水力发电学报
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2018年 37卷 1期
刊出日期：2018-01-25
当期目录
当期目录
1
特约论文：梯级水库群大坝风险防控设计研究
周建平, 周兴波, 杜效鹄, 王富强
DOI: 10.11660/slfdxb.20180101
梯级水库群大坝风险标准、风险防控设计方法及设计安全指标体系，是流域安全管理的基础。在系统研究国内外风险标准的基础上，提出梯级水库群社会可接受风险标准为10-6/a，可容忍风险标准为10-5/a；基于现行工程设计方法、相对安全率和贝叶斯网络理论，提出了“安全系数-可靠指标-年计失效概率”三位一体的风险防控设计方法。针对梯级水库群中，坝高超过200 m、库容大于10亿m3，或其溃坝将导致下游1级大坝连溃的控制梯级，按照工程等级划分和风险防控功能，定义为特等工程。特等工程的风险控制标准，为年计失效概率（1.0 ~ 5.0）×10-8，可靠指标为4.45 ~ 4.7，制定了包括防洪标准、抗震标准、裕富超高及泄洪设施要求的风险设计指标体系。这一研究成果填补了特高坝工程设计安全标准的空白，对梯级水库群风险防控理论研究及设计方法的发展具有重要的借鉴和参考价值。
2018 Vol. 37 (1): 1-10 [
摘要
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11
深孔平面钢闸门挡水布置形式的受力特性比较
赵春龙，王正中，王明疆，李岗，赵大海，刘计良
DOI: 10.11660/slfdxb.20180102
水利水电工程中平面钢闸门可布置成正向挡水或反向挡水的形式。为精确分析高水头下两种不同闸门挡水布置形式对结构受力特性的影响，采用有限元子模型法对闸门局部关键区域进行精细模拟和非线性接触分析。对比研究了正、反向挡水时闸门不同主梁截面形式的应力水平及其分布，并进一步总结了结构的受力特点和力的接触传递状态。结果表明正向挡水闸门面板与梁格接触传力并联合受力，其承载能力不受连接焊缝的强度限制；反向挡水闸门尤其当箱形主梁设较宽的前翼缘板时，由于水压作用前翼缘与面板张开，面板顺水流方向变形相比正向挡水时增加了1倍，连接焊缝截面受拉并出现应力集中现象，相比正向挡水时焊缝最大应力提高约3倍，且从连接焊缝受力来看两种挡水布置下工字形或∏形截面均要优于箱形截面主梁，建议规范中应予以明确。
2018 Vol. 37 (1): 11-20 [
摘要
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21
梯级水电站优化调度的改进社会情感优化算法
刘强，钟平安，陈宇婷，徐斌，朱非林
DOI: 10.11660/slfdxb.20180103
探索新的调度模型求解方法一直是水库优化调度研究的热点之一。社会情感优化算法（SEOA）是一种新兴的启发式智能优化算法，但目前在水库优化调度中未见应用。将SEOA应用于梯级水电站发电优化调度中，并针对算法初始种群随机生成造成的初始解代表性低，引入了初始种群均匀设计，针对部分个体过早收敛导致的种群活力低、算法易于局部收敛，制定了种群淘汰策略，从而建立了改进社会情感优化算法（改进SEOA）。实例表明，在梯级水电站发电优化调度模型的求解中，改进SEOA搜索效率高、寻优能力强、稳定性好。
2018 Vol. 37 (1): 21-30 [
摘要
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31
秦淮河流域控源截污与生态补水联合效应研究
宋为威，逄勇
DOI: 10.11660/slfdxb.20180104
随着中国的城市化进程加快，大型城市的人口急剧增长，城市的废污水排放量也随之急速增长，导致地表水不达标。基于地表水水质达标的需求，在近期，通过直排污水小部分截污与生态补水联合措施，对地表水水质进行预测；在远期，通过直排污水大部分截污，对地表水水质进行预测。以秦淮河流域南京市为例，通过野外水文水质调查，提出多种方案，结合水环境数学模型进行计算，预测结果表明：在近期（2017—2020年），通过排水达标区建设使得35%直排污水接入污水处理系统，并结合分汊河道秦淮新河调水30 m3/s使得地表水水质达标；在远期（2020—2025年），通过深化排水达标区建设及污水处理厂的特别限值（Ⅳ类）排放使得80%直排污水接入污水处理系统，从而实现地表水水质达标。提出部分污水截污与生态补水联合措施适用于分汊河道的方法，补充了研究地表水水质提升方案的多样性，对大型城市所在流域水质达标起到指导作用。
2018 Vol. 37 (1): 31-39 [
摘要
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40
垂直坐标系对于水温分层流动模拟的影响研究
胡煜，张文俊，夏建新，任华堂
DOI: 10.11660/slfdxb.20180105
随着高坝水库的建设和高性能计算机的出现，以往应用于大洋的三维模型正越来越多的应用于水库分层流动的模拟中。作为三维模型的建立基础，垂向坐标系对于小尺度区域模拟精度的影响研究目前尚不多见。基于物理水槽分层流动实验结果，评估了最常用的笛卡儿z坐标系和σ地形坐标系对于流场和温度场的模拟精度影响。结果显示两种垂直坐标系均适用于分层流模拟，但σ垂直坐标系模型模拟结果精度更高；与σ坐标系相比较，z坐标系由于底部阶梯水体静力不稳定和虚拟漩涡放大了垂向扩散能力，使得速度以及温度分层强度偏小；水平速度场显示，z坐标系对于底部的阶梯化处理会引起底部速度场的失真，等温线也呈相应的阶梯型变化趋势。
2018 Vol. 37 (1): 40-48 [
摘要
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49
基于河流阻力规律的河型统计与分类
宋晓龙，白玉川
DOI: 10.11660/slfdxb.20180106
将沿程水头损失公式向天然河流推广，利用坡降、流量、流速、泥沙粒径、河流形态等一系列河相关系参数，通过资料分析、数据拟合等技术手段，得到了河流阻力规律的表达形式。将河型参数作为分类指标，反演河流阻力规律表达形式，建立了一种物理概念明确、表达简单的河型分类方法。用两条阈值曲线将整个河流系统分成单流路型、稳定多流路型、不稳定多流路型这三大类型。通过研究发现，河型分类系统中单流路型河道对河岸强度相当敏感，而多流路型河道并不直接受河岸强度影响，尤其是大宽深比的情况。在外部扰动影响下，河流类型可以发生短暂的变化，如弯曲型河道出现游荡特征，但其最终能够回到原始平衡状态类型。
2018 Vol. 37 (1): 49-61 [
摘要
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62
大变径卜型岔管的水力特性及优化研究
顾欣欣，万五一，张博然
DOI: 10.11660/slfdxb.20180107
管径相差较大的卜型分岔管的水流特性相对复杂，接口附近可能产生回流和负压，对管道的安全运行构成威胁。为了改善卜型岔管连接段的流态，建立三维CFD数值模型对锥形连接的大变径高压岔管的流动特性进行了模拟，获得了岔管区域的流速和压力分布。采用相应的物理模型试验进行测试比较，验证了数值模拟的准确性。通过数值模拟比较了有无锥形过渡的岔管的水流流态，对大变径卜型岔管的连接方式进行了优化。结果表明，采用锥形过渡可以有效地减少岔管的负压区和回流区，对防止大变径岔管的空蚀破坏，改善水流流态具有重要意义，为岔管体型优化提供参考。
2018 Vol. 37 (1): 62-69 [
摘要
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70
台风过境方位对洞头渔港增水的影响
孙志林，纪汗青，方诗标，姚钟植，郝浩余，张德钧
DOI: 10.11660/slfdxb.20180108
为研究不同台风过境方位对洞头渔港增水的影响，选取了4个不同过境方位历史台风，运用Delft3D模型模拟洞头岛及其周围6个测站的台风增水过程。经天文潮和测站实测数据验证，模型平均绝对误差小于15 cm。模拟结果显示，东面过境台风时洞头中心渔港处增水呈主次三峰型。南面过境台风增水最显著，呈标准单峰型。西面过境台风呈波动型增水，波动规律与天文潮接近，最大增水值出现在台风最近时前后。北面过境台风对渔港影响最小，亦呈天文潮波动型，每个天文高潮位可出现多个增水峰值，天文低潮会出现负增水。
2018 Vol. 37 (1): 70-78 [
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79
低水头坝消力池内悬栅辅助消能工的优化试验研究
梁洪儒，谭燕平，刘星，王珊，谭海燕，敬峰
DOI: 10.11660/slfdxb.20180109
用基于捆绑法的40组正交试验对消力池内悬栅辅助消能工的不同空间布置形式进行水力特性研究，提出同层相邻悬栅采用变距布置以及上下两层相邻悬栅采用倾斜布置的新型布置方式。试验结果表明：（1）同层悬栅采用变距布置能有效减小水位差同时保证消能率，相较等距布置水位差变化率平均提高12.15%；（2）上下相邻悬栅采用倾斜布置对于等距、变距布置均有利于减小水位差，其中前倾布置形式最优，对等距布置水位差变化率最大提高48.76%，变距布置最大提高10.71%，该试验中捆绑后的6组悬栅间距分别为8、8、8、12、12、4 cm的前倾布置形式为最优设计。
2018 Vol. 37 (1): 79-86 [
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87
水轮机空化状态声发射信号的小波包能量特征
刘忠，邹淑云，陈莹，宋嘉城，李志鹏
DOI: 10.11660/slfdxb.20180110
为了充分提取水轮机空化状态下声发射信号蕴含的时频特征及其变化规律，基于混流式水轮机模型空化试验，采集了间隙空化不同阶段时典型测点的声发射信号，采用小波包分析方法提取了声发射信号的小波包能量等特征参数，分析了这些参数随水轮机空化系数变化的关系。结果表明，随着水轮机空化系数的逐渐减小，从无空化、空化初生到完全空化状态，在导叶拐臂和转轮下环底部采集到的声发射信号的小波包能量随之发生了明显的规律性变化。开始时小幅缓慢增加，在空化初生附近达到某一峰值，接着略有回落，然后在临界空化状态时急剧增加达到较之以前更大的峰值，最后急剧回落。
2018 Vol. 37 (1): 87-93 [
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94
贯流式机组运行稳定域探讨
南海鹏，关欣，门闯社
DOI: 10.11660/slfdxb.20180111
随着低水头水力资源的开发，贯流式机组占我国水电机组的比重逐步上升，由于该类型机组适用条件和结构的限制，其水流惯性时间常数较大，机组惯性时间常数较小，机组惯性时间常数与惯性比率已远超出我国现行水轮机调节系统相关标准规定的范围。为此，通过分析比较国内外水轮机调节系统标准中被控对象适用条件，调研统计我国现有典型电站的参数及运行状况，并在建立的水轮机调节系统的数学模型基础上分析了该类机组的稳定域与调节品质，表明该类机组具有较大的稳定域，能够安全稳定运行，只要合理整定调节参数能够获得较好的调节品质，且调节参数整定范围也在IEC推荐的常用范围之内，建议对现行国标中惯性比率的要求改为不大于1.5，反击式机组惯性时间常数的要求改为不小于1.5 s。
2018 Vol. 37 (1): 94-100 [
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101
复合荷载下海上钢管桩基础p-y曲线法研究
余世章，李飒
DOI: 10.11660/slfdxb.20180112
对于海上钢管桩基础的水平承载特性通常采用p-y曲线法进行分析，由于海洋环境复杂性，海上桩基往往同时承受侧向，竖向和力矩荷载，桩体处于复合受力状态。由单一水平向加载试验获得的p-y曲线法对于基础在复合荷载作用下承载特性分析的有效性尚未有定论。通过三维数值模拟，在得到离心模型试验验证的基础上，探讨了H-V和H-M复合加载下数值模拟与p-y曲线法对于桩体位移和弯矩计算的差异，计算结果可为桩基设计提供依据。
2018 Vol. 37 (1): 101-109 [
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110
寒区负温环境下筑堤砂土压实性能研究
苏安双，李兆宇，于沭，张守杰，严俊
DOI: 10.11660/slfdxb.20180113
通过开展砂土在环境温度分别为-10℃、-15℃和-20℃的击实试验，研究了冬季条件下砂土料在土温、环境温度、含水率及压实功影响下的压实性能。同时在堤防冬季施工过程中采用同种土质进行了现场碾压。结果表明，负温条件下击实未冻土料存在最大干密度和最优含水率。随着环境温度的降低，土体干密度表现出略微下降的趋势。对于碾压机械一定条件下，击实试验中的击实次数与冬季施工的碾压遍数存在较好的相关性。然而对于已冻土料，随着含水率的增加和土温、环境温度的降低，干密度表现出明显的下降趋势；并且随着含水率的增加，需要相当大的压实功才能使已冻土料达到要求的干密度。在冬季施工中，对于碾压机械一定条件下，根据不同负温下的压实功能够推求出压实已冻土所需的碾压遍数，以确保压实质量。
2018 Vol. 37 (1): 110-120 [
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