水力发电学报
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2020年 39卷 9期
刊出日期：2020-09-25
1
水沙条件与侵蚀基准面对河流水位的叠加效应——以渭河下游为例
郑浩杰, 何育聪, 韩剑桥, 张锦旗
DOI: 10.11660/slfdxb.20200901
为探究水沙条件与侵蚀基准面共同影响下的河道水位变化特征与机理，采用极值水位-极值流量和同流量下水位分析方法，研究了近70年来渭河下游的水位变化及其成因。根据三门峡水库三个运行模式，将水位时间序列（1950—2017）划分为4个阶段，即P1（1950—1959）、P2（1960—1973）、P3（1974—2002）和P4（2003—2017）。华县水位总体为上升趋势；咸阳水位在P1和P2阶段波动，P3和P4阶段则持续下降。侵蚀基准面抬高导致渭河下游河道大幅淤积，这是华县水位抬高的主要原因；咸阳水文站受侵蚀基准面影响较小，上游来沙大幅减少导致河床冲刷，加之近期河道综合整治，促使了其水位下降。渭河下游水位在未来可能延续下降趋势。研究成果对渭河下游及类似河流管理具有重要理论与实践意义。
2020 Vol. 39 (9): 1-10 [
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11
梯级补偿效益分摊的变异系数-Shapley值法
李英海, 汪利, 李清清, 杨平, 夏青青, 牟春霞
DOI: 10.11660/slfdxb.20200902
针对流域水能梯级开发中各水电站隶属于不同业主，在梯级水电站补偿效益分摊中既要保证梯级整体效益最大化，又要满足分摊结果公平合理的问题，将变异系数法与Shapley值法相结合，提出多业主梯级水电站补偿效益分摊的变异系数-Shapley值法，并将其应用于汉江中游南河流域梯级中的三级水电站补偿效益分摊实例中。结果表明，该方法不仅考虑了各水电站在参与联合调度时的自身贡献率，同时也兼顾了各水电站自身的装机容量、保证出力、调节库容、多年平均发电量等个体特征，实现了各水电站间补偿效益分摊的公平性与合理性，有利于提高各级水电站参与梯级联合调度的积极性，确保流域梯级联合调度效益最大化。
2020 Vol. 39 (9): 11-22 [
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23
水库群运行的改进深度神经网络模拟方法
骆光磊, 周建中, 赵云发, 覃晖, 戴领
DOI: 10.11660/slfdxb.20200903
流域大规模水库群的形成导致径流时空分布发生深刻变化，而不同水库群往往分属不同业主调度管理，上游水库群的下泄计划无法实时获取，给下游水库调度计划编制带来困难，并且影响下游水库运行安全。本文提出一种水库群运行自适应矩估计改进深度神经网络模拟方法，通过改善深度神经网络参数训练方式，从水库群历史运行数据中提取调度规则，在此基础上对水库群运行进行模拟，并结合实例研究，将结果与传统神经网络方法进行综合对比。结果表明，本文所提出的方法能够更好地模拟水库群运行，所模拟的观音岩、锦屏一级和二滩水库下泄流量平均相对误差分别为8%、11%和10%，均优于反向传播（BP）神经网络结果，可为探究调度计划未知情况下的水库运行规律提供新途径。
2020 Vol. 39 (9): 23-32 [
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33
考虑风电置信区间的水风火短期优化调度方法
金新峰, 廖胜利, 刘战伟, 宋毅桐, 刘欢
DOI: 10.11660/slfdxb.20200904
风电出力的不确定性影响电网的稳定运行，大规模风电并网后“弃风”问题突出。为了充分考虑风电出力的不确定性，本文提出基于风电置信区间的风-水-火短期联合调度运行方法。利用梯级水电站启停灵活、爬坡速度快等优点平抑风电出力波动，构建了发电成本最小与清洁能源消纳最大的多目标优化调度模型。基于分层求解思想，将模型分为风电运行层、水电调度层与火电调度层，并提出了集成非参数法、启发式算法与改进的粒子群算法的总体求解框架，实现了模型的快速求解。某区域电网短期调度模拟运行结果表明，所提方法求解速度快，仅需83.5 s，在满足电力系统安全稳定运行约束与清洁能源消纳最大的前提下，水电、风电多发45.56万kWh，煤耗成本减少23.33万元。
2020 Vol. 39 (9): 33-42 [
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43
非洲四大流域水电开发状况及建议
周立志
DOI: 10.11660/slfdxb.20200905
尽管非洲经济发展面临诸多挑战，但增长趋势仍在继续。伴随着各国电力需求的增加，非洲电力基础设施建设充满机遇。非洲水电资源丰富，开发潜力巨大，且80%的可开发水电资源潜能集中在赞比西河、刚果河、尼罗河和尼日尔河四大流域。在“一带一路”倡议下，已有大批中国企业“走出去”投资开发非洲水电项目，推动中非电力基础设施合作。本研究通过大量的数据和资料，总结了四大流域水电资源量与开发程度，对流域内重点已建和规划的水电项目进行了详细介绍。最后，深入分析中国企业目前在非洲水电项目开发中面临的主要问题和挑战，并从战略规划、合作模式、风险防范和人才培养四个方面提出相应建议。
2020 Vol. 39 (9): 43-56 [
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57
基于净雨预报信息的水库防洪调度方式研究
詹新焕, 王宗志, 王立辉, 刘克琳, 程亮
DOI: 10.11660/slfdxb.20200906
为进一步提高洪水预报信息在水库调度中的应用水平，本文以山东半岛龙角山水库为研究对象，首先构建在实际生产中广泛应用的新安江模型，采用确定性系数和绝对误差评价模型误差，并通过合格率评定径流深预报和峰现时间预报的精度等级。结果表明，各项评价指标在模型率定期和验证期的精度均为甲等，可为水库预报调度规则的制定提供可靠的理论依据。然后利用新安江模型预报出的净雨信息，制定水库防洪预报调度规则，调算不同频率设计洪水，并与常规调度方式下调洪结果作对比。通过比较发现，预报调度模型能够提前预泄，有效降低水库调洪最高水位和减小最大下泄流量，增加削减洪峰流量，对减小水库上下游防洪风险和提高水库防洪效益具有重要意义。
2020 Vol. 39 (9): 57-66 [
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67
城市化对流域水文过程的影响模拟与预测研究
陈佩琪, 王兆礼, 曾照洋, 陈晓宏
DOI: 10.11660/slfdxb.20200907
随着城市化进程的进一步加快，城市暴雨洪涝灾害频发，居民的生命财产安全受到严重的威胁。以粤港澳大湾区典型流域车陂涌为例，结合研究区快速城市化的特点构建了城市暴雨洪涝模型，模拟和预测了城市化过程对流域水文过程的影响。主要结论如下：1）构建了基于SWMM模型的城市暴雨管理模型并对其进行了验证，结果表明，该模型在研究区适应性较好。2）研究区1980年代初、2015年及2050年（预测）的城市用地占比分别为15.07%、47.64%及54.29%。在1980—2015年的新增的城市用地里，耕地转化面积占比最大，达到了86.49%。3）城市化后三个典型河道断面的流量过程线呈单峰状，起伏较大，而1980年代初过程线相对比较平缓；城市化还使得断面洪峰流量大幅增加，峰现时间提前。在0.5年一遇设计降雨条件下，2015年和2050年的流域出口洪峰流量分别比城市化前增加了2.27和2.7倍。本研究可为粤港澳大湾区海绵城市建设、防洪排涝提供科学依据。
2020 Vol. 39 (9): 67-77 [
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异侧布置缝-孔-堰组合式鱼道紊流结构试验研究
董志勇, 黄洲, 余俊鹏
DOI: 10.11660/slfdxb.20200908
我国沿海沿江洄游性鱼类众多，单一式鱼道难以满足鱼类不同溯游习性的要求。迄今，人们对单一式鱼道研究较多，而对组合式鱼道仅限于数值模拟工作，试验研究几乎是空白。本文对凹口堰-矩形中孔-竖缝组合式鱼道的紊流结构进行了较为系统的试验研究。采用声学多普勒测速仪（ADV）量测了鱼道水池内各点的三维瞬时流速，分析了组合式鱼道的流动特征、时均流速、紊动强度、雷诺应力、频谱特性、相关函数及紊动尺度。试验研究结果表明：与单一式鱼道比较，组合式鱼道水流具有显著的三维流动结构；纵向流速在水平面上存在明显峰值区，横向流速和垂向流速显示在横断面上存在旋涡区；在竖缝壁面射流与孔口射流汇聚区，纵向、横向及垂向紊动强度均较大，合并后则逐渐减小；雷诺应力峰值区主要出现在多股射流交汇区；纵向脉动能量主频峰值大小为孔口>凹口堰>竖缝；纵向脉动流速表现出随时间的相关性，并有凹口堰>孔口>竖缝，且沿程波动周期延长；积分尺度和微分尺度显示涡旋结构与组合式鱼道的流区有关。
2020 Vol. 39 (9): 78-87 [
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88
基于广义塑性模型的高心墙堆石坝反演计算分析
张向韬, 高溢钊, 王翔南, 于玉贞
DOI: 10.11660/slfdxb.20200909
高堆石坝工程在填筑、蓄水和运行过程中，堆石料常经历复杂多变的应力路径，它所表现出的各向异性和颗粒破碎对其力学特性有明显的影响。采用现有的方法计算高堆石坝变形误差大，其主要原因是目前本构模型在反映堆石料的本质特性方面有待完善。本文构造了各向异性状态参量，定义了参考各向异性状态参数替代基于固定临界状态线的状态参数，可将各向异性、颗粒破碎、复杂应力路径的影响综合考虑到与参考状态线的相对空间位置中。基于参考各向异性状态参数，发展了考虑各向异性和颗粒破碎的堆石料弹塑性本构模型。最后，采用所发展的堆石料广义塑性模型MPZR对已建的糯扎渡高心墙堆石坝进行了应力变形有限元计算分析，并与堆石体内测点的监测值进行对比，验证了模型的可靠性和实用性。
2020 Vol. 39 (9): 88-98 [
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基于改进证据理论的重力坝进度不确定性分析
王思辰, 余佳, 吴斌平, 关涛, 任炳昱
DOI: 10.11660/slfdxb.20200910
由于施工环境、技术操作存在随机性，以及对缆机运行参数、故障维修时间的认知存在不完备性，导致混凝土重力坝施工进度分析具有随机、认知不确定性的特征，然而现有研究缺乏对上述两种不确定性的综合考虑。证据理论具有综合解决随机、认知不确定性问题的优势，然而传统证据理论中用于求解单调性问题极值的顶点法无法适用于施工进度仿真这类非单调问题的工期极值分析，且不能考虑施工参数的相关性。针对上述问题，本文提出一种基于改进证据理论方法的混凝土重力坝施工进度不确定性分析方法。首先，采用遗传算法改进证据理论中的极值求解过程，实现施工进度仿真在参数焦元上的工期极值搜索；其次，引入Copula函数来计算施工参数之间的相关程度，并作为差分项来改进证据理论中参数焦元的联合概率分配计算方法；再者，将具有随机和认知不确定性的施工参数转化为证据变量，并运用改进的证据理论方法计算完工可靠性的置信度及似真度，实现施工进度不确定性的量化表达；最后，将该方法应用于某混凝土重力坝施工进度不确定性分析中，并与基于随机不确定性理论的分析结果进行对比，结果表明本文所提方法在不确定性分析方面具有一致性和优越性，为混凝土重力坝施工进度分析提供了新的方法和途径。
2020 Vol. 39 (9): 99-110 [
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高内水压力隧洞钢筋混凝土衬砌裂缝控制标准
王玉杰, 陈晨, 曹瑞琅, 刘立鹏, 段庆伟
DOI: 10.11660/slfdxb.20200911
高压水作用下水工隧洞衬砌开裂难以避免，透水衬砌设计关键是确定衬砌与围岩联合承载条件下的钢筋混凝土衬砌结构受力特征和裂缝控制标准。本文基于压力隧洞衬砌裂缝起裂和扩展特点，分析了传统裂缝计算公式及以数值仿真计算方法的工程适用性，并针对衬砌的主要设计参数进行了裂缝宽度敏感性分析；通过裂缝控制标准解析、数值仿真及工程实际量测的结果对比，提出了衡量衬砌裂缝控制标准的关键依据。研究结果表明，尽管实测裂缝宽度往往大于限裂标准，但多数工程仍正常运行，现行国内外规范的裂缝控制标准过于苛刻，降低了支护结构材料的利用效率，应建立与工程实际相符合的裂缝宽度控制标准。兼顾压力隧洞的工程安全与经济效益，较合理的混凝土衬砌配筋率接近0.9%，衬砌厚度接近800 mm，裂缝宽度控制标准增加至0.35 ~ 0.5 mm。
2020 Vol. 39 (9): 111-120 [
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