水力发电学报
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2017年 36卷 12期
刊出日期：2017-12-25
当期目录
当期目录
1
特约论文：理想均变率法及其在水库群多目标调度决策中的应用
纪昌明, 张培, 苏阳悦, 张验科, 彭杨
DOI: 10.11660/slfdxb.20171201
针对多目标非劣解集非凸时均衡解不唯一的问题，本文将均变率法和逼近理想点法耦合，形成一种新的多目标决策方法—理想均变率法，同时对该方法的最佳均衡解的存在性及唯一性进行了严格的理论证明。以雅砻江流域锦官电源组的多目标调度决策为例，分别对均变率法、逼近理想点法和理想均变率法进行了分析比较。结果表明理想均变率法不仅能得到满足多目标调度需求的最满意方案，而且可以定性、定量地描述防洪、发电与生态三目标间的相互转换关系。该方法理论证明完备，且兼顾冒险型和保守型的决策方式，在实际工作中更易被决策者接受，为多目标决策提供了一种新的有效的方法。
2017 Vol. 36 (12): 1-9 [
摘要
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10
北京莲花桥区域暴雨积水模拟研究
任梅芳，徐宗学，黄子千，魏保义
DOI: 10.11660/slfdxb.20171202
随着城市交通事业的发展，立交桥的兴建解决了很多交通问题，但下穿式立交桥桥下高程往往低于周边区域而形成局部低洼区，暴雨时极易发生积水，会对行人和车辆造成威胁。因此，有必要对立交桥区域的暴雨积水深度和流速进行模拟研究，对于防洪减灾和交通应急有重要的意义。本文以2012年7月21日暴雨洪水为例，采用MIKE21 Flow Model FM模型模拟莲花桥处积水深度及流速。结果表明，对莲花桥区域2012年7月21日暴雨的积水模拟结果与实际情况基本相符，据此对该区域不同降水情景的积水程度进行了模拟。本文通过介绍一种对城市局部区域积水程度的模拟技术，以期为在缺乏精确数据的情况下，对城市小区域范围内的积水程度的模拟研究提供技术支撑。
2017 Vol. 36 (12): 10-18 [
摘要
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19
水库多目标调度模型及算法研究
艾学山，董祚，莫明珠
DOI: 10.11660/slfdxb.20171203
协调水库发电、灌溉和生态环境效益是众多水库决策者面临的棘手问题。本文以考虑发电保证率要求的总发电量最大、下游灌溉和生态流量需水满足度最大为目标建立水库多目标调度模型，以动态规划和离散微分动态规划为计算核心，在分别对发电保证率、灌溉需水满足度和生态环境需水满足度建立惩罚函数的基础上，提出求解多目标模型的变惩罚系数法（VPC），并应用VPC法进行模型求解，通过筛选得到多目标非劣解的Pareto前沿。通过与非支配排序遗传算法II（NSGA-II）计算结果进行对比，表明VPC算法可以得到更高质量的非劣解集。实例研究表明，该模型和求解方法具有较好的适应性和较强的实用价值，可以为水库调度管理者提供重要的决策参考。
2017 Vol. 36 (12): 19-27 [
摘要
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28
京津冀地区气象干旱特征及其成因分析
张丽艳，杨东，马露
DOI: 10.11660/slfdxb.20171204
京津冀地处我国华北平原的北端，是整个区域最干旱地区之一。利用区域16个地面站点气象数据计算逐年、季度的标准化降水蒸散指数（SPEI），分析京津冀年和季节尺度的干旱面积覆盖率、干旱频率，揭示出京津冀近34年干旱时空格局变化规律及其与ENSO（厄尔尼诺–南方涛动）的关系。研究结果表明：年均SPEI值以-0.065/10a的速度递减；各时间尺度干旱面积覆盖率除冬季外均呈不同程度的增长趋势；京津冀各时间尺度年代际空间分布差异显著，1980年代干旱频率和高频干旱覆盖率较大区域主要集中于京津冀西北地区，1990年代分布于京津冀中部及东北地区，而2000年代整体差异较大；ENSO 是造成京津冀干旱灾害的重要原因。
2017 Vol. 36 (12): 28-38 [
摘要
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39
黄河上游高含沙水流交汇区河床形态及冲淤变化规律
张原锋，王平
DOI: 10.11660/slfdxb.20171205
黄河上游交汇区为典型的高含沙水流交汇区，支流高含沙洪水往往引起剧烈的河床形态调整及冲淤变化。利用室内模型实验、野外观测资料，研究了支流高含沙洪水入汇干流后，交汇区变化过程及冲淤计算方法。研究表明，交汇区河床形态包括壅水区淤积沙坝、分离区沙洲、输水输沙主槽及分离区以下河段的沙洲等基本元素。进入交汇口上游壅水区的泥沙全部落淤，淤积量随高含沙洪水沙量的增加呈线性线增加；提出的交汇口以下河段的泥沙淤积模式，揭示了泥沙淤积的主要影响因素为支流高含沙洪水沙量、汇流比、恢复饱和系数等，支流高含沙洪水沙量的作用更为明显，该模式可以定量描述交汇口以下河段的泥沙淤积。支流高含沙洪水形成的淤积沙洲的冲刷，取决于干流洪水流量及持续时间。黄河上游交汇区的淤积沙洲，较优的冲刷流量为2000 m3/s左右，冲刷历时为10天左右。
2017 Vol. 36 (12): 39-48 [
摘要
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49
雨水花园集中入渗对地下水水位和水质的影响
郭超，李家科，李怀恩，张蓓，马萌华，赵瑞松
DOI: 10.11660/slfdxb.20171206
为探究雨水花园集中入渗对地下水水位、水质的影响，2016年5—10月，每次雨前和降雨后1 d、3 d、5 d、7 d对三个地下水井（J1为对照井，J2和J3为监测井）的地下水位进行监测，并采集水样测定COD、NH4+-N、NO3-N、TN和TP的含量。监测结果表明：三个地下水井的水位变化幅度为J2>J3>J1；雨水花园集中入渗对地下水的补给作用具有滞后性，总体滞后3 ~ 5天。每次降雨后J2和J3地下水中COD、NH4+-N、NO3-N、TN和TP含量有所升高，但又快速下降；汛期（7、8月份）J2和J3中COD、N、P含量略有上升，汛期末其含量逐渐下降并趋于稳定。说明在本监测条件下，雨水花园集中入渗有利于补给地下水，但对地下水水质的负面影响不明显。
2017 Vol. 36 (12): 49-60 [
摘要
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61
基于特征灵敏度优化的弧形闸门动力分析模型
吴思远，王正中，徐 超，刘计良，吴守军, 张雪才
DOI: 10.11660/slfdxb.20171207
针对传统弧形闸门有限元模拟结果与实测数值存在误差，影响其动力特性及减振控制分析的问题，基于特征灵敏度优化的MATLAB-MSC.Patran/Nastran联合仿真，提出一种弧形闸门动力分析模型快速建模方法。主要思路是从传统静力有限元模型离散单元中，提取集中质量矩阵，以弧形闸门几何特征及动力特性为约束条件，通过软件联合调用实现质量重分布，以此得到相应的动力有限元模型。通过摄动检测、现有文献对比及实例优化表明：本文方法在保证最小改变量的情况下，只需较少的迭代步骤就可以实现精确建模。
2017 Vol. 36 (12): 61-68 [
摘要
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高水头跨海盾构隧道结构静力特性研究
杨小平，赵瑞，严振瑞，刘庭金，唐欣薇，黄鸿浩
DOI: 10.11660/slfdxb.20171208
湛江湾隧道作为国内代表性的跨海盾构隧道工程，具有高水压、长距离和海水环境下确保管片耐久性等技术难点。本文介绍了湛江湾跨海隧道衬砌结构优化设计方案，通过对监测资料的分析，研究了高水压作用下隧道管片及环向钢筋的受力特性，基于三维精细有限元模型揭示了整环管片在外水压力、土层侧压力系数影响下的受力及变形规律。研究表明：（1）管片环内、外侧钢筋应力变化在监测全程经历了四个阶段，自管片拼装结束后的初始阶段钢筋应力波动较为明显。（2）实测与数值结果均表明高外水压作用下管片环受力以“整体受压”为主。（3）管片环结构变形量与外水压力呈线性关系，且受到土层侧压力系数的影响。随着外水压增大，管片环变形模式由“横椭圆”发展成“整体向内压缩”。（4）坚硬土层中外水压力的提升将减缓管片环整体“横椭圆”变形趋势；软弱土层中外水压力的提升则导致隧道结构整体受压状态加剧。
2017 Vol. 36 (12): 69-77 [
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考虑实时施工质量因素的高心墙堆石坝沉降变形分析
王飞，任炳昱，佟大威，鄢玉玲，王佳俊，钟登华
DOI: 10.11660/slfdxb.20171209
现有将高心墙堆石坝沉降分析统计模型分为填筑因素、时效因素与水压因素的研究通常将坝体同一分区视为均质体，缺乏考虑大坝碾压施工质量差异导致填筑体非均质性对沉降变形影响的研究，因此从高心墙堆石坝填筑体受力变形分析出发，分析了考虑实时施工质量因素影响的填筑因素和时效因素，并结合水压因素，建立考虑实时施工质量因素的高心墙堆石坝沉降变形分析模型。针对高心墙堆石坝沉降变形过程的动态性，将该多参数非线性模型与M5’模型树相结合，利用M5’模型树解决全局非线性问题的优势，结合粒子群算法求解多参数问题速度快、收敛快的优点，实现对高心墙堆石坝沉降过程的拟合与预测，并与未考虑实时施工质量因素的传统分析模型以及多元线性回归分析模型进行对比。分析结果表明，考虑实时施工质量因素的高心墙堆石坝沉降变形分析模型的绝对差值与误差平方和均最小，而各模型关联度差异较小，模型综合指标最优。考虑实时施工质量因素的高心墙堆石坝沉降变形分析为客观分析大坝沉降提供了可靠的途径。
2017 Vol. 36 (12): 78-86 [
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高拱坝坝踵应力实测与计算的比较研究
周建平，杜小凯，张礼兵，周秋景
DOI: 10.11660/slfdxb.20171210
高拱坝坝踵应力状态是评价大坝安全可靠性的重要指标。由于拱坝超静定结构特性，施工期坝体升高、运行期水位变化及内外部温度变化等影响因素，致使坝踵应力分布及其变化过程极其复杂。安全监测和数值计算是获取坝踵应力的两种主要方法，然而两方法获取的数值往往并不一致，甚至还存在矛盾。本文论述了实测方法和计算方法对坝踵应力评价的影响；针对安全监测，分析了压应力计、应变计组工作原理，提出了坝踵有效应力评估、增设渗压计、压应力计和应变计组对应布置的建议；针对数值分析，研究了精细网格下坝踵等效应力与沿坝厚网格精度的关系，提出了计算拱坝坝踵应力的网格剖分的建议；两方法可有其自身影响因素，改进后的实测方法结合高精度数值计算可为评估高拱坝坝踵应力提供可靠依据。
2017 Vol. 36 (12): 87-94 [
摘要
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考虑测点灵敏度的大体积混凝土热学参数反演方法研究
王放，周宜红，赵春菊，周华维，王峰
DOI: 10.11660/slfdxb.20171211
针对大体积混凝土热学参数反演精度受测点选择及优化算法的稳定性影响较大的问题，本文提出了采用灵敏度最高的原则优选热学参数反演测点的方法，通过热流耦合算法计算大体积混凝土施工期温度场，对各测点温度进行灵敏度分析，优选出温度对参数变化最灵敏的测点；并引入逐步缩小搜索空间的方法改进遗传算法，根据多次寻优结果逐步调整搜索空间，以提高反演效率和结果的稳定性。工程实例分析结果表明，该方法可以提高混凝土热学参数反演的效率、精度及反演结果的稳定性，可提供满足工程需要的热学参数。
2017 Vol. 36 (12): 95-104 [
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105
潮流发电试验场水动力特性数学模型研究
李大鸣，张弘强，卜世龙，李彦卿，唐星辰，甄珠，陈硕
DOI: 10.11660/slfdxb.20171212
以普陀山岛–葫芦岛潮流能试验场为研究区域，三维、二维数学模型相结合，模拟分析了发电装置对试验场局部近场、大范围远场水动力的影响情况。提出一种基于能量方程的装置概化方法，即采用流场上下游沿程阻力损失量化装置对水流影响，并对概化后各组合等效与综合糙率进行回归分析，得到来流流速与综合糙率的函数关系。建立三维局部流场模型，利用计算流体动力学（CFD）软件模拟分析了装置在7种转速-流速组合下的局部流场分布。采用有限元法（FEM）离散二维浅水环流方程，建立二维潮流数学模型，并将综合糙率函数关系代入，通过修改装置所在网格糙率来模拟装置产生的影响。结果表明，全体装置布设时某个涨落潮历时下、全潮过程下，装置对流场的影响范围与潮流流速、装置泊位附近地形有关，离装置越远，装置对流场影响越小。整体上，装置对远场流速影响程度较小，流速变化量最小在2%左右，最大不超过布设前流速8%。
2017 Vol. 36 (12): 105-120 [
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