水力发电学报
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2018年 37卷 12期
刊出日期：2018-12-25
当期目录
 
     
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1 基于应力与变形的混凝土破坏准则
朱贺，胡昱，李庆斌
DOI: 10.11660/slfdxb.20181201
混凝土破坏准则是混凝土材料和结构安全评价的重要判别手段。大坝混凝土承受长期复杂历时荷载作用，传统的最大应力、最大应变及能量准则针对徐变、疲劳、温度应力等复杂历时荷载的破坏判别具有局限性；为此需要建立一套适用评判复杂历时荷载作用的混凝土破坏准则。本文以能量原理为假设前提，推导了基于应力与变形的混凝土破坏判别准则，所建立准则具有胡克定律的一般表达形式。设计了混凝土、砂浆试件在不同试验龄期、不同试件尺寸、不同加载水平下的徐变破坏试验，对所建立准则进行了试验验证。结果表明，应力与变形准则针对历时加载，具有表达形式更简单、物理概念明确、利于推广应用等优点。
2018 Vol. 37 (12): 1-10 [摘要] ( 282 ) PDF (1430 KB)  ( 536 )
11 基于COSMO-SkyMed数据的水库边坡InSAR形变监测应用
朱茂，沈体雁，黄松，葛春青，白书建，胡琼
DOI: 10.11660/slfdxb.20181202
形变一直是评估水库边坡稳定性的重要指标。以2013—2016年内COSMO-SkyMed系统采集的SAR数据为输入，利用PSP-InSAR技术对深圳市长岭陂水库边坡开展了形变监测。在数据分析过程中，首先引入了形变随水位变化模型。接着，基于实测数据，全面对比了传统模型和本文提出的模型在提取水库边坡形变信息过程中的性能，并重点讨论了受水位变化影响较大区域的形变信息。然后，结合当地水准测量数据，评估了InSAR（合成孔径雷达干涉测量）技术的形变测量精度，并进一步讨论了两种模型在数据分析过程中的特点。分析结果证实，在水库边坡的形变分析过程中，应用本文提出的模型能从InSAR数据库中挖掘出更多的形变特征信息。
2018 Vol. 37 (12): 11-21 [摘要] ( 250 ) PDF (2478 KB)  ( 438 )
22 基于非一致融雪洪水的水库漫坝模糊风险分析
陈伏龙, 张鑫厚, 冯平, 何新林, 龙爱华
DOI: 10.11660/slfdxb.20181203
采用Pettitt非参数检验法和Mann-Kendall非参数趋势检验法分析肯斯瓦特水库入库年最大洪峰流量序列的非一致性，利用“分解-合成”理论对其进行了一致性修正，并通过基于直角梯形模糊数的风险分析法给出过去、现状两种条件下的水库漫坝模糊风险率。研究结果表明，年最大洪峰流量序列的变异点发生在1993年，序列整体上升变化趋势不显著，跳跃变异为其主要变异形式；在现状条件下不同截集水平 所对应的水库漫坝风险率区间上限估计值均较过去条件下的估计值要大，表明现状条件下融雪洪水受流域气温显著上升的影响，增大了水库漫坝失事的风险。结果可为有效利用汛期洪水资源、提高水库防洪效益、保障下游防护区的安全提供科学依据。 关键词：融雪洪水；非一致性；年最大洪峰流量；模糊风险率
2018 Vol. 37 (12): 22-32 [摘要] ( 189 ) PDF (1830 KB)  ( 345 )
33 基于相关系数的水文周期变异分级方法及验证
谢平，赵羽西，桑燕芳，吴子怡，顾海挺
DOI: 10.11660/slfdxb.20181204
周期成分是非一致性水文时间序列中的一种变异成分，对周期成分大小的定量描述与量化分级具有重要的现实意义。基于相关系数提出了一种周期变异程度分级方法，适用于可识别出简单周期成分的水文序列。首先通过计算水文序列和其含有的周期成分之间的相关系数，然后选定分级阈值，将周期变异程度划分为无、弱、中、强及巨变异5种等级。通过推导相关系数与周期成分半振幅之间的表达式，说明以相关系数作为分级指标的合理性，并分析各变量对相关系数求解结果的影响。将所提方法分别应用于人工生成序列和实测水文时间序列，结果显示该分级方法合理可靠，有助于理解和定量评估流域环境变化及其对水文过程的影响。
2018 Vol. 37 (12): 33-43 [摘要] ( 221 ) PDF (1036 KB)  ( 293 )
44 锦屏二级非常规洪水冲沙减淤优化调控研究
练继建，菅佳乐，徐奎，荣钦彪
DOI: 10.11660/slfdxb.20181205
泥沙淤积严重会影响水库正常运行，但汛期畅泄冲沙又会造成一定发电损失。针对人工泄水冲沙解决水库泥沙淤积问题，设计了一种非常规洪水冲沙方式，通过物理模型试验研究了对称非常规洪水与非对称非常规洪水输沙规律。结果表明，对于对称非常规洪水，平均流量相等条件下，输沙能力随着流量变幅的增大而增大；对于非对称非常规洪水，平均流量与峰流流量不变条件下，输沙能力随基流时长与峰流时长比值的减小而增大。并基于此建立了锦屏二级三维水动力泥沙数值模拟模型，设计了合理的非常规洪水冲沙方式，验证了非常规洪水对锦屏二级库区泥沙输移效果的优化。非常规洪水冲沙方式对解决水库泥沙淤积，节约冲沙用水量，达到经济最优有一定参考意义。
2018 Vol. 37 (12): 44-53 [摘要] ( 149 ) PDF (1916 KB)  ( 380 )
54 流域非点源污染模型及不确定分析方法研究进展
郝改瑞，李家科，李怀恩，李抗彬，杨柳
DOI: 10.11660/slfdxb.20181206
非点源污染模型是非点源污染量化的最直接有效的途径，利用模型进行模拟的过程中存在来自非点源污染本身、模型结构和参数以及数据来源等方面的误差，导致输出结果具有一定的不确定性。针对流域非点源污染模型和非点源污染的不确定性，归纳总结了具有代表性的流域非点源污染模型的结构特征、优势和局限性，以及非点源污染模拟的不确定性分析方法及其优缺点。根据模型在实际应用中存在的问题，后续应从非点源污染机理探索研发不同资料条件下的可靠性模型，并与水土保持等工程措施等相结合，提高模型的精度；目前非点源污染的不确定性更多的是研究单一因素影响下的不确定分析，未来可结合不同类型的分析方法进行模型结构优化，并根据具体问题寻找最适合的模型结构，综合研究多系统下的不确定性方法，为模拟结果提供全面的评估。
2018 Vol. 37 (12): 54-64 [摘要] ( 306 ) PDF (417 KB)  ( 656 )
65 淹没射流与水平旋流梯级内消能工的水力特性
牛争鸣，余聪，李奇龙，王天时，邓淯宸
DOI: 10.11660/slfdxb.20181207
为解决导流洞改建为单一内消能泄洪洞出现的空蚀问题，作用水头难以提高，运行方式和灵活性有限等工程实际问题，提出了一种新型“淹没射流与旋流梯级内消能工”。通过模型试验对其基本流态与水力特性进行量测和分析，结果表明：竖井水位是保证稳定运行的关键条件，当其高于射流尾水洞洞径的1.2倍后，各部分流态均趋于稳定；上游水位与下游水位均会影响竖井水位，其中上游水位影响更为显著；射流孔口和起旋器孔口的无量纲泄流量与其相对净作用水头均为线性增大关系；在射流段、水平旋流洞段与旋流阻塞扩散段，壁面压强沿程呈现出明显的分三段降低、各段稳定变化的特征。本文试验条件下，各段的最大压强水头差与总水头的比值分别为0.12、0.47和0.2，射流和旋流两级消能最大净作用水头占总水头的比例分别为0.13 ~ 0.15和0.59 ~ 0.80，最大孔口流速26.2 m/s，射流尾水和旋流扩散段的最大断面平均流速10.5 m/s，14.5 m/s，表明其具有良好的分级分段的消能特性，体型基本合理，但总作用水头尚有较大的提高余地，分级消能的比例尚需进一步优化。
2018 Vol. 37 (12): 65-74 [摘要] ( 159 ) PDF (1203 KB)  ( 313 )
75 植被群密度对河道水流紊动特性影响的试验研究
焦军丽，王丹，李文奇，杨克君，彭清娥
DOI: 10.11660/slfdxb.20181208
为探讨植被群密度对河道水流紊动特性的影响，试验设置了8组不同密度的植被群，用均匀圆柱形竹签模拟非淹没的刚性植被，采用ADV测量三维瞬时流速。通过对比分析，发现植被群下游紊流结构分布有较大变化。在植被群末端，紊动能横向分布随着植被群密度的增大表现为两种形式，低密度时趋向于波峰状，高密度时则在植被群左右两端各有一个波峰；在植被群后紊动能的纵向分布中，沿程表现为“波峰-波谷-波峰”状分布，随着密度的增加，紊动峰值之间的距离缩短，且两个波峰表现出不同的变化趋势。植被群末端紊动增强，在紊动强度的垂向沿程分布中，植被群越密，下游紊动强度的波动越大，并在尾部出现翘曲的现象，当密度达到一定程度时，弯曲度趋于稳定。
2018 Vol. 37 (12): 75-84 [摘要] ( 221 ) PDF (423 KB)  ( 469 )
85 围填海区域泵站群规模配置与渠网布置研究
马超，夏金金，徐嘉，许红师
DOI: 10.11660/slfdxb.20181209
针对围填海区域排涝需求，提出了综合考虑渠网特性、涝水过程及泵站空间位置的泵站群规模配置方法，并分析了渠网布局、泵站规模同区域特征的关系。临港工业区实例应用结果表明：（1）与对照方案相比，采取泵站群规模配置方法能有效降低泵站群总规模，同时减少水泵启闭次数。（2）渠网布局同区域特征存在明显的耦联关系。当形状系数超过临界形状系数时应采取三横四纵渠道布局方案，反之应采取两横四纵渠道布局方案。研究成果可为围填海区域排涝系统建设提供参考。
2018 Vol. 37 (12): 85-93 [摘要] ( 187 ) PDF (665 KB)  ( 203 )
94 基于接触力学的堰塞坝防渗墙应力变形分析
王伟，殷殷，潘洪武，张丙印
DOI: 10.11660/slfdxb.20181210
不同物体间的接触是一种强非线性问题。近年来，计算接触力学得到快速发展，并逐步被应用于岩土工程领域。文章以红石岩堰塞坝三维应力变形分析为例，介绍了计算接触力学方法及其在混凝土防渗墙应力变形分析中的应用。分析结果表明，计算接触力学方法具有处理非协调网格的能力，可很好地描述防渗墙与周围堰塞体之间的滑移和脱开等非连续变形现象，计算所得防渗墙应力分布合理且稳定，未发生异常波动或振荡等现象，说明计算接触力学方法对于该类接触问题具有很好的适用性。
2018 Vol. 37 (12): 94-101 [摘要] ( 235 ) PDF (1100 KB)  ( 475 )
102 基于排雨管道的雨水分段蓄能发电系统
于佳鑫，杨昊晟，王文娥，李炳辉，杨坤
DOI: 10.11660/slfdxb.20181211
为充分利用汇集在建筑物顶部雨水所具有的势能，设计了由弃流净化装置和蓄水发电装置组成的雨水分段蓄能发电系统。基于虹吸原理，具有将排雨管中的雨水先蓄后放、蓄能发电的功效；依据伯努利方程建立了虹吸管内雨水的瞬时流速、流量、功率和流经时间与水头的函数关系；以最大瞬时功率为目标函数、最大真空值为约束条件，对η型虹吸管几何参数进行优化分析，筛选出19组高度尺寸组合，再以单位长度内一次蓄放水发电产生的能量最多为优化目标，确定最佳组合为（4.5，6.0）。通过物理模型实验，证明雨水蓄能发电系统能达到设计要求，并建立了该系统单个蓄水发电装置一次蓄、放过程的发电量公式。论文研究的内容及研制的实验装置对于利用雨水蓄能发电的进一步研究具有一定的指导意义。
2018 Vol. 37 (12): 102-111 [摘要] ( 235 ) PDF (1149 KB)  ( 378 )
112 基于增强VMD相关分析的水电机组摆度信号降噪
付文龙，李雄，邹祖冰，陈铁，谭佳文
DOI: 10.11660/slfdxb.20181212
为有效提升强背景噪声与复杂电磁干扰下水电机组摆度信号的分析精度，研究提出了一种基于增强VMD相关分析的摆度信号降噪方法。首先对摆度信号构造Hankel矩阵并进行奇异值分解，进而基于均值滤波策略筛选有效奇异值，求得Hankel估计矩阵并反向重构信号，实现低频段信号增强；再利用变分模态分解将重构信号分解为系列模态分量，并分别进行自相关分析，求得归一化自相关函数及对应的能量集中度指标；最后基于能量集中度选择有效分量进行特征信号重构，最终得到降噪后的摆度信号。通过仿真分析与电站实测振摆信号降噪验证，证明了所提方法具有较好的降噪性能。
2018 Vol. 37 (12): 112-120 [摘要] ( 174 ) PDF (668 KB)  ( 463 )
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