。相关土层力学计算参数取值依据两工程的地质勘察资料选取,如表4和表5所列。有限元法计算主要依据的力学参数是土体抗剪参数和变形模量,与规范方法所依据的力学参数[式(1)—(3)]不同。
有限元法分析判定光伏阵列桩基承载的临界平衡状态,以土体破坏为依据。目前,土体整体失稳的评判标准主要有三个:(1)收敛性判据:以迭代结果是否收敛作为土体是否破坏的判据。在复杂模型条件下,迭代计算常过早中断,使得此判据的适用性不佳。(2)突变性判据:土体位移出现突变且无限发展,位移突变是土体破坏很直观的表达,某特征点的位移和折减系数的关系曲线突变点视为发生失稳破坏的判据,具有明确的物理意义,适用性较好。(3)塑性区贯通判据:土体塑性区贯通是土体破坏的必要条件,但不是充分条件,一般此判据不单独使用,可作为辅助判据,用来验证安全系数。因此,以判据(2)作为桩周土失稳主要判据,把(3)作为参考判据。
2.3 超载法分析
首先研究正常加载,即超载系数取1.0时,光伏阵列桩基的变形和应力情况。CD工程桩基竖向承载工况,下沉位移为3.4 mm, 桩身最大压应力为0.35 MPa; 竖向抗拔工况,上拔位移为1.0 mm, 桩身最大拉应力为0.14 MPa。桩在竖向力作用下的位移和应力均较小,有足够的承载能力。由于滩涂地基软弱、光伏遭受台风侵袭,水平承载是人们关心的工况。此时桩处在悬臂状态,容易出现大的侧移或弯折破坏。有限元计算得出水平荷载作用下的桩基及结构位移如图2所示,桩在泥面高程处的水平位移为3.7 mm, 桩顶水平位移为44.2 mm, 数值不大,不影响正常使用;桩的拉应力情况如图3所示,最大拉应力为5.8 MPa, 位于泥面高程附近的迎风侧表面,由于桩壁配有受力钢筋,桩壁的拉应力水平不高,因此桩自身能够保证承载安全。可进一步根据有限元计算得出的内力成果,复核桩体配筋。
图2 水平承载工况CD工程结构水平位移(单位:m)
图3 CD工程桩的拉应力(单位:Pa)
对CD和BH光伏阵列桩基分别进行竖向承载、抗拔、水平承载的有限元超载计算,通过判据(2)和(3),分析得出各工况承载安全系数如表6所列。篇幅所限,以CD工程桩基竖向承载为例说明此过程。向桩基逐级增加竖向荷载,得到桩顶竖向位移随超载安全系数变化过程曲线如图4所示,图4中横轴标注的数字为超载系数,1.0之前为桩施工、施加自重等计算步,1.0及之后为超载计算步。由图4可见,超载系数K增加至2.0之后,桩竖向位移发生突变,此时位移值为-5.1 mm; K增加至3.0时,桩周土发生贯通性塑性变形,如图5所示。因此认为桩基竖向承载安全系数介于2.0~3.0之间,出于安全考虑,确定安全系数的值为2.0。如果需要更精细的安全系数值,则需将超载系数于2.0~3.0之间加密,重新做有限元计算和成果判断,即可得出。
图4 CD工程桩顶竖向位移随超载系数的变化曲线
图5 超载安全系数K=3.0时桩周土体塑性应变
2.4 强度折减法分析
对CD和BH光伏阵列桩基分别进行竖向、水平承载的强度折减分析,得出桩基各工况的承载安全系数如表6所列,篇幅所限,以CD工程桩基水平承载分析为例进行说明。逐步增加强度折减系数,逐渐削弱桩周土的抗剪强度,计算得出桩顶位移随强度折减系数变化过程曲线如图6所示,图中横轴标注的数字为强度折减系数,1.0之前为桩施工、加自重等计算步,1.0及之后为强度折减计算步。折减系数K增加至2.8以后,桩水平和竖向位移随折减系数的增加而迅速变化,直至发生突变。但是,当K=2.4时,尽管桩未发生位移突变,但是桩周土开始形成明显的贯通塑性区(见图7),桩周土的承载力已基本丧失,因此认定桩水平承载安全系数为2.4。
图6 CD工程桩顶位移随强度折减系数的变化曲线
图7 折减安全系数K=2.4时的土体塑性应变
2.5 特殊问题说明和有限元法计算总结
滩涂光伏桩基的有限元法承载计算,存在特定工况适用性受限的情况,即桩抗拔工况的强度折减分析。由于桩自重大于上拔力,强度折减法计算时,随着桩周土体强度的持续降低,桩体垂直向下的位移逐渐增大(见图8,横轴说明同图6),无法得出向上的位移,不能得到桩抗拔承载安全系数。因此,滩涂光伏桩基抗拔承载计算不能采用强度折减法,只适合超载法。
图8 BH工程桩顶竖向位移随折减系数的变化曲线
从表6中的安全系数结果可知,有限元超载法计算得出的桩基各工况承载安全系数均满足规范要求。强度折减法得出的桩水平承载安全系数满足规范要求,竖向承载安全系数略低于规范要求。总体来看,超载法和强度折减法得出的桩竖向和水平承载安全系数接近,超载法得出的安全系数略大于强度折减法,产生此现象的可能原因是:超载法对桩所受外力进行超载,未对桩自重进行超载(因自重是明确的);强度折减分析时,保持全部荷载不变,对桩周土层均进行强度折减;这意味,强度折减法使桩处在“偏不利”的承载状况,故得出的安全系数略低。
3 两种方法的成果对比分析与讨论
两个滩涂光伏阵列桩基各工况承载安全系数成果(见表6)表明,有限元法与行业规范方法计算得出的桩基承载安全系数规律一致:竖向承载安全系数最小,该工况是桩基设计的控制性工况;抗拔承载安全系数最高,远高于规范要求值,不是控制性工况;水平承载安全系数居中,有较充足的安全裕度,该工况容易满足要求。有限元法与规范方法计算得出的竖向承载、抗拔、水平承载各安全系数值的大小总体也接近。此外,两种方法计算得出的桩基沉降值也接近,CD工程桩基竖向承载工况有限元计算得到的桩基沉降约3 mm, 规范方法算得的沉降约1 mm。
两种方法的成果“安全系数规律一致、数值接近”的结论并非偶然。这是由于:两种方法计算时,桩基结构自身、所受荷载、所在地层相同;虽然两种方法计算理论公式和土体力学参数取值在形式不同,但本质上也是基本相同的。具体分析如下:滩涂光伏桩基在极限荷载作用下的桩基失稳来源于土体破坏或大变形。规范方法计算滩涂淤泥地层桩基竖向承载力和抗拔力,所考察的桩侧阻力,其实质是土沿着桩身的极限抗剪强度,剪切面发生在临近桩表面的土体内。本文的有限元法超载或强度折减计算桩基竖向承载力和抗拔力,桩基失稳同样是源于桩周土体单元发生剪切破坏。规范方法计算桩的水平承载力[见公式(3)],是由桩体刚度和土体横向抗力决定的,其中土体横向抗力由地基土水平抗力系数的比例系数m值决定(m法理论),m值与土体弹性抗力及塑性变形有关。本文的有限元法超载或强度折减计算桩基水平承载力,同样是由桩体自身刚度、土体弹性抗力、土体的强度状况(塑性区发展情况)决定的。
总体而言,有限元法或规范方法计算滩涂桩基承载力,所依据的力学机理基本相同,计算结果总体一致,差别是细微的:桩的竖向承载和抗拔工况,有限元法得出的安全系数略大于规范方法;水平承载工况,有限元法得出的安全系数略小于规范方法。进一步,可结合滩涂桩基现场承载试验及反演研究,对两种方法的准确性进行验证分析和对比。
与规范方法相比,有限元法计算分析滩涂光伏阵列桩基结构的承载力学状况,在空间和时间上有生动全面的提升。有限元法分析得到应力、应变和位移等成果,以颜色图谱或过程曲线的形式可视化呈现,能够直观地了解桩基结构的局部和整体力学响应情况,可深入了解其力学状况,从而更好地指导和改进滩涂光伏工程设计。这些方面,规范方法是难以做到的。因此,有限元法对滩涂光伏桩基承载设计计算具有良好的适应性。参考有限元计算分析成果,制定合理的滩涂光伏桩基设计方案,在保障工程安全的同时,能够合理控制工程投资。当滩涂光伏阵列桩基承载力采用有限元法计算时,由于强度折减法不能应用于抗拔承载工况,建议优先采用超载法,依据相关判据做出评价。
与规范方法相比,有限元方法用于桩基承载力计算也有其不足,主要体现在要求计算者具备有限元程序使用的技能,具备较复杂的建模能力和对计算成果合理性的专业判断力等。近些年来,随着我国高等教育的大发展,掌握有限元计算技能的设计人员越来越多,有限元用于结构设计或辅助设计已较普遍,用于滩涂光伏桩基设计计算的条件逐渐成熟。
4 结 论
(1)滩涂光伏阵列桩基承载力计算,采用有限元法或行业规范方法所依据的力学机理基本相同,得出的承载力规律一致,安全系数值接近,沉降值接近。有限元法能够生动展示桩基及支架的空间、过程和细部力学响应,有利于指导和改进工程设计,对滩涂光伏阵列桩基设计计算具有良好的适用性。
(2)对于滩涂光伏阵列桩基而言,竖向承载力安全系数最低,是承载力设计的控制工况;抗拔承载安全系数很高,远高于规范要求值,不是控制性工况;水平承载安全系数居中,有较充足的安全裕度,该工况容易满足要求。其中,竖向承载和抗拔工况,有限元法得出的安全系数略大于规范方法;水平承载工况,有限元法得出的安全系数略小于规范方法。
(3)对于滩涂光伏阵列桩基承载力,有限元超载法得出的安全系数略大于强度折减法。由于强度折减法不适用于抗拔承载工况,建议滩涂光伏阵列桩基承载力计算优先使用超载法,依据相关判据做评价分析。
(4)滩涂光伏阵列桩基的承载特点和工作环境与建筑桩基不同,目前规范规定的竖向承载力安全系数偏保守,应适当放宽,对设计理论创新做出尝试,并合理地控制工程投资。
水利水电技术(中英文)
水利部《水利水电技术(中英文)》杂志是中国水利水电行业的综合性技术期刊(月刊),为全国中文核心期刊,面向国内外公开发行。本刊以介绍我国水资源的开发、利用、治理、配置、节约和保护,以及水利水电工程的勘测、设计、施工、运行管理和科学研究等方面的技术经验为主,同时也报道国外的先进技术。期刊主要栏目有:水文水资源、水工建筑、工程施工、工程基础、水力学、机电技术、泥沙研究、水环境与水生态、运行管理、试验研究、工程地质、金属结构、水利经济、水利规划、防汛抗旱、建设管理、新能源、城市水利、农村水利、水土保持、水库移民、水利现代化、国际水利等。