水力发电学报
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2021年 40卷 12期
刊出日期：2021-12-25
1
高原宽谷河段河床粒径与辫状形态特征研究
韩凯, 孙健, 李治, 林斌良, 杨英, 黄哲
DOI: 10.11660/slfdxb.20211201
我国西南高原地区的河流在地质作用和河流动力过程等因素的塑造下，河谷形成宽窄相间的藕节状，其中宽谷河段呈现独特的辫状河流地貌，洲滩林立与汊道纵横的不规则形态特征十分显著。本文对其典型宽谷河段的泥沙粒径与河流地貌进行了现场观测，并根据卫星遥感影像资料解译了河道几何参数与洲滩几何参数等辫状地貌特征指标。泥沙柱状样和表层样的对比结果表明，目标河段内泥沙粒径沿程先增大后减小，表层河床组分以中、细砂为主，泥沙粒径垂向分布较均匀；遥感影像解译结果表明研究河段地貌特征在洪、枯季存在的显著差异，可通过基于汊道和洲滩参数的地貌参数进行描述。研究成果可为高原典型宽谷河段的河流形态和泥沙运动研究建立一定的基础。
2021 Vol. 40 (12): 1-11 [
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12
不确定条件下水资源系统多目标优化配置研究
陈文苑, 张明, 赵伟
DOI: 10.11660/slfdxb.20211202
综合考虑水资源系统的多重不确定性和多目标性，以经济、社会和生态环境综合效益为目标，以供水能力、需水量等为约束条件，构建包含区间、随机及模糊多重不确定环境下的多目标水资源优化配置模型。提出了一种先模拟、再优化的模型解法，采用蒙特卡洛模拟产生输入输出数据，引入遗传算法优化各模拟数据，获得不确定条件下水资源优化配置的可能最优解集，得到带有置信区间的水资源配置方案。以辽宁省大连市水资源配置为例开展模型实例验证研究，获得了合理、可靠的水资源优化配置方案。由于先模拟、再优化的求解结果以概率分布函数形式展现，比传统方法提供了更多决策信息，有助于决策者在不确定环境下根据实际需要制定更合理的水资源管理政策。
2021 Vol. 40 (12): 12-24 [
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25
不同降水产品在滦河流域径流模拟中的适用性
许心怡, 李建柱, 冯平
DOI: 10.11660/slfdxb.20211203
卫星降水产品和多源再分析数据对于水文模拟具有重要意义。本文基于地面实测降水数据，对全球降水观测计划多卫星降水产品（GPM IMERG）和中国区域地面气象要素驱动数据集（CMFD）再分析降水数据进行定量多尺度时空精度评估，并利用SWAT模型进行月尺度径流模拟，对比分析两种降水产品的水文效用。结果表明：在多时间尺度上，IMERG和CMFD数据与地面实测降水具有较高的相关性，二者分别呈现出对降水约3.7%和2.6%的高估；空间上，二者能够较好地描述降水的整体变化趋势。在弱降水的探测准确度上二者均需进一步提升。两种降水产品整体适用于滦河流域径流模拟，其中IMERG数据有效提高了雨量站稀疏流域的径流模拟精度，在水文模拟中具有良好的应用潜力。
2021 Vol. 40 (12): 25-39 [
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40
基于混合Copula函数的洪水联合概率计算方法
蔺文慧, 宋松柏
DOI: 10.11660/slfdxb.20211204
洪水频率计算是涉水工程规模确定的依据。混合Copula函数比单一Copula函数能够更好地刻画多维洪水随机变量的分布特征。本文以加拿大魁北克省马达瓦斯克河流域的洪水数据为例，利用单一Copula函数构造两种混合Copula函数，采用粒子群算法和遗传算法求解混合Copula函数权重系数，并选择拟合最优的混合Copula函数进行洪水频率计算。结果表明：混合Copula函数的均方误差最大值分别为0.000567和0.000352，均小于单一Copula函数指标值，且由旋转Copula函数构成的混合函数效果更优。变量较大值组合发生时，混合Copula函数联合重现期计算结果小于单一Copula函数计算结果，同现重现期计算结果要大于单一Copula函数计算结果。
2021 Vol. 40 (12): 40-51 [
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52
基于主从博弈的风光蓄网短期优化调度
周永斐, 梅亚东, 谢凡仪, 余姚果
DOI: 10.11660/slfdxb.20211205
考虑到电网与清洁能源发电厂之间利益冲突明显，本文建立了基于主从博弈的网源短期优化调度模型。风-光-蓄联盟依据上网电价，以自身利益最大化优化出力策略，电网在考虑联盟策略的同时，以总成本最小化动态调整上网电价，最终达到网源利益均衡。提出基于自适应负荷变化的出力生成方法和动态惯性记忆策略的布谷鸟算法进行求解。利用湖北省网进行仿真，验证了方法有效性。结果表明，模型可适应不同典型日电力调度，弃风、弃光率分别降低15% ~ 37.2%和17.4% ~ 27.9%，促进了清洁能源消纳；剩余负荷均方差减少0.64% ~ 2.75%，改善了电网运行稳定性；均衡度均值增加2.37% ~ 5.36%，显著提高了利益分配均衡度和稳健性。
2021 Vol. 40 (12): 52-64 [
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65
基于生态径流指标的水文情势变化评估新方法
张松, 郭晓明, 周曼, 胡挺
DOI: 10.11660/slfdxb.20211206
基于流量历时曲线计算生态径流指标的方法存在诸多不足，也未形成相应的河流水文情势变化评估方法。采用流量过程线重新定义了月、季和年三种时间尺度的生态径流，构建了包含12个月生态盈余和12个月生态赤字的生态径流指标体系，提出了衡量这些指标在建库前后变化度的计算公式，基于月生态赤字发展了月生态风险评估方法，形成了一种河流生态水文情势变化评估方法。将其用于长江宜昌站，评估三峡工程在建库前后的生态水文情势变化。结果表明：重新定义的月、季、年生态径流之间消除了不一致性，香农多样性指数与年生态赤字的年际变化具有更高的相似度，变化度计算公式完全适用于衡量建库前后的变化程度，生态风险图使生态径流指标的实用性大为增强。
2021 Vol. 40 (12): 65-76 [
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77
自吸离心泵转速与自吸性能关系的研究
杨迎港, 牟介刚, 徐茂森, 吴登昊, 谷云庆, 周佩剑, 杨雪龙
DOI: 10.11660/slfdxb.20211207
为研究自吸离心泵不同转速下的自吸性能，探讨自吸性能与转速的关系，设计了透明自吸离心泵装置，并采用高速摄像机拍摄了自吸初期蜗壳内部的气液两相流流态的演变，记录了吸入管的液位变化。自吸离心泵自吸过程被分为吸入期、进水期和出水期，总结了吸入期和进水期转速对自吸时间的影响规律。试验结果表明，自吸离心泵在较低转速下，自吸时间与转速成反比，因为吸入期结束时气液分离腔内液位未达到最高，含气率是影响自吸性能的主要因素，转速越高，含气率越高，排气效率越高，自吸性能越好；而在较高转速下，部分转速区间内自吸时间与转速成正比，是因为吸入期未结束时气液分离腔内液位已达到最高，影响了排气效率，同时转速越高气体回流速度越快，气体不能及时排出，还出现自吸离心泵自吸未能完成的情况。研究说明了转速与进水管液位和气液分离腔内液位之间的关系，通过解释排气效率揭示了自吸离心泵转速与自吸性能的关系，研究成果可为自吸离心泵的转速设计提供参考。
2021 Vol. 40 (12): 77-86 [
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87
基于变形协调的黏土心墙坝岸坡比优化方法
李庆斌, 郭万里, 皇甫泽华, 武颖利
DOI: 10.11660/slfdxb.20211208
岸坡与坝体的变形协调问题是黏土心墙坝的重要工程问题，岸坡比则是变形协调的主要影响因素。为了从变形协调的角度对岸坡比进行优化设计，以前坪水库黏土心墙土石坝为例，基于有限元计算，分析了不同岸坡比对坝体变形协调性的影响，主要结论如下：（1）以坝体的最大沉降和变形梯度作为变形指标，以应力拱效应中的应力劣化度作为应力指标，以应力水平作为强度指标，这三类指标可以统称为坝体与岸坡的变形协调评价指标；（2）以岸坡稳定可靠性指标为安全控制指标，以削坡开挖土方量作为经济性控制指标，可以分别确定岸坡比的上、下边界，作为多目标优化分析的优化区间；（3）除变形协调评价指标外，同时引入安全指标，通过各指标功效函数之间的权重组合，对目标函数求极小值，可以实现对岸坡比的多目标优化设计。以所分析的黏土心墙坝为例，基于变形协调控制的优化坡角（坡比）为58°，能同时满足坝体与岸坡的安全性、经济性和变形协调性，表明所提出的岸坡比优化方法是合理的，能为设计提供科学依据。
2021 Vol. 40 (12): 87-95 [
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微生物拌和渗滤砂土固化试验研究
董帅, 徐国宾, 杨德锋
DOI: 10.11660/slfdxb.20211209
河道崩岸现象频发，严重威胁河流航运和两岸人民的生命安全。微生物矿化技术作为一种新型的土体改良技术，在河道护岸方面具有一定的应用前景。本文选用3种不同颗粒粒径范围的砂土进行微生物拌和渗滤固化，并基于无侧限抗压强度试验、碳酸钙含量、崩解率及吸水率测试，分析颗粒粒径、渗滤次数及拌和配比对微生物固化效果的影响，探究拌和法和渗滤法结合的固化机制。研究结果表明：拌和法在砂土试样中生成的碳酸钙大多起填充作用，胶结程度较低，而后续渗滤固化能够显著改善土体特性。拌和配比为2:8、粒径为0.3 ~ 0.6 mm时试样的固化效果较好，抗压强度最高可达1.86 MPa；试样的碳酸钙含量和抗压强度随渗滤次数增加呈非线性增长，而强度上限随粒径增大呈上升趋势。试验得出崩解率最低为2%，吸水率最低降至9.26%，较一般黏性土而言，固化试样抵抗水的侵蚀性较强且具有一定的渗水性，在河道护岸及施工工艺方面具有一定应用价值。
2021 Vol. 40 (12): 96-105 [
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高拱坝施工仿真参数EMD-P-ILSTM动态更新模型研究
王国浩, 余佳, 王晓玲, 肖尧, 乔雨, 任炳昱, 关涛
DOI: 10.11660/slfdxb.20211210
施工仿真参数更新是确保建设期施工进度仿真准确性的关键。但现有的参数更新方法难以对参数局部非线性和波动性变化特征进行学习和提取，更新精度有待进一步提高。为此，本文利用深度学习模型能够深度挖掘参数序列隐含信息的优势，采用分解-预测-集成的建模新思路，提出高拱坝施工仿真参数EMD-P-ILSTM动态更新模型。该模型利用基于自适应步长改进的天牛须算法对长短期记忆网络模型的超参数进行自动寻优，以提高建模效率。采用经验模态分解法将参数序列分解为多个平稳的子序列，并利用偏自相关函数自动选取各子序列的时间窗口。工程实例表明，相比于未改进的LSTM、BPNN、SVM和贝叶斯更新方法，本文模型能有效跟踪施工参数的复杂变化，具有更高的预测精度。
2021 Vol. 40 (12): 106-118 [
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缆机吊重海量监测数据的吊运混凝土模式识别
赵春菊, 资瑛, 周宜红, 刘全, 赵可欣
DOI: 10.11660/slfdxb.20211211
海量实时监测数据为缆机实际运行效率分析和工程现场调度优化提供了直接和可靠的研究基础。如何从庞杂的海量数据中准确快速地识别缆机的工作状态和吊运任务，从而提取吊运工作循环，是分析缆机吊运混凝土工作效率的关键问题。本文提出一种基于缆机吊重时序特征的吊运混凝土模式识别方法，以吊重的时序变化特征和状态区间平均吊重值定义缆机起吊、重载运行等工作状态，以工作状态的时序变化特征定义吊运混凝土模式；提取吊重参数的统计规律，定义模式识别标准模板，提出了“状态相似判别加状态罚函数”的吊运混凝土模式识别模型。针对两种特殊情况，即受大风或加速度影响造成缆索摆动时的吊重监测数据“假波动”，和缆机提升或卸料过程中意外停顿造成吊重的“假稳定”，本文构建了一种“孤点判别+多次迭代”的方法，修正状态识别结果。模型应用及工程实测数据分析表明，该模型能够快速准确地识别缆机工作模式、判别缆机吊运混凝土各工作状态的起止点、状态值和平均吊重，为缆机实际运行效率分析和调度优化等提供重要支撑。
2021 Vol. 40 (12): 119-128 [
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