水力发电学报
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2022年 41卷 3期
刊出日期：2022-03-25
1
淹没植被浅水明渠流的非对数流速分布规律
毛冉冉, 程年生
DOI: 10.11660/slfdxb.20220301
随着对生态环境的日益重视，有关植被的水力学研究近年来进展迅速。对于淹没植被，现有的研究一般认为植被表层水流仍满足对数分布。但在浅水情况下，表层水流流速明显偏离对数规律。本文首先通过改变表层水深、植被杆径和密度，开展了淹没植被浅水明渠流多工况水槽实验，并运用激光多普勒测速仪对垂线流速分布进行了测量；然后结合Prandtl紊流掺混理论，探讨了浅水情况下掺混长度沿水深的变化规律，并推导出非对数形式的流速分布公式。与实验资料的比较结果表明：理论公式能较好地描述淹没植被条件下浅水明渠流的流速分布规律。
2022 Vol. 41 (3): 1-8 [
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9
赣江尾闾河网地形变化对洪季水动力的影响
白玉川, 李晓文, 徐海珏, 宋晓龙
DOI: 10.11660/slfdxb.20220302
为探明在新水沙条件和人类活动的影响下赣江尾闾河网地形变化与洪季水动力特征变化的关系，以1998—2020年为研究时段，基于1998、2013、2020年河道地形，分别建立一维河网数学模型，复演赣江98特大洪水，研究不同时期地形变化对洪季水动力特征的影响。结果表明：赣江尾闾河网的整体下切使水位流量关系右移，洪期各支洪峰流量整体增加，相同水位下，外洲站来流增幅超过50%。1998—2020年期间，南支地形下切幅度大于其他各支，地形不均匀下切导致尾闾河网节点分流比改变，整体上主支与南支分流增多、中支与北支分流减少。各支流速变化剧烈，主支下游流速增幅超过1 m/s。本研究可为河道整治规划、堤坝防护和灾害预防提供一些技术参考。
2022 Vol. 41 (3): 9-21 [
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22
东部季风区不同地貌类型试验流域洪水研究
刘悦, 张建云, 鲍振鑫, 贺瑞敏, 刘翠善, 王国庆
DOI: 10.11660/slfdxb.20220303
基于位于中国东部季风区的安徽省城西（丘陵区）和黄山（山区）试验流域实测资料，分析了不同地貌类型条件下的场次洪水特性，同时利用基于地形的水文模型Topmodel对两个试验流域进行次洪模拟，探讨该模型在长江下游东部季风区的适用性。结果表明：在年尺度和场次尺度上黄山试验流域的径流系数均高于城西试验流域；对于同一天气过程，城西试验流域洪水的涨水历时大于黄山试验流域，而洪水历时受面积、坡度、土地利用和河网分布等多重因素影响具有不确定性；利用Topmodel进行次洪模拟的纳什效率系数（NSE）均值达0.77，各模拟时段的平均相对误差控制在14%以内，模型在山区的适用性高于丘陵区。
2022 Vol. 41 (3): 22-31 [
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32
基于随机森林遥相关因子选择的月径流预报
熊怡, 周建中, 贾本军, 胡国华
DOI: 10.11660/slfdxb.20220304
流域径流过程与大尺度气候因子之间存在遥相关关系，如何从众多的水文、气象、大气环流及洋流等因子中找出与径流密切关联的因子，是中长期径流预报的一个难题。将基于贝叶斯优化的随机森林模型应用于对水文、气象、气候因子构成的高维度因子集进行因子选择，根据变量重要性评分挑选对月径流影响较大的预报因子，构建广义回归神经网络、极限学习机、支持向量回归径流预报模型。将该方法应用到金沙江流域，相较于线性相关法，基于随机森林输入因子选择的方法提高了模型泛化性能；遥相关因子的引入既实现了流域月径流高精度预报，又从物理机制上提供了支撑。
2022 Vol. 41 (3): 32-45 [
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46
基于多因素相似性的融雪径流预报方法研究
闻昕, 陈然, 谭乔凤, 施颖, 丁紫玉
DOI: 10.11660/slfdxb.20220305
融雪径流是高寒山区水循环的重要组成，其预报对流域水资源综合利用具有重要意义。本文基于流域产汇流机理和冰川积雪融化相关研究，融合物理成因分析和数据挖掘技术的优势，建立基于多因素相似性的融雪径流预报模型，并提出滚动预报方案，实现了7日预见期内逐日径流滚动预报。研究成果在雅砻江干流新龙站的应用表明：对于考虑正积温方案，3 d预见期的平均相对误差小于17%，纳什系数达到0.89；7d预见期的平均相对误差小于21%，纳什系数达到0.83。相比于无正积温方案，3 d、7 d预见期的平均相对误差分别降低2%、6%，纳什系数分别提高0.03、0.08。该方法可定量挖掘一线业务人员“参考过去预测未来”的经验，提供可解释的径流预报结果，能够有效提高径流预报精度、延长预见期。
2022 Vol. 41 (3): 46-59 [
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60
基于深度学习的三峡水库实时防洪调度模型
徐刚, 舒远丽, 任玉峰, 吴碧琼
DOI: 10.11660/slfdxb.20220306
水库实时调度需要考虑多种约束条件及综合目标，具有较高复杂度。本文以三峡水库实时防洪调度为研究对象，提出一种基于深度学习的水库实时防洪调度模型。研究模拟三峡水库实时调度过程，生成训练样本数据。基于样本数据生成高维张量输入数据，通过网络参数训练提取高维数据特征以学习拟合水库实时调度模式。基于深度卷积神经网络实时调度模型在训练过程中提取闸门数据特征，模型中采用强化学习算法，迭代优化模型参数，随着样本数据不断更新，通过在线学习实现最优调度决策。实例研究表明，水位实时控制和下泄流量实时控制模型模拟的下泄流量与实际数据相对误差分别为1.4%和1.0%左右，该深度学习模型有较好的收敛性，能够应用于水库实时调度。
2022 Vol. 41 (3): 60-69 [
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70
1960—2020广东汛期降水的时空变异性分析
黄亦轩, 徐宗学, 陈浩, 付铁文, 万东辉
DOI: 10.11660/slfdxb.20220307
城市内涝等灾害会给人民生命财产和社会经济造成巨大损失，而其主要驱动因子为降水，因此科学、全面认识降水量的分布规律及发展趋势对城市防洪减灾至关重要。本文采用广东26个站点1960—2020的月降水数据，基于空间插值、Mann-Kendall检验、滑动t检验和小波分析等方法，对广东汛期降水的空间变异性、趋势性、突变点与周期性进行分析。研究表明广东按站点月降水量的峰值特征可分为四个降水类型区，各月之间、沿海与内陆降水量年际变化不同步，并阐明了前、后汛期降水高值中心与低值区的空间转移过程。按沿海/内陆-前/后汛期分组分析，对各组降水年际变化判定了趋势和显著性突变点，并识别了各个最强周期尺度下的主周期。
2022 Vol. 41 (3): 70-82 [
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基于遗传-支持向量回归的离心泵性能曲线预测
罗会灿, 周佩剑, 吴登昊, 牟介刚
DOI: 10.11660/slfdxb.20220308
针对离心泵多工况下性能预测不准确的问题，提出了一种基于遗传算法和支持向量回归的离心泵多工况性能预测模型。从35组离心泵性能曲线中提取673组多工况性能数据作为本次试验的样本，选择其中538个样本作为训练数据，135个样本为测试数据。选取比转速为32.2、47.2、58.7、92.8、128.2的5台离心泵，分别对其6个不同工况下的扬程和效率进行预测，最后与试验结果进行对比。对比结果表明，所提出的遗传-支持向量回归模型能有效的预测离心泵不同工况下的性能。其中，5台离心泵的扬程和效率的平均相对误差分别为0.49%、3.76%，而神经网络模型预测的扬程和效率的平均相对误差分别为1.12%、4.66%，平均相对误差同比上升128.57%、23.94%。
2022 Vol. 41 (3): 83-91 [
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高比转速轴流泵叶轮与导叶的正交试验优化
赵勇, 董威, 肖业祥, 汪程鹏, 王东, 王生辉
DOI: 10.11660/slfdxb.20220309
高比转速轴流泵广泛应用在防洪排涝等特殊场合，但其水力效率普遍偏低。为提高其水力效率，并达到节能效果，本文对比转速为1400轴流泵的叶轮与导叶采用正交试验进行水力优化，并探究优化前后泵的内流特性。先对轴流泵叶轮和导叶的几何形状进行参数化解析，对参数化后的控制尺寸设置控制因素，以水力效率为指标设计正交试验，并对正交试验结果进行极差分析，获得影响轴流泵水力性能的关键因素。依据关键因素下的相应水平，调整叶片翼型几何参数，获得叶轮与导叶正交试验优化后结果。结果表明，优化后的叶轮与导叶段的脱流与回流涡等现象均得到有效改善，且叶轮表面压力集中区域扩大，做功能力得到提高，使叶轮、导叶及出水管段的水力损失显著降低。正交试验得到的最终优化方案较于原型泵，其水力性能的水力效率提高了13.22%，且扬程提高至设计指标6.3 m。
2022 Vol. 41 (3): 92-100 [
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101
分布式供水泵群水锤防护计算研究
仇为鑫, 潘益斌, 张健
DOI: 10.11660/slfdxb.20220310
为减轻分布式泵群停电产生的负水锤对供水系统的危害，提出了一种单向塔和空气阀联合防护的方案，明确了单向塔的防护效果，给出了主管集中段设置空气阀的基本公式，并以坦桑尼亚城市供水工程为研究对象，通过数值模拟的方法，验证了其合理性。研究结果表明：单向塔和空气阀的联合防护相较于单一的单向塔防护，效果更好，可以大幅减少工程造价；单向塔直径和连接管直径均需结合实际工程进行参数优选。
2022 Vol. 41 (3): 101-112 [
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强夯施工夯坑位置实时监测技术
刘全, 李飞羽, 张宏阳, 金银龙, 高乔裕
DOI: 10.11660/slfdxb.20220311
强夯基础加固过程中，实际夯坑位置符合设计要求是保证地基加固效果的前提。针对传统强夯施工人工放样确定夯坑位置方法中存在效率低及成果校核困难等多方面的问题，提出了一种基于GNSS和地磁传感器的夯坑位置实时计算方法，研发了相应的夯坑位置实时监测系统。实现了强夯施工过程中夯坑位置实时精确定位。通过架设在夯机上的GNSS定位设备监测设备中心位置，同时利用磁方位角传感器获取夯坑相对于夯机的方位数据，进而对夯坑位置进行全过程、全自动的实时监测。针对时序夯坑位置信息离散的问题，采用空间聚类分析提取夯坑精确定位信息。以白鹤滩水利枢纽移民安置工程强夯施工实测数据为例，对该方法进行验证。结果表明，该技术能够有效确定夯坑坐标，提高了夯坑定位的智能化水平和效率，为强夯施工质量评价提供了有效依据。
2022 Vol. 41 (3): 113-122 [
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联合时序分解和深度学习的高土石坝变形预测
侯伟亚, 温彦锋, 邓刚, 张延亿, 陈辉
DOI: 10.11660/slfdxb.20220312
针对高土石坝变形监测时间序列复杂的非线性、非平稳性等特点，提出了一种沉降变形预测的组合方法，可更好兼顾土石坝变形的长期发展趋势和波动特性。利用基于局部加权回归的季节性趋势分解法将变形监测历史数据分为趋势、周期和残差分量；采用长短期记忆神经网络模型分别学习趋势、周期和残差序列趋势特征并预测，汇总各分量预测结果得到大坝位移的预测值。为定量评价和比较预测结果，引入三个评价指标，并将预测结果与季节性差分自回归滑动平均模型、长短时记忆神经网络模型及其组合模型的预测结果进行对比分析。本文联合时序分解和深度学习的组合模型具有更高的预测精度和较好的稳定性，能够较好体现土石坝变形的长期趋势和随水位的波动特性。
2022 Vol. 41 (3): 123-132 [
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133
基于改进LDA的水电工程进度管理文本智能分析
李明超, 吕沅庚, 田丹, 沈扬
DOI: 10.11660/slfdxb.20220313
进度控制是水电工程管理的重要任务，及时总结进度管理信息有助于工程进度计划的制定与调整。水电工程建设中的进度信息多以半结构化、非结构化的文本形式呈现，增加了信息提取难度，实现水电工程进度文本信息自动化与智能化挖掘是当前亟待解决的问题。本文提出基于改进LDA的水电工程进度信息智能提取方法，智能提取进度管理文本中的关键信息。该方法基于传统LDA模型针对吉布斯采样机制，充分考虑词语间的关联关系，将原有随机单个采样过程改进为以共现度为基准的词对采样，强化了词语间的语义关联，提高了主题词语间的紧密性以及主题词语对主题描述的准确性。将所提出的方法应用于实际水电工程，对221份水电工程施工监理周报进行分析，共提取12个主题的工序关键词，并依照计算结果提取出主副工序；结果表明，改进LDA主题模型在水电工程进度文本工序特征词提取效果优于传统LDA主题模型，有助于提高工程施工进度关键工序词提取与信息挖掘效率，为水电工程施工智能化管理提供了新的手段。
2022 Vol. 41 (3): 133-141 [
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142
基于物质点法模拟分层加筋边坡离心模型试验
郭政豪, 费建波, 介玉新
DOI: 10.11660/slfdxb.20220314
加筋土边坡的破坏涉及大变形问题，传统的有限元法由于网格畸变带来的数值问题，难以模拟加筋土边坡的破坏。目前关于加筋土边坡破坏的数值模拟研究比较少。物质点法适合模拟大变形的问题。而如何使用物质点法模拟筋材和土的相互作用是一个挑战。本文借鉴杂交物质点有限元法的思路，编写程序模拟了加筋土边坡破坏的离心模型试验。离心试验加速度增加过程中土工布的最大应变、加筋边坡破坏时的滑动面位置、滑体形状模拟结果与试验结果基本一致，边坡最右侧竖向应力模拟值与理论估计值吻合，较好地模拟了加筋边坡的主要特征，验证了方法的可行性，是使用物质点法模拟加筋土大变形问题的一次成功尝试。
2022 Vol. 41 (3): 142-150 [
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