水力发电学报
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2022年 41卷 2期
刊出日期：2022-02-25
1
特约论文：黄河流域人水关系作用机理及和谐调控
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左其亭, 李佳伟, 于磊
DOI: 10.11660/slfdxb.20220201
人水关系复杂且涉及要素众多，探究人水关系作用机理，针对人水关系存在的问题提出和谐调控路径具有重要意义。本文以黄河流域为例，从人文系统与水系统的自身复杂性、耦合系统复杂性、相互作用复杂性三方面阐述了人水关系的复杂性；分析了人水关系作用过程，基于人水系统互馈作用关系揭示了人水关系作用机理，总结了现阶段黄河流域人水关系存在的问题；提出了利用和谐调控解决人水关系问题的基本思路和理论方法。“黄河分水”和“区域水资源与经济社会和谐平衡”两个实例应用研究结果表明，面对黄河流域复杂的人水关系，利用和谐调控理论方法可优化流域分水方案，提高区域和谐水平，促进人水关系和谐发展，为解决人水关系问题提供了有效的手段。
2022 Vol. 41 (2): 1-8 [
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9
气象干旱到不同等级水文干旱的传播阈值——以沁河流域为例
刘永强, 黄生志, 郭怿, 刘永佳, 李紫妍, 黄强
DOI: 10.11660/slfdxb.20220202
系统量化气象干旱到不同等级水文干旱的传播阈值对水文干旱早期预警与精细化管理具有指导作用。本文以黄土高原沁河流域为例，采用标准化降水指数和标准化径流指数表征气象干旱、水文干旱，运用游程理论识别干旱事件，并对干旱事件进行合并、剔除及气象干旱与水文干旱事件的匹配，同时使用贝叶斯网络结合Copula函数构建模型求解气象干旱到不同等级水文干旱的传播阈值。结果表明：随着水文干旱等级的升高，气象干旱到水文干旱的传播阈值增大，在传播过程中气象干旱强度削弱；沁河流域引发中度、重度及极端水文干旱对应的气象干旱历时阈值分别为12.8月、21.8月、30.9月，烈度阈值分别为14.2、22.4、30.0；沁河流域耐旱能力强与流域气象及下垫面条件有关。
2022 Vol. 41 (2): 9-19 [
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20
考虑余留效益的水库长期优化调度图集及应用
艾学山, 穆振宇, 郭佳俊, 陈森林, 杨百银, 高志云
DOI: 10.11660/slfdxb.20220203
优化调度图是水库优化调度的重要工具，余留效益是制约水库中长期优化调度效果的关键因素。本文基于水库坝址历史流量信息，计算水库年末蓄水的长期余留效益；然后根据各时段的来水流量量级及频率，应用动态规划方法，从年末逐时段逆序计算各时段初不同水位的最优期望效益；再建立各时段在时段初水库所处不同水位时，多种典型来水情况下的最优决策图，构成水库长期发电优化调度图集。老挝南欧江七级水电站实例研究结果表明，利用本方法开展水库长期优化调度，原理清晰，操作简单，效益比常规调度和调度函数分别提高了1.03%和0.87%。本方法充分利用水库历史径流信息和预报流量信息，考虑了水库决策对余留效益的影响，为水库长期优化调度决策提供了新的途径。
2022 Vol. 41 (2): 20-30 [
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31
水库汛限水位控制多目标协同决策研究
李晓英, 张琰, 童泽淳
DOI: 10.11660/slfdxb.20220204
水库汛限水位分期控制是提高洪水资源利用效率有效途径。利用圆形分布法进行汛期分期；确定汛限水位分期控制的效益、风险指标集，建立风险效益多目标协同决策模型。计算各指标集效用函数，确定赢得函数值及可达效用集合，利用非线性规划求解理想Nash协商解。根据模式识别理论确定最优方案，以现状点作为风险效益协商决策基点，通过调整现状点实现对风险效益的偏好。以响洪甸水库为例，首先考虑风险效益同等看重情况，水库前、后汛期最优汛限水位分别为127.0 m和126.5 m。增加风险现状点取值实现前汛期对风险的偏好，风险赢得函数值提高，前汛期最优汛限水位随之降低；增加效益现状点取值实现后汛期对效益偏好，效益赢得函数值提高，后汛期最优汛限水位随之升高。
2022 Vol. 41 (2): 31-42 [
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43
排水系统中雨水检查井局部水头损失分析
刘妍, 夏军强, ZHANG Hao, 周美蓉, 董柏良
DOI: 10.11660/slfdxb.20220205
在对排水系统中的排水管道进行设计时，除沿程水头损失外，局部水头损失也会在特定情况下占比较大，同样不可忽略。为此，根据排水管道及雨水检查井模型的试验数据，计算了不同工况下雨水检查井的局部水头损失系数，并对计算结果进行了分析。分析结果表明：雨水检查井主支管流量比对局部水头损失系数的影响较大，为主要影响因素。随流量比的增加，局部水头损失系数增幅可达1.2；雨水检查井形状及主支管接合角度为非主要影响因素，二者对局部水头损失系数的影响均小于0.2，下游水深及出流总流量对雨水检查井局部水头损失系数几乎不产生影响；所得结果与已有成果的对比分析表明，设置对称侧支管可减小雨水检查井的局部水头损失。该结果有助于深入认识雨水检查井局部水头损失的变化特点，为实际工程中优化城市排水系统设计、完善城市洪水管理方案提供计算依据。
2022 Vol. 41 (2): 43-54 [
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事故闸门爬行振动数值反演与影响因素分析
王延召, 徐国宾, 刘昉
DOI: 10.11660/slfdxb.20220206
为研究事故闸门爬行振动特征和影响因素，基于原型闸门闭门过程中的振动响应，分析闸门振动特性，确定振动类型。通过类比摩擦学中的干摩擦自激振动，建立事故闸门闭门过程中的振动数值模型，反演闸门振动响应过程，探究闭门速度、闸门质量和摩擦系数等因素对闸门振动的影响。结果表明，事故闸门爬行振动是一种特殊的自激振动，其振幅随闸门开度减小而逐渐增大。闸门与轨道间的动静摩擦转化是引起爬行振动的最根本原因，振动响应强度与面板水推力和动静摩擦系数差值成正比。闭门速度对振动影响较大，存在临界闭门速度，可用于区别闸门是否出现爬振，且临界闭门速度与静摩擦系数有关。闸门质量影响钢绳索初始变形量和闭门时间，进而对爬行振动产生影响。闸门下落闭门，钢绳索长度增加，系统刚度减小，导致振幅和周期增大。
2022 Vol. 41 (2): 55-62 [
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63
考虑分级振动区的水电站厂内经济运行研究
刘瑞, 王义民, 畅建霞, 马长宏, 顾琦, 巴贵, 马大海, 旦增晋美
DOI: 10.11660/slfdxb.20220207
水轮发电机机组振动区是影响水电站厂内安全运行与经济运行的核心所在。本次研究采用机组分级振动区思想，根据机组承担不同负荷时的振动程度，划分机组振动区为禁止运行区、不建议运行区和稳定运行区，在此基础上，建立了考虑机组分级振动区的水电站厂内经济运行模型，并采用粒子群优化算法进行求解。以藏木水电站为例，厂内经济运行结果表明：以电定水模式下，综合考虑机组分级振动区影响比仅考虑机组禁止运行区影响时，全厂耗水量增加0.69%，但机组运行更为稳定，振动程度更小。考虑机组分级振动区的厂内经济运行模型更为契合水电站经济运行以安全运行为前提的实际思想。
2022 Vol. 41 (2): 63-71 [
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应力棒法计算转轮不平衡力矩的修正
杜芝鹏, 吴建杰, 刘念, 尹仲凯
DOI: 10.11660/slfdxb.20220208
残余不平衡力矩值是评价水轮机转轮制造质量的关键指标。在转轮常用的应力棒法静平衡系统中，通过平衡方程式计算得到的转轮偏重力矩通常与真实配重存在较大的偏差，从而影响转轮真实残余不平衡力矩的计算。首先通过对平衡系统的真实平衡状态分析，指出了应力棒测杆的弯曲变形会导致应力棒所受力矩与转轮真实偏重力矩不等。然后根据工程应用提出集中变形和微小变形前提条件，据此分别推导出了应力棒固定端低于和高于转轮质心时所受弯矩与转轮真实偏重力矩之间的修正计算公式。最后，通过实例分析证实了采用修正公式后可有效减少计算误差。本文的分析及结论对提升转轮的制造质量和关键性能有重要的指导意义。
2022 Vol. 41 (2): 72-78 [
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干湿循环下红土力学性质劣化的多尺度试验
袁志辉, 唐春, 杨普济, 甘建军
DOI: 10.11660/slfdxb.20220209
针对干湿循环下红土力学性质劣化的多尺度效应，开展了重塑红土的压汞试验、扫描电镜试验、细观裂隙试验和三轴剪切试验，分析了土体微细观结构损伤及宏观力学性质劣化规律，探讨了土体力学性质劣化的多尺度机制。研究结果表明：（1）重塑红土微观结构受干湿循环影响损伤明显，土颗粒丰度稍有增加，颗粒多被改造为近圆形和圆形；颗粒定向频率有所变化，整体为各向同性，局部存在优势方向；颗粒面积概率分布指数增大，向更小颗粒改造；土体孔隙总体积增大，小孔隙向大、中孔隙转化为主，孔隙总体积的增加参与了孔隙转化，是大、中孔隙增加的主要来源；（2）干湿循环作用下，重塑红土细观裂隙演化经历了增湿启裂期、循环发育期和后期稳定期，裂隙率和裂隙宽度发育集中于前5次干湿循环，后期趋于稳定；（3）干湿循环下，重塑红土抗剪强度劣化显著，其中黏聚力呈反“S”型衰减，主要集中于前5次干湿循环，后期趋于稳定；内摩擦角基本呈线性减小，减小幅度不大。综合上述分析结果，重塑红土力学性质劣化的多尺度机制可概括为：干湿循环作用引起土体孔隙总体积的膨胀势、孔隙扩张和贯通弱化的基质势、胶结物质被溶解削弱的胶结强度和水分反复迁移改变的颗粒结构共同使得土体微观结构损伤，进而诱发土体微观裂隙扩展成细观裂隙，造成土体完整度退化，导致土体宏观力学性质劣化。
2022 Vol. 41 (2): 79-91 [
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预测混凝土断裂参数的最佳拟合成熟度法
米正祥, 李庆斌, 胡昱
DOI: 10.11660/slfdxb.20220210
为了准确预测变温环境下混凝土的断裂参数，分析了混凝土各断裂参数所对应的活化能随龄期的变化规律，提出了预测混凝土断裂参数的最佳拟合成熟度法，验证了所提方法的合理性，讨论了断裂参数预测精度对活化能和基准温度的敏感性。研究结果表明：不同断裂参数对应的活化能不相等、给定断裂参数在不同发展阶段的活化能不相等、由不同温度范围所确定的活化能也不相等；应用最佳拟合法确定的活化能（或基准温度）能够准确地预测混凝土各断裂参数；最佳拟合活化能（或基准温度）随温度范围和断裂参数的变化而变化，没有唯一或固定的最佳活化能（或基准温度）可用于预测不同温度下混凝土的断裂属性。
2022 Vol. 41 (2): 92-101 [
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基于时序分解与机器学习的渡槽变形预测
赵鹏远, 王仁超, 马钰明
DOI: 10.11660/slfdxb.20220211
南水北调工程中渡槽的安全监测对保证其长距离输水的稳定具有重要的意义。为解决目前渡槽变形预测中原型观测资料挖掘不充分的问题和进一步提升预测的精度，本文提出了一种基于时序分解和机器学习的渡槽变形预测方法。该方法首先使用奇异谱分析法将渡槽变形监测数据分解为周期分量、趋势分量和剩余分量三部分，使用核极限学习机对周期分量和趋势分量进行预测，使用长短期记忆网络结合相空间重构理论建立剩余分量的预测模型，将预测结果叠加，建立渡槽变形组合预测模型。以双洎河支渡槽的变形监测数据为例，验证了该模型的性能。结果表明，所提出的组合预测模型具有较高的精度，并且具有一定的鲁棒性，为渡槽的安全监测提供了新的技术方法。
2022 Vol. 41 (2): 102-112 [
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水电工程复杂场景施工资源定位管理技术研究
樊启祥, 林鹏, 谢亮, 刘元达, 朱强, 李果, 辜斌, 魏鹏程
DOI: 10.11660/slfdxb.20220212
提高工程管理者对施工资源的品质和状态的感知、快速反应能力一直是工程建设管理的重点和难点。开展大型水电工程建设复杂场景施工资源定位技术研究，具有重要意义。本文依托西南乌东德、白鹤滩水电工程现场测试和实践，以基站、LBS、GPS/北斗+实时差分（RTK）和低功耗蓝牙（BLE）等定位技术作为研究对象，提出了满足不同场景、不同作业定位精度和通信响应速度的混合定位技术模型及体系；构建了基于GIS与建筑物空间布置及结构特性相结合的电子地图，将工程区按照施工作业与项目管理的要求进行网格化分，搭建现场定位的端、网、云系统，实现基于施工资源实际位置的多端精细化、个性化、定制化三维动态实时管理。研究结果表明，水电工程建设管理的数字化、智能化转型需要定位技术的发展与支撑，研究成果可供类似基础设施工程的建设管理借鉴。
2022 Vol. 41 (2): 113-124 [
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