水力发电学报

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2019年 38卷 10期刊出日期：2019-10-25

	1	考虑围岩传热的深埋引水隧洞TBM施工通风模拟
		王晓玲, 禹旺, 刘长欣, 吕明明, 胡连兴
		DOI: 10.11660/slfdxb.20191001
		深埋引水隧洞的储热作用及TBM施工过程中的围岩散热导致通风降温除尘十分困难。相关研究仅考虑了隧洞壁面与风流的热交换作用，而忽略了围岩内部热传导的影响；同时，目前有关围岩温度场的研究大多将岩石导热系数视为围岩导热系数，忽略了裂隙填充介质对围岩传热的影响。针对以上两方面的问题，提出基于多边形离散裂隙网络模型的围岩等效导热系数分形分析方法；进而建立综合考虑围岩内部热传导和隧洞壁面与风流的对流热交换的深埋引水隧洞TBM施工通风Euler-Lagrange两相流数学模型。结合实际工程的分析表明该工程围岩等效导热系数为0.47 W/(m?K)，远低于岩石导热系数3 W/(m?K)。将本模型和传统模型的模拟结果与实测数据进行对比，验证了本模型的准确性、一致性和有效性。研究结果可为相关深埋引水隧洞TBM施工通风提供理论指导。
		2019 Vol. 38 (10): 1-13 [摘要] ( 157 ) PDF (4313 KB) ( 699 )

	14	自然潮差下粉煤灰混凝土氯离子扩散性能时变性
		高延红, 周晓芸, 吕萌, 章玉容, 张俊芝
		DOI: 10.11660/slfdxb.20191002
		基于自然潮差环境下的现场暴露试验，研究了粉煤灰掺量对混凝土氯离子扩散性能及其时变性的影响。测试了4个暴露时间后，粉煤灰掺量分别为水泥质量的0%、20%、30%、40%和50%的混凝土内的自由氯离子浓度，同时用MIP法测试了试验混凝土的孔隙率；根据Fick第二定律，计算得到粉煤灰混凝土的氯离子表观扩散系数，并基于其表观扩散系数分析了混凝土的氯离子即时扩散系数，建立了粉煤灰掺量与混凝土氯离子扩散系数的时间衰减系数的关系模型；最后以实测试验混凝土氯离子浓度验证了氯离子即时扩散系数的时变模型。结果表明，混凝土的氯离子表观扩散系数及即时扩散系数均随暴露时间延长和粉煤灰掺量的增大而减小；混凝土氯离子即时扩散系数的时变性表明，粉煤灰混凝土的前期抗氯离子能力较强，后期逐渐减弱；混凝土氯离子扩散系数的时间衰减系数均随着粉煤灰掺量的增加而逐渐增大，氯离子即时扩散系数的时间衰减系数在暴露360 d后基本趋于稳定；基于暴露360 d后得到的混凝土氯离子即时扩散系数时变模型能较准确地预测混凝土中自由氯离子浓度。
		2019 Vol. 38 (10): 14-23 [摘要] ( 181 ) PDF (1429 KB) ( 429 )

	24	不同温度条件下水工沥青混凝土动态抗压特性研究
		宁致远, 刘云贺, 薛星
		DOI: 10.11660/slfdxb.20191003
		为研究水工沥青混凝土动态力学性能，对水工沥青混凝土在不同温度条件下进行了动态抗压试验。试验结果表明：水工沥青混凝土的破坏模式具有显著的应变率效应，应变速率为10-5/s和10-4/s时，破坏模式主要为黏结破坏；应变速率为10-3/s和10-2/s时，破坏模式主要为黏结破坏和骨料开裂。温度对试件应力应变特性有显著影响，当应变速率不小于10-4/s时，-5℃和0℃时试件呈现应变软化现象；5℃时应变软化逐渐向应变硬化转变。当温度恒定时，水工沥青混凝土的吸能能力、弹性模量、抗压强度随应变速率增加而增加。对弹性模量和抗压强度的动态增强因子进行分析，给出了水工沥青混凝土在不同温度条件下弹性模量动态增强因子随应变速率变化的经验公式，非线性单轴动态强度S准则较好地反映了水工沥青混凝土在地震响应速率下动态抗压强度的增长特性。
		2019 Vol. 38 (10): 24-34 [摘要] ( 212 ) PDF (1519 KB) ( 404 )

	35	城市化对济南小清河流域产汇流的影响研究
		赵彦军, 徐宗学, 赵刚, 程涛, 常晓栋, 谭秋阳
		DOI: 10.11660/slfdxb.20191004
		快速城市化背景下，流域产汇流特性发生改变，城市洪涝灾害问题日趋严重。为揭示城市化引起的土地利用变化对城市产汇流的影响，本文以济南市小清河流域为研区，分析了该流域2000—2017年土地利用变化，并构建不同城市化条件下的暴雨洪水管理（SWMM）模型，通过设置多种暴雨重现期情景，模拟不同城市化条件下的洪水过程并定量分析其变化特征。研究结果13表明：2017年地表径流量和下渗量分别是2000年的1.42倍和1/2，径流系数从2000年的0.56提高到2017年的0.79，洪峰流量从285.7 m3/s提高到311.7 m3/s，城市化对暴雨洪涝过程有明显的放大作用；常遇暴雨下2017年峰现时间比2000年提前，稀遇暴雨下相近。
		2019 Vol. 38 (10): 35-46 [摘要] ( 190 ) PDF (2337 KB) ( 545 )

	47	基于结构方程模型的水库多目标互馈关系研究
		王丽萍, 阎晓冉, 马皓宇, 李宁宁, 俞洪杰, 纪昌明
		DOI: 10.11660/slfdxb.20191005
		梯级水库多目标问题涉及的因子集维度较高，目标间关系错综复杂，传统统计学方法难以同时考虑各目标所涉及的不同指标，对于互馈关系仅可给出定性分析。针对此问题，本文建立梯级水库发电-供水-生态多目标优化调度模型，采用快速非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）求解，并提出三者间互馈关系的初步假设，进而引入结构方程模型（SEM），以非劣解集内各指标值作为输入数据，进行高维验证性因子分析，针对目标间互馈关系给出可视化、定量化的计算结果。溪洛渡-向家坝梯级水库的研究结果表明，在丰、平、枯不同典型年中发电-供水的冲突最剧烈，其次为发电-生态，而供水-生态的互馈关系并不显著；另外，随着天然来流由丰变枯，发电-供水矛盾急剧锐化。
		2019 Vol. 38 (10): 47-58 [摘要] ( 171 ) PDF (1245 KB) ( 525 )

	59	砾石对关中塿土工程堆积体产流产沙的影响
		速欢, 王文龙, 康宏亮, 郭明明, 白芸, 李建明, 聂慧莹, 纪丽静
		DOI: 10.11660/slfdxb.20191006
		为研究砾石对关中平原地区工程堆积体边坡径流产沙规律，采用室内人工模拟降雨试验方法，以关中塿土土质（无砾石）堆积体边坡为对照，研究1.0、1.5、2.0和2.5 mm?min-1雨强下10%、20%和30%砾石质量分数工程堆积体边坡径流产沙特征及水沙关系。结果表明：①径流率、流速与砾石质量分数相关性均不显著（P > 0.05），与雨强显著相关（P < 0.05）。②1.0 ~ 2.5 mm?min-1雨强时，次降雨产沙量随砾石质量分数增加呈显著的幂函数形式减小；各砾石质量分数堆积体产沙量较土质堆积体分别减少17.1% ~ 67.5%、13.8% ~ 81.1%和25.5% ~ 92.0%。③雨强< 2.5 mm?min-1时，水沙累积曲线由极显著线性特征转变为极显著幂函数形式（P < 0.01）。结果可为关中地区工程堆积体水土流失预测和防治提供理论依据。
		2019 Vol. 38 (10): 59-74 [摘要] ( 132 ) PDF (538 KB) ( 380 )

	75	入库径流预报误差随机模型及其应用
		纪昌明, 梁小青, 张验科, 刘源
		DOI: 10.11660/slfdxb.20191007
		为了在量化入库径流预报误差的条件下有效提高调度方案制作的精度，基于高斯混合模型（GMM）良好的自适应性，能更准确地描述单一预见期径流预报误差分布的特点，以及高维meta-student t Copula函数具有将多个类型边缘分布有机耦合的优势，建立了多个预见期入库径流预报误差的GMM-Copula随机模型。以雅砻江流域锦屏一级水电站水库为例，对预见期分别为6 h、12 h、18 h、24 h的入库径流预报误差进行了分析与随机模拟。结果表明，随着预见期的增加，模拟误差与实际误差的主要统计特征值相差不大，满足预设精度要求，且变化规律一致，验证了模型的可行性与有效性，为水库调度方案的编制与实施提供了参考依据。
		2019 Vol. 38 (10): 75-85 [摘要] ( 180 ) PDF (862 KB) ( 665 )

	86	明槽交汇区污染物浓度场分布规律研究
		陈凯霖, 冯民权, 张涛, 滕素芬
		DOI: 10.11660/slfdxb.20191008
		明槽交汇水流存在于很多水力系统中，交汇区水流结构十分复杂，对干、支流交汇浓度场的研究具有重要意义。本文采用能突破空间单点流速测量局限的PIV技术，观测在不同交汇角及污染物浓度等条件下非对称型交汇明槽的污染物扩散情况，分析污染物浓度场的分布规律。试验结果表明，支槽来水刚汇入主槽水体时，交汇区的表层污染物的扩散较其他水平面更为均匀，但随着两种水体不断混合，其他水平面的污染物比表层污染物混合得更加均匀。交汇角越小，使得支流中污染物进入主流后在交汇口下游支流侧形成较长的污染带；相反交汇角越大，形成的污染带在横向偏移上越突出；污染物浓度越大也会使得污染带变长。污染物浓度的变化对混合层的位置及宽度影响较大。PIV技术能良好地观测交汇区污染物扩散规律，可应用于明槽交汇区的浓度场试验研究。
		2019 Vol. 38 (10): 86-100 [摘要] ( 145 ) PDF (1757 KB) ( 411 )

	101	低气压环境中的挑流水舌动水压强实验研究
		练继建, 董照, 刘昉, 刘丹
		DOI: 10.11660/slfdxb.20191009
		随着我国高坝建设的发展，西部高海拔地区低气压环境下的高速水流特性对高原建坝提出了新的挑战。本文采用实验的方法来研究环境气压变化对水舌挑距和水垫塘内动水压力特性的影响，为高海拔地区建坝提供技术指导。研究发现减压使水垫塘中的动水压强增大，气压降低10 kPa，时均压强最大可达3.9%，脉动压强最大可达5.5%；同时在低气压环境中水舌的挑距受到水舌在空中掺气扩散的影响，由于模型和原型相似律的原因，空气阻力对水舌挑距的影响在模型和原型中有所不同，但环境气压降低，空气密度和空气阻力减小，水舌在空中的掺气也会减少，即水舌扩散程度降低，低气压下水舌更加集中。
		2019 Vol. 38 (10): 101-110 [摘要] ( 185 ) PDF (867 KB) ( 503 )

	111	无储沙坑吹填施工中的抛沙流失问题
		庄福来, 张纪祥, 郝宇驰, 冒小丹, 章云
		DOI: 10.11660/slfdxb.20191010
		港口建设和围海造地等大型近岸工程中，储沙坑在疏浚吹填施工过程中起到了临时堆放和掩护吹填沙的作用。然而，现场工况及施工期等条件会限制储沙坑的设置。目前，对于无储沙坑条件下的泥沙流失过程和机理以及流失量的估算，尚未有相关的研究和经验。本文以古雷增填沙工程为例，采用施工过程现场观测和典型工况数值模拟相结合的方法研究了无储沙坑吹填施工中的储沙流失问题。根据结果显示，无储沙坑条件下抛沙施工中泥沙的流失主要发生在堆沙阶段，数值模拟和现场观测结果所得到的流失率均在14% ~ 16%之间。本文结果可为今后应用数学模型和现场观测手段在其他形式的无储沙坑吹填施工中的抛沙流失问题提供科学的借鉴意义。
		2019 Vol. 38 (10): 111-120 [摘要] ( 215 ) PDF (3235 KB) ( 456 )

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