水力发电学报
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2018年 37卷 6期
刊出日期：2018-06-25
当期目录
当期目录
1
水泵水轮机叶道涡的串级及耗散特性分析
胡秀成，张立翔，张洪明
DOI: 10.11660/slfdxb.20180601
采用大涡模拟方法，对某水泵水轮机模型额定工况进行了全流道三维非定常湍流涡结构的串级特性分析，得到了涡结构在叶道中的串级分布特性，捕捉到了叶道涡的时空演化，探寻了不同尺度涡的存活率及串级形成的能量耗散通道。结果表明：即便在额定水轮机工况运行时，由于存在微小进口冲角，在叶片背面靠近上冠的区域形成的小量脱流，也将会演化形成叶道涡。叶道中“大尺度”涡的存活率相对较低，而“小尺度”涡的存活率则很高，相邻尺度涡量增大倍数在1.2 ~ 1.6之间。在叶道的一定区域内，叶道涡在串级过程中会逐步汇聚，相互干扰，涡湍黏性随之快速增加，导致湍动能沿叶道剧增，形成能量耗散的通道。
2018 Vol. 37 (6): 1-7 [
摘要
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8
自由液面对贯流式水轮机性能影响的数值研究
赵亚萍，李志华，廖伟丽，罗兴锜
DOI: 10.11660/slfdxb.20180602
贯流式水轮机已成为开发低水头和超低水头水力资源及潮汐能的良好机型，但振动、出力不足等问题频繁出现。同时贯流式机组水头与转轮直径之比（H/D1）较小，受比尺效应的影响，依靠模型机所得到的水轮机性能与实际存在差异。鉴于此，文章在考虑与不考虑库区自由液面及水流重力两种情况下对贯流式水轮机真机进行数值研究，对比分析自由液面及水流重力对水轮机性能的影响，并揭示贯流式水轮机内部真实流动状态以及出力不足的原因。研究结果表明：在自由液面及水流重力影响下，贯流式水轮机进口段水流呈现明显的不均匀性，转轮内压力分布由顶部到底部逐渐增大，叶片在旋转过程中要经历周期性的压力波动；不同位置的叶片对转轴产生的扭矩不同，水轮机的出力及效率有较大幅度的下降。研究结果将对贯流式水轮机的设计及运行具有一定的指导意义。
2018 Vol. 37 (6): 8-14 [
摘要
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15
水电工程建设移民搬迁Shapley补偿测算方法
陈述，蒙锦涛
DOI: 10.11660/slfdxb.20180603
水库移民补偿金额的合理性直接关系移民自身权益，是水电工程顺利开发的关键。以水库移民和水电开发企业为研究对象，系统分析两大利益相关者的成本与收益。将水库移民积极参与合作对水电工程引起的成本收益看作一种合作性收益，通过运用合作博弈中的Shapley值法，综合权衡双方的风险承担度、资源投入度及贡献程度，构建水电工程建设条件下的移民搬迁补偿模型，并对其求解移民所获补偿金额。最后运用该方法对某大型骨干电站移民搬迁补偿金额进行试算。结合案例表明：现行的水库移民补偿方式并未充分考虑水电工程建设所带来的合作效益，不合理的补偿金额极易引发恶劣群体性事件，建议水库移民补偿金额通过合作的视角确定。
2018 Vol. 37 (6): 15-24 [
摘要
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25
基于改进萤火虫算法的水电站群优化调度
杨旺旺，白涛，赵梦龙，黄强
DOI: 10.11660/slfdxb.20180604
为探讨水电站群优化调度新方法，在标准萤火虫算法原理的基础上，引入了隔代大步长纯随机游走、优势保留和变异机制等寻优机制，提出了改进的萤火虫算法。以黑河梯级水电站群为应用实例，建立和求解了梯级发电量最大的中长期优化调度模型，获得了如下结论：（1）梯级发电量最大时，龙头水库水位呈丰水期快速蓄满、维持高水头运行、枯水期缓慢下降至死水位的变化规律；（2）由参数敏感性分析得到了扰动因子、荧光吸收因子和随机搜索间隔代数的最优值；（3）不同算法的对比分析说明IFA的准确性、稳定性、寻优能力均最优。研究成果对于指导黑河梯级水电站经济运行具有重要的实际意义。
2018 Vol. 37 (6): 25-33 [
摘要
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34
基于改进过白化的Mann-Kendall趋势检验法
张洪波，李哲浩，席秋义，余荧皓
DOI: 10.11660/slfdxb.20180605
采用Mann-Kendall（MK）方法对水文序列进行趋势性检验时，常因待检序列中含有显著高阶自相关成分或因一阶显著自相关剔除而产生趋势成分破坏，进而导致无法获得准确的趋势检验结果。为此，提出了基于改进过白化的MK趋势检验方法。改进过白化法主要通过集成回归变异—去趋势—方差变异等检验方法，采用分段过白化的处理手段实现趋势低损情况下的高阶显著自相关剔除，以保证MK趋势检验结果的精度。透过林家村、神木、赵石窑和横山站的案例研究结果，可发现改进过白化处理法可在尽可能小地破坏原序列趋势的基础上剔除序列的显著自相关性，基于改进过白化处理序列可得到更为精确的MK趋势检验结果。
2018 Vol. 37 (6): 34-46 [
摘要
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47
二维水动力模型参数和边界条件不确定性分析
曹引，冶运涛，梁犁丽，赵红莉，蒋云钟，王浩，王俊锋
DOI: 10.11660/slfdxb.20180606
模型不确定性一直是数学模型研究的重要课题。以Toce河上游约5 km的物理模型为案例，分别采用拉丁超立方体抽样-广义似然不确定性估计（LHS-GLUE）和SCEM-UA方法分析了二维水动力学模型参数、边界条件及两者共同作用导致模型模拟水位的不确定性，并利用偏秩相关分析方法分析了模型参数和边界条件对模拟水位的敏感性。结果表明，水动力模型参数Manning系数对模拟水位的敏感性要大于边界条件对模拟水位的敏感性，且Manning系数对模拟水位的敏感性具有时空变异性；两种方法均可以准确获取模型参数Manning系数和边界条件的不确定性区间，但相比于LHS-GLUE方法，SCEM-UA可以更加准确地推求参数Manning系数和边界条件的后验分布，更适用于二维水动力模型不确定分析。
2018 Vol. 37 (6): 47-61 [
摘要
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62
基于多准则的城市雨洪模型不确定性分析方法
张荣，庞博，徐宗学，赵刚
DOI: 10.11660/slfdxb.20180607
提出了一种基于多准则的城市雨洪模型参数不确定性分析方法。通过采用距离函数方法整合多个目标函数，该方法能够对洪峰、洪量和洪水过程等多个城市洪水过程要素进行综合考虑。将该方法应用于北京市大红门排水片区SWMM模型的不确定性分析，并与传统单准则方法的结果进行了对比及分析。结果表明，单一目标函数无法全面描述城市洪水特征；多准则方法在覆盖率相似的同时，不确定区域显著降低。在率定期，多准则相较于单准则不确定性区间的带宽减少了3.57 m3/s，偏差减少了3.04 m3/s；在验证期不确定性区间的带宽减少了3.38 m3/s，偏差减少了7.25 m3/s。而且其中值预报显著优于单准则方法。
2018 Vol. 37 (6): 62-73 [
摘要
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74
不同量级洪水对黄河下游游荡段冲淤变化的影响
张晓雷，夏军强，王增辉，李洁
DOI: 10.11660/slfdxb.20180608
小浪底水库运用后，改变了进入黄河下游的水沙条件，引起了下游河道的再造床过程。以小浪底水库调控后的不同水沙过程为基础，研究这些不同水沙组合洪水在下游河道的演进过程及其对冲淤变化的影响，可为黄河下游“二级悬河”治理提供科学依据。文章首先介绍了模拟黄河下游游荡段实际断面形态下洪水演进的一维水沙耦合模型，并利用黄河下游1982年5—10月实测洪水资料对该模型进行了验证，计算所得流量过程、含沙量过程及沿程最高水位等均与实测值较为吻合；最后采用该模型计算了水沙总量相同条件下，不同量级洪水过程在下游游荡段的演进过程，分析了不同量级洪水对河床冲淤变化的影响。结果表明：不同水沙过程对下游游荡段冲淤变化有明显影响，洪峰流量为10000 m3/s及相应含沙量为60 kg/m3的水沙过程在下游游荡段淤积量最大，洪峰流量为4000 m3/s及相应含沙量为30 kg/m3的水沙过程在下游游荡段淤积量最小。从淤滩刷槽的综合效果看，洪峰流量为6000 m3/s及相应含沙量为40 kg/m3的洪水过程对于下游游荡段河床调整较为有利。
2018 Vol. 37 (6): 74-83 [
摘要
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84
接触面直剪试验及数值模拟分析
殷殷，张丙印，袁会娜，孙逊
DOI: 10.11660/slfdxb.20180609
土体与结构的接触面广泛存在于各种岩土工程之中，建立可合理描述其变形特性的接触面本构模型至关重要。分别进行了糯扎渡反滤料I–混凝土底板接触面直剪试验和模拟该试验的有限元数值计算，分析了接触面直剪试验中的剪切变形和渐进破坏特性。研究结果表明，接触面直剪试验不是单元体试验，接触面破坏是一个渐进破坏的过程。接触面试验中量测的位移包括了接触面上的剪切位移和接触面附近土体的变形两部分。在有限元计算分析中，前者可采用刚塑性模型计算和反映，后者可通过土体的一般本构模型来计算和描述。
2018 Vol. 37 (6): 84-92 [
摘要
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93
确定大坝混凝土起裂韧度的简化极值法
卿龙邦，程月华，管俊峰
DOI: 10.11660/slfdxb.20180610
研究了确定大坝混凝土起裂韧度的简化极值方法与相应模型。基于极值理论思想，推导出楔入劈拉试件起裂韧度的解析表达式，进而建立了确定大坝混凝土起裂韧度的简化极值方法。该方法仅需断裂试验的峰值荷载，避开了传统试验中必须测量临界裂缝嘴张开位移值或粘贴应变片测量起裂荷载的方法，且无需进行复杂的数值积分运算。采用所提方法确定了不同尺寸与不同龄期的大坝混凝土起裂韧度值。进一步研究了不同裂缝张开位移形式对计算结果精度的影响，并与现有全级配大坝混凝土的起裂韧度确定方法进行了比较。研究结果表明：采用不同裂缝张开位移形式对起裂韧度结果无明显影响，即使采用最简单的线性形式，由简化极值模型仍能得到较精确的计算效果；基于简化极值法确定的起裂韧度值与试验应变测试方法、线性回归方法得到的结果对比较好，验证了所提方法与模型的合理性与适用性。
2018 Vol. 37 (6): 93-100 [
摘要
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101
配置碳纤维格栅的大保护层钢筋混凝土梁的裂缝试验研究
何化南，成丽娟，贡金鑫
DOI: 10.11660/slfdxb.20180611
为了解决水工结构中大保护层钢筋混凝土构件裂缝宽度较大、耐久性差的问题，提出了在保护层中配置纤维格栅，以降低裂缝宽度和改善其裂缝性能。共制作了12根大保护层钢筋混凝土梁进行四点弯曲试验，其中3根梁未配置碳纤维格栅、另外9根梁配有碳纤维格栅。试验研究了保护层厚度、纤维格栅尺寸、纤维格栅层数等参数对梁开裂过程中裂缝数量、裂缝间距和裂缝宽度的影响，然后在现有规范关于裂缝宽度计算理论的基础上，推导出配置纤维格栅的大保护层钢筋混凝土梁的裂缝宽度计算公式。试验结果表明，配置纤维格栅对限制大保护层钢筋混凝土梁的裂缝扩展具有良好效果，且随着纤维格栅网格尺寸的减小、层数的增加，梁的开裂荷载提高，且最大裂缝宽度和平均裂缝间距显著降低。提出的配置纤维格栅的大保护层钢筋混凝土梁的最大裂缝宽度验算公式的计算值与试验值吻合较好，为纤维格栅的应用提供设计依据。
2018 Vol. 37 (6): 101-111 [
摘要
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112
再生骨料对混凝土早龄期基本拉伸徐变的影响
黄海生，郑建岚，罗素蓉
DOI: 10.11660/slfdxb.20180612
通过再生混凝土早龄期基本拉伸徐变试验，研究品质不同的再生粗骨料、取代率不同的再生粗、细骨料和再生细骨料水洗预处理法对混凝土早龄期基本拉伸徐变的影响。试验结果表明：随着再生粗骨料、细骨料的取代率的增加，再生混凝土早龄期基本拉伸徐变随之增大；再生混凝土的早龄期基本拉伸徐变随再生混凝土中实际天然骨料体积含量的增大而减小；再生细骨料水洗预处理法降低了再生混凝土的早龄期基本拉伸徐变，降低幅度为4.1% ~ 7.9%。引入混凝土中实际天然骨料体积含量和再生细骨料取代率等参数，对现有的混凝土基本拉伸徐变预测模型M-Burgers进行修正，得到适用于再生混凝土早龄期拉伸徐变预测的模型。
2018 Vol. 37 (6): 112-120 [
摘要
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