水力发电学报
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2019年 38卷 11期
刊出日期：2019-11-25
1
基于特征点匹配的室内表面流场快速测量系统
曹列凯, Detert Martin, 李丹勋
DOI: 10.11660/slfdxb.20191101
为提升室内模型试验表面流场测量的计算效率，建立了基于图像特征点匹配的模型试验表面流场快速测量系统。该系统由摄像机、示踪粒子和测速软件组成，试验中首先投掷示踪粒子并采集试验视频，然后导入测速软件进行图像预处理和基于图像特征点匹配算法的快速测流计算并实时展示瞬时流场，最终输出原型尺度的时均流场及流线图。该系统应用于堰坝水闸工程模型试验和泄洪洞射流模型试验，系统自动化程度高，计算效率高，应用场景适应性强；输出的流场具有高时空间分辨率，精度与PIV相当，可真实反映出试验工况下表面水流特性。
2019 Vol. 38 (11): 1-8 [
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9
泄洪雾化危害的治理方案研究
练继建, 何军龄, 缑文娟, 冉聃颉, 王畅
DOI: 10.11660/slfdxb.20191102
挑流泄洪引发的强降雨及雾流灾害对周围建筑物安全及周边生态环境影响巨大，建筑物应尽可能避免布置在暴雨区（降雨强度S ≥ 10 mm/h）内。本文针对纳子峡水电站在泄洪期间电站厂房处于暴雨区的情况，利用水力学模型试验对溢洪道的挑坎体型进行优化研究，通过对比不同挑坎体型挑流水舌的挑高、挑距、入水宽度、下游河床冲刷形态、水舌风以及溅水量等参数指标，得出以50°挑角左侧边墙加扭面贴角挑坎体型为推荐体型，进一步对比了原体型和推荐体型各参数指标在不同工况下的变化规律。试验结果表明：相比其他体型，推荐体型挑流水舌沿轴线整体向右侧偏移，电站厂房尾水上游边坡溅水情况改善明显；各工况下，推荐体型厂房尾水上游边坡的溅水量及厂房尾水附近水舌风的抑制均明显优于原体型。
2019 Vol. 38 (11): 9-19 [
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20
基于非线性理论的推移质输沙率公式
许晓阳, 张根广, 周双, 王愉乐, 陈学彪, 刘余
DOI: 10.11660/slfdxb.20191103
基于非线性理论的尖点突变模型，分析了水流条件和泥沙颗粒在床面相对位置对泥沙输移过程的非线性动力学特征的影响，得到尖点突变模型的状态变量和控制变量，建立了定性描述泥沙输移的尖点突变模型，并通过坐标变换和拓扑变换，构建了非线性推移质输沙率公式。经与推移质输沙率实测资料、基于同理论推移质输沙率公式和经典推移质输沙率公式对比，分析了低强度输沙时不同公式计算结果存在差异和高强度输沙时计算精度发生突变的原因，讨论了泥沙起动切应力对输沙率公式的影响，验证了本文公式具有良好的适用性，证明了本文非线性推移质输沙率公式是合理的。
2019 Vol. 38 (11): 20-28 [
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29
漫滩洪水中不同房屋分布的阻力特性研究
果鹏, 夏军强, 张晓雷
DOI: 10.11660/slfdxb.20191104
漫滩洪水是威胁滩区居民生命财产安全的一种主要自然灾害，村庄等微地貌直接影响洪水演进过程，故采用概化物理模型和数值模拟的方法研究滩区房屋分布的阻力特性。以黄河下游兰考东明滩区地形为参考，修建概化滩区的物理模型，研究主槽4种不同进口流量下，房屋呈4种不同排列方式及4种迎流角度条件下，房屋试验区水流的变化情况。试验结果显示随主槽进口的流量增大，房屋试验区四周的水深呈非线性增加；房屋试验区房屋呈不同排列方式时，模型试验区形成的局部阻力不同。然后采用数学模型计算典型工况的洪水演进过程，水位的计算值与实测值符合较好，模型具有较好的计算精度。最后采用加大糙率法计算溃堤水流演进过程，发现以曼宁系数取0.05、0.08、0.12和0.16分别代表房屋以3×3、4×4、5×5及交错排列情况下的综合阻力时，计算得到水深、水跃位置与模型试验结果基本一致。研究结果将为房屋合理布局，减少漫滩洪水淹没损失提供参考依据，亦可用于检验水动力学模型的计算精度。
2019 Vol. 38 (11): 29-39 [
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40
电价与电量结合的龙头电站效益补偿机制研究
何勇, 王静, 刘兴举, 李刚, 项华伟
DOI: 10.11660/slfdxb.20191105
本文构建了以梯级发电量最大为目标的效益补偿模型，模型考虑梯级引水损失流量，以梯级水位组合为基本计算单元，采用逐步优化算法与离散微分动态规划算法的改进耦合算法进行求解，在量化引水工程对发电效益造成影响的基础上得出龙头电站补偿效益，基于经营期上网电价测算流域受益电站不同电量返还比例下的龙头电站电价，提出了电价-电量相结合的发电效益补偿方法，形成了相应的流域龙头电站效益补偿机制。乌江流域梯级电站的工程应用实例表明，本文方法能够量化引水工程对发电效益的影响，并合理测算流域龙头电站的补偿效益，一定程度上可协调梯级上下游电站间的利益矛盾。
2019 Vol. 38 (11): 40-48 [
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49
分布式降雨输入与汇流模拟对洪峰计算的影响
黄鹏年, 李致家
DOI: 10.11660/slfdxb.20191106
3000 km2以下中小流域洪水灾害是当前洪涝灾害防治的薄弱环节，提高洪峰预报精度、降低不确定性是当务之急。论文以伊河河源地区东湾流域为例，基于新安江模型和蒙特卡洛抽样方法，通过集总式、降雨集总–汇流分布式、降雨分布–汇流集总式和降雨分布–汇流分布式4种方式，研究降雨分布式输入与汇流分布式模拟对洪峰精度和不确定性的影响。结果表明：（1）降雨分布式输入总体上能够提高洪峰精度，但对于某些降雨空间分布极端不均的洪水，则会扩大洪峰误差；（2）降雨分布式输入使新安江模型汇流参数相互独立，扩大了洪峰计算的不确定性；（3）汇流分布式模拟总体上能够减小洪峰计算的不确定性。研究结果为中小河流洪水预报提供了有益的参考。
2019 Vol. 38 (11): 49-57 [
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58
基于多项式正态变换的年径流频率计算研究
陈得方, 宋松柏
DOI: 10.11660/slfdxb.20191107
水文设计值精度直接影响到工程规模的确定。应用多项式正态变换（PNT）法推求给定频率的设计值（分位数），提高水文频率计算精度。采用蒙特卡洛法进行模拟试验，对比分析三阶多项式系数的矩（PM）法、L-阶线性矩（LM）法、最小二乘（LS）法和Fisher-Cornish（FC）不对称展开法的参数求解方法，并选用黄河流域五个测站天然年径流资料，开展三阶多项式正态变换法的年径流频率计算研究。结果表明：4种方法求解所得的多项式系数均能推求给定频率下的年径流设计值，且设计值序列整体与实测序列拟合效果良好，对数据的正态性转换和拟合效果排序结果为最小二乘法、L-阶线性矩法、Fisher-Cornish不对称展开法、矩法。
2019 Vol. 38 (11): 58-69 [
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70
近年来宁夏植被指数与气候生产力的时空变化
黄悦悦, 杨东, 冯磊
DOI: 10.11660/slfdxb.20191108
为掌握宁夏归一化植被指数（normalized difference vegetation index，NDVI）与气候生产力的时空变化特征及其关系，本文基于2000—2017年遥感影像数据，采用一元线性回归分析、Thornthwaite Memorial模型及相关分析等方法进行分析。结果表明：宁夏南部林区和引黄灌区植被指数高于中部干旱带且NDVI以0.041 (10 a)-1的速率呈显著增加趋势；18 a间宁夏植被指数轻度增加区域占64.12%；宁夏气候生产力在空间上呈东南向西北逐渐递减变化，年降水量与气候生产力的时间变化趋势基本一致；大部分地区NDVI与气候生产力在空间上呈正相关，呈负相关区域占4.92%；两者的线性拟合度达0.731。
2019 Vol. 38 (11): 70-81 [
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双向贯流式水轮机工况转换过程流动特性研究
冯建军, 李文锋, 朱国俊, 吴广宽, 罗兴锜
DOI: 10.11660/slfdxb.20191109
潮汐发电机组在运行过程中工况转换频繁，在转换过程中容易引起事故的发生。为了探究潮汐发电机组在过渡过程中的瞬态特性和流动机理，本文基于格子Boltzmann方法（LBM），对贯流式水轮机由正向水轮机工况向泄水工况转换及泄水工况向反水泵工况转换这两个过渡过程进行了数值模拟，计算中采用自定义函数控制导叶和桨叶的运动，模拟得到了两种过程中水轮机工作参数的变化规律以及内部的瞬态流动特性。结果表明：当贯流式水轮机从水轮机工况向泄水工况转换时，单位流量随时间逐渐增加，其泄水单位流量约为初始值的2.88倍，与试验测量值吻合良好，证明了本文采用的计算方法是准确可靠的。在转换过程中，由于流态的变化，转轮叶片吸力面出现明显的低压区，容易引起叶片的空化空蚀。同时，转轮受到的径向力会出现明显的周期性波动，容易引起轴系的振动；而在尾水管内部会产生多个湍流涡，由于内部压力的降低会形成螺旋的空腔涡带。
2019 Vol. 38 (11): 82-89 [
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90
叶片式气液混输泵径向力与流态的相关性规律
肖文扬, 谭磊
DOI: 10.11660/slfdxb.20191110
气液混输是石油天然气开采运输中的核心技术，叶片式混输泵具有结构紧凑、运行工况宽、耐磨损等优点。本文基于数值模拟研究了4种进口含气率（0%，5%，10%，15%）下，混输泵叶轮和导叶的径向力与气相流态的相关性规律。在进口液相下，叶轮和导叶径向力中心位于坐标原点，随着进口含气率增加，叶轮和导叶径向力的偏心程度不断增大。叶轮和导叶径向力的主频跟叶轮转频和叶片数相关，随着进口含气率增加，叶轮和导叶径向力的主频幅值增大。混输泵各流道内流体分布不均匀，气体主要聚集在轮毂处，叶轮尾缘处的“气带”进入导叶流道发展形成“气囊”，其发展周期与径向力的主频相关。不同流道之间的气体体积流量变化存在相位差，同一时刻各流道中的气体含量不相等，使得各叶片的受力不均匀产生了径向力。随着进口含气率的增加，气团的发展周期变短，主频增大。
2019 Vol. 38 (11): 90-101 [
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均质围岩灌浆锚杆应力的近似解析解
保其长, 彭守拙, 钟建文, 林葎
DOI: 10.11660/slfdxb.20191111
灌浆锚杆与岩体介质的耦合机理和支护效果的解析评估，目前尚处于研究进展阶段。本文对全长处于均质围岩塑性屈服区的弹性锚杆，按围岩弹-脆-塑性应力应变关系和Mohr-Coulomb屈服准则，给出了锚杆的应力、位移和介质交界面屈服长度的解析表达式。这一解析模型考虑了锚杆切应力 对围岩的剪切抑制作用。把它应用于Kielder试验洞，计算和实测结果吻合尚好。对Kielder洞探讨了加大杆长的效益，计算表明，加大杆长的效益并不显著，该洞采用1.8 m的杆长是合适的。所提出的解析模型可用于非轴对称地下洞室，是一个较简明的解答，有利于工程初步设计阶段的参数识别，支护荷载及其效果的评估。
2019 Vol. 38 (11): 102-111 [
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112
多参数可调式RCC碾压模拟试验装置研制与应用
刘东海, 孙龙飞, 夏谢天
DOI: 10.11660/slfdxb.20191112
通过碾压试验，寻求最佳的碾压参数组合是确保碾压混凝土（RCC）坝压实质量的关键。常规在大坝施工前开展RCC碾压试验成本高、费时间。本文提出基于压实能力的模拟相似原理，研制了多参数可调式RCC碾压模拟试验装置。该装置不但可克服小型碾压试验的碾轮缩尺效应，以及振动压实成型试验平板振动方式与实际碾轮滚动振碾差异较大的弊端，而且可实现碾压机静压力、激振力（振动频率和振幅）、行驶速度、碾压遍数等多级可调。模拟试验结果表明：该装置可等效模拟实际碾压机工作状态；碾压的试件密度和强度能够达到标准试件的密度和强度，含层面试件的抗剪强度也能满足实际施工的要求。本装置可为研究不同碾压参数对RCC坝料压实质量的影响规律，进而优化碾压参数提供了一条经济、便捷、准确、有效的技术途径。
2019 Vol. 38 (11): 112-120 [
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