水力发电学报
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2021年 40卷 4期
刊出日期：2021-04-25
1
特约论文：三峡水库下游河床冲刷与水位变化
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李义天, 薛居理, 孙昭华, 周炜兴
DOI: 10.11660/slfdxb.20210401
为探析三峡水库下游河床冲淤与水沙输移之间的关系以及河床冲淤对洪枯水位的影响，采用三峡水库运用前后长江中下游水文泥沙和河道地形资料，分析归纳了主要水文站水沙变化、沿程河道冲淤分布和洪枯水位变化特征。研究表明：冲刷集中于枯水河槽既与洪水频次减少、中等流量持续时间加长有关，也与中等流量下河道冲刷率大、洪水流量下河道冲刷率小的特点有关；主冲刷带自上而下推移，目前仍位于荆江河段；粗沙（d > 0.125 mm）的年均输移量至监利基本可恢复至蓄水前的多年均值，城陵矶以下长河段冲刷主要是细颗粒冲刷导致；河道冲刷导致中枯水位明显下降，并在城陵矶以上沙质河段呈现加速下降趋势，但当流量大于平滩流量附近的临界值时，高水位变化不大，初步预估这种变化特点将在较长时期内保持。
2021 Vol. 40 (4): 1-13 [
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14
黄河下游游荡段非均匀悬沙输移特点
戈向阳, 夏军强, 周美蓉, 邓珊珊, 程亦菲
DOI: 10.11660/slfdxb.20210402
黄河下游水流含沙量大，河床调整迅速，河道输沙能力变幅大，输沙过程与规律复杂。因此研究黄河下游泥沙输移规律，是研究河床变形过程、预测河道发展趋势的基础，对水沙治理与河道整治规划具有重要的现实意义。本文以黄河下游游荡段为对象，基于1986—2015年游荡段实测水沙资料与地形资料，分析了花园口-夹河滩河段与夹河滩-高村河段的非均匀沙输移特点。研究结果表明：①输沙率经验公式的相关性与泥沙粒径有关，泥沙粒径越小，输沙率经验公式的相关性越好，细沙的相关系数可达0.99。②排沙比与来沙系数、河相系数均呈负相关，且河相系数较大时，排沙比变幅较小。夹河滩-高村河段的中沙排沙比与来沙系数、河相系数的相关关系较其他粒径组泥沙更为密切，花园口-夹河滩河段则分别为细沙和粗沙排沙比。③在同时考虑了水沙条件与断面形态对河段排沙比的影响之后，输沙率经验公式的精度明显提高，相关系数在0.48 ~ 0.65之间。
2021 Vol. 40 (4): 14-24 [
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25
梯级电站聚合降维发电补偿效益分配机制
何勇, 张乐辰, 李文斌, 张太衡, 石朝波
DOI: 10.11660/slfdxb.20210403
针对数量较多的梯级水电站，本文以运营管辖关系、上下游关系、调节性能和联调关系为原则，将电站聚合降维成少量主体，考虑梯级所有主体（电站）投产并开展联合调度的合作组合形式，以梯级主体（电站）多年平均发电量最大为目标，建模求解主体发电效益，基于合作博弈理论和“综合赋权”思想，分配主体间和主体内部电站间补偿效益，形成相应的效益分配机制。工程应用实例表明，本文通过对电站聚合降维，有效减少了模型数量，提升了计算效率，更重要的是合理量化和分配了主体、电站间的发电补偿效益，对于协调不同主体、电站共同参与梯级联合调度具有重要意义。
2021 Vol. 40 (4): 25-34 [
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35
偏心销对水轮机圆柱式导水机构开度的影响分析
杜芝鹏, 吴建杰, 刘学东, 胥海波
DOI: 10.11660/slfdxb.20210404
在水轮机圆柱式导水机构中，偏心销常用来补偿制造偏差及表面磨损，但其对导叶开度的影响容易被忽略。首先通过建立具有代表意义的理想开度机构，分析得到不含偏心销结构的开度机构运动关系。然后将常见的两种偏心销结构引入理想开度机构中，利用MATLAB计算得到了偏心销对导叶全开转角的影响曲线。分析表明，影响导叶开度的主要因素为偏心销的偏心值和锁定对象，其中偏心销的锁定对象对导叶的开度影响是更大且更应该被重视的。在导水机构设计和安装时，不仅应选取合理的偏心值和恰当的锁定对象，而且对于偏心销与控制环锁定结构还应保证偏心销偏心方向的一致性。本文的分析及结论对水轮机的设计和水电站的安装维护具有一定的指导意义。
2021 Vol. 40 (4): 35-42 [
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43
抽水蓄能电站岔管导流板体型研究
代元, 方建银, 吴阳, 吴文平
DOI: 10.11660/slfdxb.20210405
岔管体型对抽水蓄能电站水头损失影响较大，间接影响到电站的运行效益，岔管体型优化是当前研究的一个热点问题。为减小岔管的水头损失，本文在传统岔管设计基础上，提出一种新的岔管导流板设计方法。采用突缩管验证了数值模拟的准确性，通过数值模拟比较了有无导流板的岔管的流速分布，对岔管导流板的体型进行了优化。结果表明：岔管导流板能够减小电站运行时岔管段产生的水头损失，使管内水流流态更加平稳，抽水工况岔管的水头损失可减小43.4%，发电工况水头损失减小12.6%，能有效地改善电站运行效益。
2021 Vol. 40 (4): 43-49 [
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50
多喷孔活塞式调流调压阀空化流动特性分析
唐泽润, 张白云, 蒋劲, 廖志芳, 李燕辉
DOI: 10.11660/slfdxb.20210406
以DN200多喷孔活塞式调流调压阀为研究对象，基于数值模拟，结合Realizable k-ε湍流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型，研究了小开度、中等开度和大开度下空化流动特性以及节流孔内空化的形成机制，并且分析了开度和空化数对空化流动的影响。结果表明，节流孔处存在较大的压力和流速梯度，节流孔进口边缘附近会出现流动分离，在节流孔壁面形成附壁剪切旋涡，流动分离和附壁剪切旋涡是节流孔内空化的形成机制。同时，固定阀门进出口压力，随着开度逐渐增大，空泡体积线性增加，各开度空化强度相差不大。另外，随着空化数逐渐减小，流量系数呈现出先保持稳定后略微增加再急剧减小的变化趋势。本研究结果可以为该类型阀门的结构优化与运行维护提供参考。
2021 Vol. 40 (4): 50-58 [
摘要
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59
水泵水轮机无叶区内部流场及压力脉动分析
王小龙, 刘德民, 刘小兵, 唐雯, 徐连琛
DOI: 10.11660/slfdxb.20210407
对于高水头混流式水泵水轮机而言，其运行过程中的机组不稳定性主要源于机械内部的水力振动，而无叶区压力脉动作为其水力振动的主要原因，在一定情况下会引起机械的疲劳失效。本文通过数值模拟与模型试验相结合的方法对水泵水轮机模型在水轮机运行工况下无叶区内部流场和压力脉动进行了研究，通过数值模拟对无叶区内部流场不稳定性和活动导叶与转轮之间无叶区压力脉动的幅频特性，以及其随负荷变化的规律进行了分析，同时利用模型试验，通过粒子图像测速（particle image velocimetry，PIV）测试技术对无叶区内部流场进行了详细的研究分析，重点关注了水泵水轮机无叶区流场中旋涡结构的发生机理、发展规律以及其对无叶区压力脉动的重要影响。
2021 Vol. 40 (4): 59-72 [
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73
一种改进的反滤料包线设计方法
张刚, 王红雨, Israr Jahanzaib
DOI: 10.11660/slfdxb.20210408
作为抗渗透破坏的关键工程措施，反滤层被广泛应用于各种水工建筑物和岩土工程构筑物。基于各种反滤准则的反滤料包线设计方法，为反滤层的设计提供了直观依据。本文总结分析了国内外相关规范中反滤料包线设计方法的应用和存在的问题，提出了改进的反滤料包线设计方法。该方法通过引入自愈指标，对反滤料包线的上半部分进行约束，使得设计反滤料有效避免了潜在的渗透破坏风险，并且反滤料包线更加完整和直观。通过对已有文献中反滤试验结果进行验证和工程实例的应用分析表明，改进的反滤料包线设计方法对于各种不同的被保护土料均能显著区分出有效和无效的反滤料，其可靠性更高。这种改进的反滤料包线设计方法进一步完善了反滤料的设计思路，也为相关规范的修订提供了参考。
2021 Vol. 40 (4): 73-83 [
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84
考虑应力历史的饱和黏土一维固结渗透试验研究
张乐, 党发宁, 高俊, 丁九龙
DOI: 10.11660/slfdxb.20210409
为研究固结应力比和应力历史对饱和黏土一维固结渗透的影响，利用GDS三轴仪进行了一系列一维固结-渗透联合试验。研究结果表明，在不同固结应力比相同应力历史条件下，正常固结和超固结饱和黏土在一维固结渗透过程中试样的渗透系数和孔隙比均随固结应力比的增大而减小，试样的最终压缩量均随固结应力比的增大而增大。在相同固结应力比不同应力历史条件下，超固结饱和黏土的最终压缩量小于正常固结饱和黏土。将固结应力σ与土层自重应力σcz的差值σdv与试样最终压缩量sf进行拟合，得出应力差值σdv与各固结应力下的最终压缩量sf间呈良好的线性关系。通过研究发现，同时考虑固结应力比和应力历史对饱和黏土一维固结渗透的影响是有必要的，同时在得到土体自重应力后可较为准确地预测土体最终压缩量。
2021 Vol. 40 (4): 84-96 [
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97
筑坝细粒填料的含水率对连续压实指标的影响
郭华杰, 江辉煌, 高明显, 吴龙梁
DOI: 10.11660/slfdxb.20210410
为研究筑坝细粒填料的含水率对土石坝连续压实控制技术的影响，根据相似理论开展了室内模拟试验，研究了振动测值在不同填料含水率下的变化规律。通过线性回归分析，研究了填料含水率变化对相关性校准的影响及与不同类别连续压实控制指标的适用性。结果表明：（1）相同振动压实条件下VCV（vibration compaction value）指标受填料含水率影响较小，但Ks指标正好相反；（2）在现场碾压过程中采用CMV（compaction meter value）和CCV（compaction control value）指标时要保证填料含水率不超过最优含水率；（3）填料含水率在最优含水率变化幅度不大于2%时，CCV和VCV（vibratory control value）指标与压实度K具有强相关性；（4）在土石坝碾压中确定细颗粒填料的连续压实指标时，要重视填料含水率对指标的影响规律。
2021 Vol. 40 (4): 97-105 [
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106
成层地基地震动输入方法研究
毕仲辉, 张燎军, 翟亚飞, 崔丙会, 张汉云
DOI: 10.11660/slfdxb.20210411
前成层地基的地震动输入时大多仅考虑不同材料的波速影响，忽略了波在不同介质分界面的透射和反射作用。为真实模拟弹性波在成层地基中的传播过程，本文基于波动理论，推导了考虑透射和反射的等效荷载计算公式，建立了成层地基的黏弹性人工边界模型，并通过算例进行验证。研究表明：本文提出的成层地基地震动输入方法能较好满足工程抗震的精度要求，为成层地基的结构抗震提供了一种有效和实用的计算方法。
2021 Vol. 40 (4): 106-113 [
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114
隧洞围岩参数反演智能融合模型与分析方法
何殷鹏, 孙新建, 张野, 郭华世, 李巧英
DOI: 10.11660/slfdxb.20210412
围岩力学参数反演分析一直是岩土工程研究的热点问题, 对于解决岩土试验不足条件下岩土力学参数的取值具有重要意义。为了获得更为合理准确的引水隧洞围岩力学参数，本文提出了一种融合多种机器学习算法的智能反演模型与分析方法。首先利用正交试验法设计了25组围岩力学参数，同时采用FLAC3D数值模型计算得到目标断面监测点的位移值，通过参数灵敏性分析得到围岩力学参数对测点位移的影响程度。然后基于25组数据针对弹性模量、泊松比、黏聚力和内摩擦角四种不同的反演目标，选取不同种类的算法分别构建智能融合模型。最后，以青海“引大济湟”引水隧洞工程为工程实例，分析围岩力学参数对测点位移的影响由大到小依次为弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角；利用所建立的融合模型进行围岩参数反演分析，结合FLAC3D将所得围岩力学参数进行正演计算，得到拱顶沉降，拱底隆起和左右拱腰位移与现场实测值的相对误差分别为5.01%、3.21%、3.87%和4.17%，相对误差值均小于其他单个模型，表明所提出的反演智能融合模型与分析方法更为合理可行。
2021 Vol. 40 (4): 114-126 [
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