水力发电学报
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2020年 39卷 11期
刊出日期：2020-11-25
1
特约论文：坝下游面钢衬钢筋混凝土管道结构研究综述
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伍鹤皋, 马铢, 石长征
DOI: 10.11660/slfdxb.20201101
坝下游面钢衬钢筋混凝土管道（简称“坝下游面管”）是目前坝后式电站引水管道的主要布置形式，其安全性和可靠性直接关系到水电站的安全生产和正常运营。本文首先对坝下游面管的优缺点和发展过程进行了简要回顾与分析，然后从坝下游面管国内外典型工程实例的应用和存在的问题出发，对坝下游面管的理论分析、模型试验、数值计算等主要研究方法，以及管道在内水压力、温度作用和地震作用下的承载机理和开裂特性的研究进展进行了归纳和总结，重点讨论了管道混凝土裂缝宽度的计算方法和控制措施，在此基础上提出了需要进一步研究的问题和发展方向，可为今后坝下游面管的深入研究和创新提供思路。
2020 Vol. 39 (11): 1-12 [
摘要
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13
高混凝土坝抗震安全风险评估框架
章明旭, 王进廷
DOI: 10.11660/slfdxb.20201102
我国水能资源丰富的西南地区属于强震多发区，因此高坝的抗震安全性受到广泛关注。本文建议了高混凝土坝抗震安全风险评估的框架，由坝址地震危险性、大坝地震易损性、地震破坏损失和抗震安全风险等级等四部分组成。首先，将高坝地震破坏划分为基本完好、轻微-中等破坏、严重破坏和溃坝四个等级。然后，针对每个破坏等级分析了相对应的生命损失、社会环境影响和经济损失评估方法。最后，采用国际上广泛应用的F-N曲线和ALARP准则，基于高混凝土坝地震破坏引起的各项损失风险水平的不同组合，其抗震安全风险可以划分为低、中等、高、极高四个等级。
2020 Vol. 39 (11): 13-20 [
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21
基于面板时空模型的锦屏一级大坝变形性态分析
王继敏, 顾冲时, 张晨, 刘健
DOI: 10.11660/slfdxb.20201103
拱坝变形性态是多因子耦合共同作用的结果，具有时空二维的演化规律和分布特征。本文基于变截距面板数据时空模型，充分利用多测点变形资料，研究了锦屏一级大坝变形性态的变化规律，解决了常规统计模型仅从时序上考察单点变形性态的不足。结果表明：模型可准确感知反馈坝体变形响应的时空特征，良好的拟合精度与外延性确保了建模的正确性。此外，模型具有控制异质性的特点，可精准评价各分量对坝体特征区域的影响，弥补了常规模型的不足；模型还具备降低多重因子共线性、抗差性等优良性质，为大坝安全在线监控提供了理论依据和技术支持。
2020 Vol. 39 (11): 21-30 [
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31
考虑提前蓄水的高坝后期导流风险效益分析
陈莉, 刘潋, 徐珊, 黄建文
DOI: 10.11660/slfdxb.20201104
后期导流过程中采用提前下闸蓄水方式，可获得更多发电收益。然而这一措施会在汛期增加大坝施工期漫顶风险，并加大满足蓄水要求的赶工成本，使导流方案决策更为复杂。本文以高坝施工期安全度汛为研究对象，考虑水文、水力不确定性，模拟不同初期蓄水下闸方案的导流风险率；针对不同下闸时机和蓄水保证率，计算蓄水历时、提前蓄水的发电增量和发电效益；综合后期导流风险概率、发电效益和下闸蓄水赶工成本要素，建立后期导流方案多目标决策模型，寻求提前下闸蓄水时机。通过雅砻江流域某在建大型高坝工程实例分析表明，该方法能综合评价提前下闸蓄水方案的经济性和风险情况，在此基础上寻求理想下闸时机。研究为高坝后期导流施工决策提供了理论和实践依据。
2020 Vol. 39 (11): 31-39 [
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40
基于区块链的水利工程施工管理平台架构
胡晶, 陈祖煜, 王玉杰, 赵宇飞, 雷雨萌
DOI: 10.11660/slfdxb.20201105
近年来，水利工程管理信息化程度逐步提高。然而，目前尚无法完全实现无纸化，除了网上填报数据外，还需要填写纸质表单进行审批签字和存档，这无疑增加了重复工作，也限制了信息化的进步和发展。此外，集中式的数据库管理方式也使得系统中的数据易于篡改，这使得信息化在工程质量管理方面的作用难以充分发挥。区块链采用分布式存储技术及链式数据结构，在数据防篡改、可追溯性等领域具有很大的潜力。本文基于区块链技术对水利工程的施工管理进行探索，给出施工管理平台的节点组成，定义了水利工程施工过程中不同的交易类型，给出了交易及区块的数据组成，设计了系统的区块链结构及整体架构。根据典型工程场景，给出了系统的应用案例，为区块链技术在水利工程中的应用提供思路。
2020 Vol. 39 (11): 40-48 [
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49
融合极值分布与MCMC的降水极值模拟研究
贺新月, 曾献奎, 王栋
DOI: 10.11660/slfdxb.20201106
模拟降水极值对于城市防洪具有重要意义。根据北京、深圳、济南1952—2012年的日降水资料，采用广义极值分布（GEV）与广义帕累托分布（GPD）分别模拟三个城市的年最大降水与超阈值降水序列，通过马尔科夫链蒙特卡洛方法（MCMC）识别参数，并对模拟结果加以综合分析。研究发现，MCMC方法在GEV与GPD参数的贝叶斯估计中行之有效，所识别最佳模型的相关性系数与确定性系数均普遍高达0.95，降水极值的均方根误差与平均绝对误差分别普遍低于0.6 mm与2.5 mm，且所获得的模拟值置信区间性质优良；采用GEV得到相同重现期的设计暴雨更大，采用GPD得到的模拟值置信区间性质更优；GEV与GPD对于不同地区的适用性不同，在模拟区域降水极值时应综合运用多种分布。
2020 Vol. 39 (11): 49-58 [
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59
洞庭湖流域洪水遭遇规律研究
仇红亚, 李妍清, 陈璐, 张冬冬, 齐尧乐
DOI: 10.11660/slfdxb.20201107
研究洪水遭遇事件对防洪减灾具有重要意义。目前对于多源洪水遭遇的研究局限于多维非对称型Archimedean Copula，存在公式推导复杂、参数多及拓展性差等缺陷。本文引入椭圆Copula，分别建立洞庭湖流域多源洪水发生时间、时间-量级和过程遭遇模型，推求多情景下多源洪水遭遇概率，全面揭示了流域洪水发生时间、量级和过程的遭遇规律，探明了多源洪水过程遭遇时滞规律，并将模型估计结果与历年同步洪水资料的统计结果进行比较。结果表明，所提模型计算结果符合洪水发生的一般规律，并与实测资料的统计结果基本吻合，保证了分析结果的可靠性和合理性，可为提高流域防洪能力、保障防洪对象安全提供科学依据和有效支撑。
2020 Vol. 39 (11): 59-70 [
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71
基于局部和全局方法的SWMM敏感参数识别
向代锋, 程磊, 徐宗学, 陈浩, 李敏
DOI: 10.11660/slfdxb.20201108
为了识别SWMM（storm water management model）模型的敏感参数，从而实现参数的高效率定，本文以深圳河流域为研究对象，构建SWMM模型，分别采用修正的Morris筛选法和互信息法，从局部和全局的角度定量分析重现期1年、10年和50年设计暴雨情景下排放口洪峰流量和流域平均径流系数对各参数的敏感性。结果表明，在不同的设计暴雨情景下，两种方法的结果均显示排放口洪峰流量对透水区曼宁系数和最小下渗速率最敏感，流域平均径流系数对下渗相关参数最敏感；然而，随着暴雨强度增大，两种方法计算得到的径流系数对最大下渗速率和最小下渗速率的敏感性变化趋势不同，Morris的结果显示递减，M-I的结果显示递增。
2020 Vol. 39 (11): 71-79 [
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渭河西咸段水质时空变异特征分析
董雯, 王瑞琛, 李怀恩, 李家科
DOI: 10.11660/slfdxb.20201109
为查明西咸新区地表水环境质量状况，对其范围内的三条河流进行了连续两年的水质监测，并运用层次聚类、判别分析、主成分分析等多元统计方法对污染物的时空分布差异进行了分析。结果表明：研究河段整体氮磷污染严重，总氮（TN）超过地表水Ⅳ类水质标准7.62倍，总磷（TP）超标3.60倍，氨氮（NH3-N）超标1.89倍。聚类分析结果表明，水质在时间尺度上按水质优劣可分为丰水期、平水期、枯水期三类；在空间尺度上，渭河、沣河水质分为一类，新河为一类。研究区水质污染受上游来水水质的影响较大，上游的生活污水、工业废水排放以及农业面源污染是渭河干流的主要污染源，沣河主要为农业面源污染，而新河主要是以人为污染为主。
2020 Vol. 39 (11): 80-89 [
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梯级水库群多目标调度增益分配的组合系数法
陈牧风, 董增川, 贾文豪, 倪效宽, 姚弘祎
DOI: 10.11660/slfdxb.20201110
在当前流域综合开发的背景下，流域内多利益主体间公平、高效、合理的效益分配，是维持梯级水库合作联盟的稳定性和综合发展的可持续性的关键。本文基于水资源多目标开发要求和多利益主体效益分配问题，提出了同时考虑水库贡献度和牺牲度的组合系数增益分配模型，综合水库在发电优化联合调度中的增益贡献度和多目标优化调度中的效益牺牲度，合理进行联盟增量效益分配。应用结果表明：增量效益的分配实质上是对水库贡献的奖励和对牺牲的补偿；贡献度和牺牲度都较高的水库分得更多的增量效益，组合系数分摊法的分配结果公平合理；与基于比例分配法和传统Shapley值分配法的分配结果相比，组合系数的分摊方法更符合当前水资源多目标发展要求。
2020 Vol. 39 (11): 90-99 [
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100
抽水蓄能机组调速系统用流量控制装置设计
王志力, 贾小平, 朱廷忠, 曹维福, 邬廷军
DOI: 10.11660/slfdxb.20201111
因抽水蓄能机组工况多，并有额定水头高、引水和尾水管道流动规律复杂等原因，对导叶在不同工况下开启和关闭的速率控制要求不同于一般的水电机组。为可靠满足导叶开、关速率控制的特殊要求，本文以吉林敦化抽水蓄能机组调速系统用流量控制装置研制为背景，首先根据流动数学模型和软件仿真结果，给出了导叶在机组不同工况下开、关速率的调保计算要求。之后基于插装阀原理设计出满足此要求的流量控制装置，分析了该装置的工作原理、结构和设计特点，重点分析了装置在水泵和水轮机工况下事故停机时的导叶速率控制方式。最后通过试验，验证了装置功能的正确性和适用性，可为导叶多速率控制、机组事故停机和过速保护功能的设计提供参考。
2020 Vol. 39 (11): 100-111 [
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水轮机模式液力透平流道式导叶的优化
李延频, 温梓斌, 张自超, 陈德新
DOI: 10.11660/slfdxb.20201112
由于水轮机模式液力透平级间导叶水头损失占比高达40%，需要对液力透平级间导叶进行研究。在可选的级间导叶中，流道式导叶正反导叶连为一体，流道相对独立，是一种水力性能较好的级间导叶。本文基于水力原动机理论，将水流环量概念贯穿液力透平流道设计全过程，设计了与水轮机模式液力透平转轮相匹配的流道式级间导叶，并采用正交试验的优化算法，对水头影响较大的因素，包括导叶包角φ、正导叶出口角 、反导叶宽度 、流道外壁最大直径 ，各取4个水平进行正交试验方案的设计。通过CFD数值计算，分析各个方案的性能，找出了各因素对导叶性能的影响规律，在此基础上获得了效率较高的导叶模型，并研究了水力性能、叶片表面压力分布及叶片内部流动规律。研究表明：各个参数对效率的影响力中， 最大， 最小；对水头的影响力中， 最大，φ最小。优化后的模型在设计工况点效率提高了5.83%，应用水头提高了7.15%，级间导叶损失降低了1.16%，导叶表面压力过渡更加均匀，叶片内部水流流态更加平稳，满足液力透平对于高余压液体的能量回收要求。本研究可以为水轮机模式液力透平流道式导叶的选型和优化提供参考。
2020 Vol. 39 (11): 112-120 [
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