水力发电学报
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2020年 39卷 6期
刊出日期：2020-06-25
1
特约论文：泵技术进展与发展趋势
Hot!
罗兴锜, 吴大转
DOI: 10.11660/slfdxb.20200601
泵作为一种典型的水力机械，在国民经济中扮演着重要的角色，其技术进展一直受到多个行业的关注。在各种应用需求的驱动以及材料、力学、信息和计算机等相关学科的带动下，泵理论和技术研究已取得巨大进展。人们对泵内流机理和运行特性的认识更为深入，数字化设计和信息化运维已得到广泛应用，泵产品已逐步具有生态友好和智能化特征。本文以2000年以来泵领域所取得的进展为重点，围绕旋涡泵、离心泵、混流泵、轴流泵和贯流泵等叶片式泵，从产品应用需求出发，针对泵的水动力学、设计技术、振动噪声、节能与运维技术等四个部分对技术进展进行综述，并对泵的发展趋势进行总结和展望。
2020 Vol. 39 (6): 1-17 [
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18
基于EEMD近似熵的水电机组振动信号特征提取
蒋文君, 胡晓, 张培, 邓盛名, 肖志怀
DOI: 10.11660/slfdxb.20200602
对于水电机组非平稳非线性振动信号特征提取方法的研究近年来一直是水电机组故障诊断领域研究热点，特征提取的有效性直接关系到故障诊断的准确性。本文提出基于集合经验模态分解（EEMD）和近似熵的水电机组振动信号特征提取方法，将信号经EEMD分解后筛选得到的本征模态分量（IMF）近似熵特征值输入概率神经网络（PNN）进行模式识别。采用经验模态分解（EMD）和近似熵特征提取方法进行对比实验。识别结果表明：采用EEMD和近似熵的特征提取方法，能有效区分机组不同的运行状态，可为实际工程应用提供理论依据。
2020 Vol. 39 (6): 18-27 [
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28
中国水资源空间不均匀性定量评价
齐泓玮, 尚松浩, 李江
DOI: 10.11660/slfdxb.20200603
降水及水资源量的空间不均匀性是其基本特性之一。本文基于中国第二次水资源综合评价结果，利用洛伦兹曲线计算得到反映水资源不均匀性强弱的基尼系数及反映不均匀性来源的洛伦兹不对称系数。结果表明：中国不同类型水资源均表现出比较不均匀或非常不均匀的空间分布特征；各一级分区水资源空间不均匀性与分区面积、平均降水量及自然条件等因素有关，从东部、南部沿海向内陆地区逐渐增加；同一分区内总体上表现为降水空间基尼系数最小，地下水资源、水资源总量、地表水资源空间基尼系数依次增大，但南部分区地表水和水资源总量空间基尼系数接近；水资源的不均匀性呈现出水资源量较少区域主导的非对称性或较为对称分布的特征。
2020 Vol. 39 (6): 28-38 [
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39
基于概率分布模型的流量预报及参数动态识别
郝偌楠, 刘登嵩, 孙英军, 江衍铭
DOI: 10.11660/slfdxb.20200604
概率分布模型（PDM）在国内流域的适用性及参数在不同径流阶段的变化研究较少。本文以浙江省两典型流域为例，建立PDM流量预报对比模型，根据参数动态识别分析确定不同时间窗口下参数变化，从而推断关键影响因子。研究结果表明：（1）PDM模型在两流域模拟结果较为满意，纳什效率系数均可达到0.7以上，且低流量为主的龙泉溪流域模拟效果明显优于高流量主导的金华江流域；（2）在不同洪水事件下PDM参数（经验参数α、b和最大蓄水能力Smax）均与前期土壤湿度显著负相关，与退水斜率有关的参数b在金华江流域与蒸发量显著正相关，而在龙泉溪流域与平均降雨负相关性显著；（3）受地表以下28 cm土壤湿度变化控制的参数α在洪峰及退水阶段识别度最大。
2020 Vol. 39 (6): 39-48 [
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49
水库发电优化调度模型的快速求解算法及应用
支悦, 艾学山, 董祚, 陈森林
DOI: 10.11660/slfdxb.20200605
针对水库“以水定电”优化调度数学模型求解方法中，传统动态规划方法易陷入“维数灾”，而现代智能算法搜索效率低且易陷入局部最优解等不足。本文基于水库在高水头运行时耗水率小的特点，提出了水电站水库“以水定电”调度模型的快速求解方法——浮子算法。该方法在水电站满足保证出力和最小下泄流量等要求的前提下，尽可能提高水库调度期的运行水位以达到直接寻找优化调度解的目的。通过案例分析并与离散微分动态规划（DDDP）方法求解结果比较，本算法结果与DDDP算法十分接近，计算时间约为后者的50%。与其他算法联合使用，可在提高优化效果的同时缩短模型的求解时间，为水电站水库“以水定电”调度计划的制定和快速决策提供技术支持。
2020 Vol. 39 (6): 49-61 [
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62
动水中MABR-生态浮床组合装置净化效果试验研究
苑希民, 张紫畅, 马超, 徐奎, 孙亚楠
DOI: 10.11660/slfdxb.20200606
为探究生态浮床（EFB）、膜曝气生物膜（MABR）及其组合装置在动水中的净化效果，开展了三种净化装置在不同水动力条件下（2.5 m/h、10 m/h、20 m/h）对水体中NH4+-N、高锰酸盐指数（CODMn）、总磷（TP）和总氮（TN）等4类污染物净化效果的模拟试验研究。试验结果表明：膜曝气生物膜-生态浮床组合装置可显著提高净化效果，对4类污染物的去除率较河水自净试验可分别提高40% ~ 44%、17% ~ 34%、13% ~ 21%和14% ~ 30%；综合考虑4类污染物，组合装置在10 m/h的水动力条件下的净化效果最佳，且组合装置中MABR可起到一定缓冲作用，使水生植物的适用流速范围更广；在模拟试验所采用的水动力条件下，组合装置对4类污染物的净化呈现出不同规律，污染物浓度较高时，组合装置对NH4+-N的净化速率随流速的递增而递增，对CODMn、TP和TN的净化速率在10 m/h的水动力条件下达到最大；试验后期，污染物浓度较低时，组合装置无法正常发挥其高效的净化作用，对4类污染物的净化速率均偏小。
2020 Vol. 39 (6): 62-71 [
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72
心墙胶结砾质土力学性能及耐久性试验研究
刘东海, 张钊
DOI: 10.11660/slfdxb.20200607
如何有效改善心墙拱效应是高心墙堆石坝建设中亟需解决的重要问题。通常采用砾质土以提高心墙的变形模量，但对于300 m级高坝，砾质土心墙拱效应仍较为明显，而更多掺砾，可能会导致心墙防渗性能下降。本文研究常见的三种固化剂掺加下胶结砾质土作为高心墙坝料的可行性，分析了固化剂类型和掺量对胶结砾质土力学性能和耐久性能的影响，利用扫描电镜分析了不同胶结砾质土性能差异的原因。试验结果表明，HAS?胶结砾质土表现出了更高的抗压抗拉强度、更大的变形模量和更好的韧性，且抗渗性和抗冻性最优，致密性高。故将HAS胶结砾质土作为高心墙坝料，可在不增加掺砾的情况下提高心墙的变形模量，有助于降低心墙拱效应，为超高心墙堆石坝心墙坝料选择提供一种新的可能。
2020 Vol. 39 (6): 72-82 [
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83
岩质高边坡弯曲倾倒变形分析和破坏机理研究
安晓凡, 李宁
DOI: 10.11660/slfdxb.20200608
弯曲倾倒常发生在反倾层状岩质边坡中，岩体表现出类似于“叠合悬臂梁”的破坏特征，呈此类破坏模式的边坡有可能会演化成为大型滑坡。以厄瓜多尔德尔西水电站左岸边坡为例，详细介绍了其地质、地貌特征，分析了施工过程中的相关监测数据。典型的反向陡倾岩体结构和特殊的岩性组成（薄层片麻岩）是该边坡发生弯曲倾倒的先决条件，而工程开挖、强降雨等外界因素触发并加剧了岩层的变形。基于离散元的数值模拟结果显示，边坡1493 m高程以下的岩体开挖会导致整个边坡发生深层的弯曲倾倒失稳。岩层变形表现出较为明显的柔性特征，倾倒体内部会发育出反向屈曲的二次折断面。边坡内塑性区的演化能够反映岩体破损区域的发展过程，最大剪应变和拉应力分布均显示倾倒破坏面呈倾角为21°的近似直线型。最后，控制边坡底部高程的开挖高度和角度能够有效降低倾倒变形的程度。
2020 Vol. 39 (6): 83-98 [
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99
基于多目标优化的黏土心墙坝变形协调分析
皇甫泽华, 武颖利, 郭万里
DOI: 10.11660/slfdxb.20200609
为了研究黏土心墙坝的变形协调性质，提出了大主应力、心墙应力水平、坝体最大沉降、心墙沉降变化率和振动密实时间这5个参数作为评价指标，并以某黏土心墙坝为例开展了三维有限元计算，结合所提出的评价指标和评价方法对坝体变形协调性质进行了具体分析，主要结论如下：（1）各评价指标与坝壳料相对密度Dr之间存在显著的函数关系，对各函数进行归一化处理可得到各指标的功效函数，设定各功效函数的权重，通过加权平均的方法得到评价最优坝壳料Dr的目标函数；（2）不考虑施工成本时，通过各单个指标所确定的最优坝壳料Dr差异较大，范围为0.49 ~ 1.0；基于多目标最优化目标函数确定的最优坝壳料Dr范围为0.78 ~ 0.81，较为合理且满足设计规范；（3）384 m高程考虑施工成本时，若采用等权重分配方案，最优坝壳料相对密度Dr为0.783，需振动历时90 s。所提出的多目标优化分析方法对坝体建造有指导意义。
2020 Vol. 39 (6): 99-108 [
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库水模拟对拱坝动力特性的影响分析
邱奕翔, 魏楚函, 武志刚, 王进廷
DOI: 10.11660/slfdxb.20200610
库水可压缩性和库水-坝体动力相互作用是影响坝面动水压力以及拱坝动力特性的重要因素。本文以拉西瓦拱坝为例，建立拱坝-地基-库水系统有限元模型，研究库水模拟对拱坝动力特性的影响。采用Westergaard附加质量与流固耦合两种不同的库水模拟方法，分别考虑附加质量、流固耦合的不可压缩库水、流固耦合的可压缩库水等三种情况，对比分析了拉西瓦拱坝的动力特性。分析结果表明，库水的存在会导致拱坝系统的各阶自振频率减小；考虑库水可压缩性导致拱坝的各阶自振频率进一步减小，且各阶振型发生变化。分析结果可以为高拱坝真实工作性态研究和地震反应分析提供参考依据。
2020 Vol. 39 (6): 109-120 [
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