水力发电学报

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2019年 38卷 9期刊出日期：2019-09-25

	1	特约论文：土−结构动力相互作用远场问题数值分析方法综述 ^Hot!
		宋崇民, 渠艳龄, 刘磊, 陈灯红
		DOI: 10.11660/slfdxb.20190901
		土-结构动力相互作用（dynamic soil-structure interaction，DSSI）是结构动力分析中重要的研究分支。随着计算机技术和数值技术的发展，数值方法得到越来越广泛的应用。在采用数值方法解决土?结构动力相互作用问题时，常通过直接法或子结构法将开放的无限域体系转化成封闭的有限区域，并引入适当的人工边界来模拟无限土域对近场研究对象的影响。对近场的研究可涉及非线性问题，而远场问题的难点包括满足无穷远处的辐射条件和外源的动力输入。针对不同的问题，适用的数值方法不尽相同。本文就土?结构动力相互作用远场问题中作者认为常用的数值方法进行归纳总结。
		2019 Vol. 38 (9): 1-17 [摘要] ( 358 ) PDF (574 KB) ( 1092 )

	18	基于新型TMD的水电站厂房结构振动控制研究
		钟腾飞, 冯新, 周晶
		DOI: 10.11660/slfdxb.20190902
		机组振动通常引起水电站厂房结构高阶模态共振，威胁水电站安全。针对水电站厂房结构较高阶模态振动问题，提出了基于调谐质量阻尼器（TMD）的振动控制方法，并设计了一种新型高频TMD控制器，开展了2层钢框架减振试验，研究其在高频简谐激励和窄带扫频激励下的减振效果。结果表明：新型TMD控制器能有效控制结构较高阶模态，其中附加TMD-3作用下的振动控制效果最好，结构顶层峰值加速度衰减率达到94.12%，一层峰值加速度衰减率达到95.55%；当TMD调谐频率偏离结构较高阶模态时，减振效果逐渐减小，但仍呈现出较好的减振效果，说明新型TMD调谐频率更宽，具有一定鲁棒性；当激励频率变宽时，随着调谐频率接近受控频率，减振效果最佳，但偏离受控频率时，鲁棒性变差。
		2019 Vol. 38 (9): 18-28 [摘要] ( 177 ) PDF (954 KB) ( 400 )

	29	拱坝横缝的张开温度及其应用
		李庆斌, 马睿, 朱贺, 汪志林, 陈文夫, 杨宁, 胡昱
		DOI: 10.11660/slfdxb.20190903
		拱坝横缝工作性态是评价大坝全生命周期性能的重要组成部分，利用温度值对其特性开展研究并实现对其控制，具有重要的实际价值。本文通过分析实际工程数据，总结了拱坝横缝随坝块混凝土内部温度变化的规律。定义了拱坝横缝的张开温度并推导了其计算方法，阐述了横缝张开温度在实际工程中的具体应用。结果表明：横缝张开温度可作为判断横缝工作性态的重要指标，并以此为依据为工程提供个性化优化措施，达到精准控制横缝张开时机及张开量的目的。
		2019 Vol. 38 (9): 29-36 [摘要] ( 249 ) PDF (1232 KB) ( 554 )

	37	单掺黏土的塑性混凝土配合比试验研究
		王协群, 鲍晓煜
		DOI: 10.11660/slfdxb.20190904
		针对设计方提供的塑性混凝土的性能要求，采用工程类比法，设计了22组配合比进行塑性混凝土力学性能试验，以立方体抗压强度、弹性模量、三轴抗压强度和渗透系数为评价指标，着重研究了单掺黏土条件下塑性混凝土配合比的设计及原材料、龄期对塑性混凝土性能的影响，结果表明单掺黏土的配合比方案能够满足工程要求。当黏土含量在一定范围内（小于80 kg/m3）时，塑性混凝土强度随着黏土含量增加而减小，弹性模量随着黏土含量增加而增大。当黏土含量高于80 kg/m3后，黏土含量继续增加，塑性混凝土强度变化不明显，弹性模量在一定范围内波动；塑性混凝土强度和弹性模量与水泥含量呈明显正相关关系，与膨润土含量呈负相关关系；在三轴围压条件下，两组优选配合比90 d龄期相对28 d龄期抗压强度平均增长19%；90 d龄期渗透系数相对28 d龄期渗透系数有所减小。
		2019 Vol. 38 (9): 37-43 [摘要] ( 177 ) PDF (408 KB) ( 412 )

	44	柴达木盆地土地利用/覆被综合指数评价
		徐国印, 王忠静, 胡智丹, 张金旭
		DOI: 10.11660/slfdxb.20190905
		基于欧洲空间局气候变化项目土地覆被产品（ESA-CCI-LC）的柴达木盆地2000、2005、2010、2015年四期土地利用/覆被数据，计算其时空变化的转移矩阵和转移方向，提出土地开发利用等级指数。结果表明：柴达木盆地主要土地利用类型为草地和未利用地，面积占比为51.6%和44.9%，水域、耕地和林地占比依次减小，居民用地占比最小；研究期内耕地、草地和居民用地持续增加，未利用地持续减少，草地和未利用地之间相互转化程度最高，且主要发生在盆地西南部和祁连山区。柴达木盆地土地开发利用综合指数持续增加，表明土地利用类型不断向开发利用等级高的方向转化但变幅不大；盆地土地利用总体稳定、局部转化剧烈。本研究可为土地资源评价和土地利用规划及可持续发展提供参考。
		2019 Vol. 38 (9): 44-55 [摘要] ( 208 ) PDF (4426 KB) ( 485 )

	56	考虑滑坡堵江坝溃决影响的水库溃坝风险
		李平, 黄跃飞, 于海莹, 李兵
		DOI: 10.11660/slfdxb.20190906
		为研究滑坡堵江坝溃决后对下游水库溃坝的影响，主要采用贝叶斯网络方法，融合蒙特卡洛模拟，推求天然洪水与滑坡堵江坝溃决洪水组合作用下引发水库溃坝的条件概率，以此评估水库溃坝风险。实例应用表明：天然洪水导致猴子岩水库溃坝的条件概率较小，即水库溃坝风险较低；猴子岩水库在正常蓄水位时，堵江坝溃决洪水引发水库溃坝的条件概率超过0.3；天然洪水叠加堵江坝溃决洪水后，猴子岩水库溃坝风险增大几万倍。
		2019 Vol. 38 (9): 56-63 [摘要] ( 160 ) PDF (437 KB) ( 632 )

	64	考虑动态洪水预见期的水库运行水位动态控制
		张验科, 张佳新, 俞洪杰, 纪昌明
		DOI: 10.11660/slfdxb.20190907
		为了在合理评估防洪风险的条件下提高洪水资源利用率，以潘口水库为算例，首先考虑为下游水库预留的防洪库容具有重叠使用的空间，对其汛期运行水位值进行了优化；其次利用预报预泄法建立模型，推求汛期运行水位动态控制域的上限值；最后重点考虑洪水预见期的动态变化，求解基于风险分析的动态控制域。计算得出，水库汛期运行水位可由原来的347.60 m提高至350.50 m，考虑洪水预见期的变动区间为[3, 6] h，以0.5 h为间隔，最终求得的汛期运行水位动态控制域为[350.50, 351.40] m，相应的发电效益可以分别提高0.19亿kW?h至0.25亿kW?h。结果表明，在综合考虑防洪安全与兴利蓄水的条件下，依据所提出的方案对潘口水库进行汛期运行水位动态控制是合理可行的。
		2019 Vol. 38 (9): 64-72 [摘要] ( 223 ) PDF (378 KB) ( 505 )

	73	基于WRF湖泊模型的糯扎渡水库未来水温模拟
		王福山, 孙挺, 朱德军, 卢吉, 倪广恒
		DOI: 10.11660/slfdxb.20190908
		水库水温对河流水生态环境以及局地气候有重要影响。未来气候变化背景下，水库水温的响应受到国内外关注。本文以气候模式WRF中的湖泊模型为基础，对未来气候态下（RCP2.6、RCP8.5）糯扎渡水库水温变化趋势进行模拟。研究发现，不同未来气候态下，糯扎渡水库水温均呈现上升趋势，且表层水温比深层水温对气候变化的响应更显著。本世纪末水库表层水温上升幅度在4 °C以内，深层水温上升0.8 °C左右。
		2019 Vol. 38 (9): 73-82 [摘要] ( 270 ) PDF (3150 KB) ( 380 )

	83	基于谱元法的三维欧拉-拉格朗日浅水模型
		杨飞, 傅旭东
		DOI: 10.11660/slfdxb.20190909
		基于欧拉-拉格朗日法（Eulerian-Lagrangian method，ELM）计算对流项的三维水流数学模型，大时间步长计算仍保持稳定，但空间线性插值计算会产生附加数值阻力，限制了该类模型在河流工程中的应用。谱元法（spectral element method，SEM）是一种适合复杂区域计算的高阶数值方法。本文引入谱元法，将垂向线性插值改为多项式插值，构建了新的欧拉-拉格朗日法三维浅水流动数值模型。通过顺直明渠的算例分析表明，新三维模型结合了欧拉-拉格朗日法与谱元法的优点，时间步长能突破柯朗数的限制，同时消除了经典欧拉-拉格朗日法的数值阻力，计算精度有数量级的提高。
		2019 Vol. 38 (9): 83-90 [摘要] ( 196 ) PDF (1407 KB) ( 319 )

	91	半潜式多浮体波浪能发电装置的水动力性能分析
		胡缘, 杨绍辉, 何宏舟, 陈沪, 郑松根, 张迪
		DOI: 10.11660/slfdxb.20190910
		为缓解能源危机及环境恶化，加大对可再生能源的开发利用，本文将点吸收式与筏式波浪能转换技术相结合，提出一种半潜式多浮体波浪能发电装置。该装置主要由中央漂浮平台、振荡浮子、液压系统及驱动臂组成，将多个振荡浮子布放于海面上并采集波浪能。为了提高装置的波浪能采集效率，利用AQWA水动力仿真软件对波浪能发电装置进行建模仿真分析，改变模型中浮子的质量、尺寸及结构等参数进行频域计算并分析单个浮子的频域响应；同时对单个浮子及装置整体在波高为1 m，波浪周期分别为5 s和3 s的海况下的时域响应特点进行分析。结果表明：浮子吃水部分的几何形状对于浮子附加质量及波浪激励力影响较大；同时当浮子的直径为2 m且浮子结构为圆柱形时，浮子的垂荡振幅更大，说明在波浪频率较低时更有利于最大限度地捕获波浪能，提升装置整体效率；而对于波浪频率较高海域，应当适当增加浮子直径，减轻浮子重量，采用圆锥形浮子，从而更有利于浮子捕获波浪能。采用最优浮子结构后，装置的波浪能捕获宽度比提升约95%，说明选用合适的浮子结构能够有效地提升装置的波浪能采集效率。
		2019 Vol. 38 (9): 91-101 [摘要] ( 508 ) PDF (1169 KB) ( 815 )

	102	尾水连接管对抽蓄电站相继甩负荷工况影响
		陈洪春, 骆晓锋, 杨秀维, 俞晓东, 樊红刚
		DOI: 10.11660/slfdxb.20190911
		抽水蓄能电站多采用一洞多机的输水系统布置型式，运行过程中会出现相继甩负荷工况，导致尾水管内产生负压，可能出现液柱分离及弥合水锤现象。本文建立了含尾水连接管的抽水蓄能电站过渡过程数学模型，结合厦门抽水蓄能电站，分析了设置尾水连接管对抽水蓄能电站相继甩负荷工况尾水管进口最小压力的改善作用机理，并研究了不同连接管管径对过渡过程控制参数的影响。结果表明：尾水连接管的设置可有效增大相继甩负荷工况下后甩机组尾水管进口最小压力，同时增大尾水连接管管径可以增大尾水连接管内水流对于两端压力差的敏感性，对两侧尾水管的压力平衡作用越明显，对后甩机组尾水管进口最小压力的改善作用更加显著。
		2019 Vol. 38 (9): 102-110 [摘要] ( 233 ) PDF (951 KB) ( 474 )

	111	抽水蓄能电站输水系统水力振荡可能性分析
		刘紫蕊, 杨峰, 程永光, 王其
		DOI: 10.11660/slfdxb.20190912
		抽水蓄能电站输水系统布置复杂，机组工况多且转换频繁，因水泵水轮机不稳定流动导致输水系统振荡甚至产生共振的可能性较大。本研究旨在分析水泵水轮机各种不稳定因素与输水系统发生共振的可能性。首先总结了水泵水轮机尾水管涡、旋转失速等不稳定流动的发生工况和频率范围；其次以某抽水蓄能电站为例，采用传递矩阵法计算输水系统自振频率特性，发现尾水管涡和旋转失速频率与系统频率重叠，有引起共振可能性；进一步以尾水管涡扰动作为振源对输水系统进行强迫振荡分析，得出系统沿线的压力振荡幅值分布。研究表明，尾水涡带和旋转失速最可能导致系统水力共振，某些电站出力波动可能与此有关；S区振荡也可能引起强烈的水力振荡，造成机组过渡过程事故；动静干涉、卡门涡是高频振动，主要影响水轮机压力脉动，可导致转轮结构共振和破坏，与输水系统共振的可能性小。
		2019 Vol. 38 (9): 111-120 [摘要] ( 242 ) PDF (1176 KB) ( 574 )

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