水力发电学报
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2022年 41卷 1期
刊出日期：2022-01-25
1
大坝智能建造理论
李庆斌, 马睿, 胡昱, 皇甫泽华, 沈益源, 马金刚, 安再展, 张庆龙
DOI: 10.11660/slfdxb.20220101
本文回顾了大坝建造发展历程，总结了大坝智能建造的发展趋势和关键技术，梳理了大坝智能建造的关键问题与智能控制的关系，提出了大坝建造的智能控制理论，详细阐述了智能控制的概念、定义、特征、理论结构、要素，明确了“智能决策+自动控制”为智能控制的两大核心要素，构建了“自主感知与认知信息、智能组织规划与决策任务、自动控制执行机构完成目标”的大坝智能控制系统，并对其设计理念、组成要素、模块特征、应用层级进行了说明。本文所提出的智能控制理论为解决大坝建造过程中结构服役状态调控、全寿命周期安全性能评估、施工风险预测预警、成本造价控制难题，实现“高质、高效、安全、经济、绿色”的智能建设目标提供理论基础。
2022 Vol. 41 (1): 1-13 [
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14
基于增强现实的灌浆协同决策可视化研究
盖世聪, 余佳, 关涛, 任炳昱, 王晓玲, 吕明明
DOI: 10.11660/slfdxb.20220102
灌浆工程具有隐蔽性、专业性等特点，为提升灌浆质量，需要采用会商等手段进行灌浆协同决策。然而当前会商采用二维图纸或三维虚拟场景进行协同分析，缺乏物体纵深距离的真实空间维度，存在沉浸式交互不佳且决策信息共享不及时等问题。针对上述问题，本文提出基于增强现实的灌浆协同决策可视化方法，基于灌浆三维信息模型，以视觉惯性里程计技术为基础，实现虚拟模型与真实场景的融合与沉浸式交互分析；采用基于云端通信的状态同步法、锚点转移法和Vuforia增强图像识别技术，实现灌浆协同决策信息的三维沉浸式可视化共享。工程实例分析结果表明，本文提出的方法能够实现灌浆决策信息的沉浸式交互查询与跨区域协同决策，为灌浆过程控制提供了新思路。
2022 Vol. 41 (1): 14-24 [
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25
水电工程大宗物资对外交通方案优选方法
王浩, 喻文振, 刘全, 李飞羽, 高乔裕, 游川
DOI: 10.11660/slfdxb.20220103
水电工程对外交通运输方案成本投资估算困难、风险因素多，且交通网络空间分布复杂、数据繁多，另外运输方案还必须满足工程进度、运输量等要求，方案选择困难。为此，本文提出分阶段解决运输路径优化和方案优选问题的交通运输方案决策方法。首先针对大宗物资调运的多源路径优化问题，引入等效运费的概念综合反映物资调运费用和基建投资，采用最优路径算法基于等效运费选定备选方案。然后选取广义费用最小、运输历时最短及运输风险最低为决策目标构建多目标决策模型，利用层次分析法确定目标权重及通过逼近理想解排序法（TOPSIS）优选对外交通方案。最后工程实例给出了对外交通方案计算和优选过程及其技术优势，为水电工程对外交通方案决策提供了理论基础。
2022 Vol. 41 (1): 25-34 [
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35
基于伙伴关系的水利工程建设管理模型——以宁夏水利工程为实证案例
余自业, 张亚坤, 吴泽昆, 唐文哲
DOI: 10.11660/slfdxb.20220104
本文提出了基于伙伴关系的水利工程建设管理模型，从理论上建立了利益相关方合作管理、水利工程建设管理和信息技术平台之间的联系，可系统地指导建设管理绩效评价，以发现问题，持续改进。根据宁夏水利工程建设管理绩效评价结果，水利工程建设应：（1）建立各方合作机制，明确责权边界，公平分配利益和风险；（2）建立各阶段协同工作流程，并合理配置资源；（3）建立多视角多层次考核体系，评价项目实施过程与结果；（4）耦合建设管理信息技术平台与合作管理组织平台，支持各方高效处理信息、协同工作、决策和应对各种风险。
2022 Vol. 41 (1): 35-41 [
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42
打印工艺对3D打印混凝土层间黏结性能研究
徐辉, 孙晓燕, 王海龙, 蔺喜强
DOI: 10.11660/slfdxb.20220105
泵送挤出堆叠成型的打印工艺致使3D打印混凝土层间黏结性能成为结构分析要点。本文针对打印工艺参数并统计国内外试验数据，分析了3D打印混凝土层间弱黏结的影响机制，结合水泥水化过程建立了层间黏结强度随打印时间间隔的分阶段变化模型，明确了喷嘴形状、尺寸和高度对层间黏结的影响规律，提出了层间黏结强度随打印速度的退化模型，为3D打印混凝土工艺优化和流程改进提供理论参考和技术借鉴。
2022 Vol. 41 (1): 42-49 [
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50
自然潮差环境下混凝土渗透性稳定时间及机理
高延红, 郭宝玲, 汪蒙, 章玉容, 张俊芝
DOI: 10.11660/slfdxb.20220106
基于自然潮差环境下1160 d的暴露试验，测试并计算了在不同暴露时间后不同水灰比普通混凝土的氯离子扩散系数、水及本征气体渗透系数；提出了统一的混凝土渗透系数稳定时间的计算方法，并分析了水灰比对混凝土三种渗透性稳定时间的影响。同时，采用了核磁共振技术跟踪测得了不同水灰比混凝土的弛豫时间，并得到孔隙率等微观结构参数，分析了水灰比对普通混凝土渗透系数及其微观结构参数时变性的影响，最后探讨了两者稳定时间的关系。结果表明，普通混凝土三种渗透性及其稳定时间均随水灰比的加大而增加；混凝土孔隙率随暴露时间延长而降低的过程，与其渗透系数的时变性相似，且两者的稳定时间是相关的，其中混凝土水渗透性稳定时间与其孔隙率稳定时间最接近；混凝土贡献孔隙率（100 ~ 1000 nm）的演变特点与其孔隙率的是相类似的，但与其渗透性的稳定时间相关性更高。混凝土的氯离子即时扩散系数最先稳定，其次稳定的是水渗透性，气体渗透性最后稳定。
2022 Vol. 41 (1): 50-62 [
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63
土石坝料压实特性改进多输出预测模型研究
刘明辉, 王晓玲, 王佳俊, 岳攀, 杨凌云, 王晓龙
DOI: 10.11660/slfdxb.20220107
土石坝料压实特性对保证大坝施工质量至关重要。然而，当前坝料压实特性预测主要是对物理、力学和渗透压实特性的单输出回归预测，缺乏对各压实特性目标间相关性的考虑。针对上述问题，提出土石坝料压实特性的改进多输出高斯过程回归（IMO-GPR）预测模型。采用具有噪声的基于密度的聚类方法构建目标特定特征，对多输出高斯过程回归（MO-GPR）模型原始输入空间进行特征扩展，提高模型高维特征空间复杂映射关系解耦能力；同时，结合MO-GPR模型中的输出协方差系数矩阵，实现对多输出压实特性目标间相关性的有效考虑，以最终实现多输出压实特性精确预测。相比传统的高斯过程回归（GPR）、多输出极限学习机（MO-ELM）和MO-GPR模型，所提IMO-GPR模型的预测精度分别提高了24%、20%和17%，且对噪声干扰、数据异常、数据量少等情况具有更强的鲁棒性，为土石坝料压实特性分析提供了新思路。
2022 Vol. 41 (1): 63-73 [
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74
水工沥青混凝土直接拉伸力学性能试验研究
宁致远, 刘云贺, 孟霄, 董静, 宋志强
DOI: 10.11660/slfdxb.20220108
水工沥青混凝土的拉伸力学性能对深入研究高土石坝防渗体结构拉裂破坏等问题至关重要。针对现有水工沥青混凝土直接拉伸试验存在的问题，本文研发了可温控的直接拉伸试验装置，在-30 ~ 15 ℃环境中开展了直接拉伸力学性能试验研究；基于Mohr-Coulomb准则，分析了黏聚力和内摩擦角随温度变化的规律。试验结果表明：当温度小于0 ℃时，拉应力与应变大致呈线性关系，试件达到峰值应力随即断裂；当温度大于0 ℃时，试件达到峰值应力后经历了一定程度的塑性变形而后断裂，并随着温度的升高，塑性变形的范围越大。当温度由-30 ℃升高至15 ℃时，拉伸强度和黏聚力随温度的升高先增大后减小，温度为-20 ℃时，拉伸强度和黏聚力最大；拉伸模量随温度的升高而降低；峰值应变随温度的升高而增大；内摩擦角随温度的升高先减小后增大，温度为0 ℃时，内摩擦角最小；在拉伸荷载作用下，试件断裂面中骨料断裂的比例随温度的升高而减小。此外，本文提出的经验公式较好反映了拉伸强度、拉伸模量、峰值应变、黏聚力及内摩擦角随温度变化的规律，与试验结果吻合较好。
2022 Vol. 41 (1): 74-83 [
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84
软岩堆石料降雨湿化变形试验研究
贾伟, 张延亿, 樊恒辉, 邓刚, 陈含, 张茵琪
DOI: 10.11660/slfdxb.20220109
软岩堆石料受外部降雨引起的填筑体湿化变形显著，对工程变形控制和运行安全带来挑战。本文分析了降雨条件下材料湿化应变基本规律，发现早期降雨湿化应变占比较高，且与时间的关系可用双曲线较好描述；探讨了单次降雨材料湿化应变发展规律，发现前期单次降雨时湿化应变随时间的变化也具有双曲线特点；同时分析了降雨强度对整体湿化应变规律的影响，结果表明随降雨强度增大，材料湿化应变速率增加，但应变量值却有一定程度的下降。此外，也研究了降雨强度对单次降雨湿化应变的影响，建立了基于降雨条件的非饱和入渗双曲线湿化变形计算模型，基本能反映降雨导致的软岩堆石料湿化变形规律。
2022 Vol. 41 (1): 84-91 [
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南方电网水-火电合作博弈及关键影响要素分析
王淏, 高进宇, 于洋, 赵建世
DOI: 10.11660/slfdxb.20220110
火电是我国目前主要的电力供给来源，但其带来的环境污染较为严重；我国西南水电资源丰富，但存在严重的弃水弃电问题。降低水电和火电的竞争矛盾将同时有利于高效利用能源和降低碳排放。本文以澜沧江水电为例研究南方电网水电-火电合作博弈，构建了梯级电站优化调度模型和水电-火电合作博弈模型，提出了改进的夏普利值法用以利益分配，结果与现实情况符合较好。在此基础上，分析了水文丰枯、煤炭价格、绿证配额等关键要素对博弈的影响。结果表明，天然来水增多和绿证配额提升能增大合作空间；煤炭价格变动对整体利益影响不大；当考虑环境成本时水电公司将明显获益。建议尽快完善绿证制度，以增大水电火电合作空间，促进碳达峰和碳中和目标实现。
2022 Vol. 41 (1): 92-102 [
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泄洪洞下游低频噪声数值模拟预测研究
王孝群, 练继建, 马斌, 杜帅群
DOI: 10.11660/slfdxb.20220111
针对泄洪洞泄洪时下游环境中的低频气压脉动强度预测问题，通过紊流数值模拟，分析了泄流流速分布特征，开展了涡结构识别，研究了涡量脉动特性，并结合涡声理论对如美水电站多洞联合泄洪工况进行了泄洪诱发低频气压脉动预测。结果表明：涡结构主要分布在泄流水舌入水点及其下游，即水流剪切作用剧烈的部位，水垫塘存在大量的发卡涡和马蹄形涡等大尺度涡结构；涡量脉动在0 ~ 2 Hz范围内存在多个优势频率，泄洪涡量脉动可能诱发相应频率的低频气压脉动；各工况下预测声压级最高可达140 dB以上，但声波在水-气界面及雾化液滴耗散作用下，水垫塘周边1 km范围内，衰减后的低频声压级最大约122 dB。
2022 Vol. 41 (1): 103-112 [
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尾水管空腔涡对抽水蓄能电站系统稳定性的影响
晏文杰, 杨桀彬, 张战午, 曾艳梅, 杨建东
DOI: 10.11660/slfdxb.20220112
抽水蓄能电站在我国发展势头强劲，但发电工况中由尾水管空腔涡导致的机组功率振荡现象频发，严重危及电站和电网安全。本文为了研究空腔涡对输水发电系统稳定性的影响，从一维频域角度，分别构建了包括空腔涡在内的单管单机调节系统的传递函数和一洞两机系统的总体矩阵，并进行相应的稳定性计算分析。结果表明：与调速器影响相比，空腔涡影响对输水发电系统的稳定性起着决定性作用。当空腔涡诱发功率振荡时，系统不存在稳定域；当系统受到空腔涡影响却不足以发生功率振荡时，存在与无空腔涡时基本相同的稳定域。但空腔涡参数量级很小，随时可能因机组运行工况的变化而变化，进而诱发功率振荡。这为实际电站运行避免空腔涡引起系统失稳提供了理论依据。
2022 Vol. 41 (1): 113-122 [
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