水力发电学报
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2022年 41卷 5期
刊出日期：2022-05-25
1
全球重点国家和区域水电开发程度对标分析
夏婷, 郑声安, 任艳, 韩冬
DOI: 10.11660/slfdxb.20220501
中国水电开发程度以及发展阶段存在说法不一、比较概念模糊、数据来源和统计口径不清等问题。为了准确判断中国水电的发展阶段及在全球所处水平，基于国际较为权威的水电资源量和发展现状统计数据，系统对比了中国与其他重点国家和区域的水电开发程度。中国水电技术可开发量达到2740 TWh·a-1，占理论蕴藏量比例为44.3%，水电资源丰富且开发条件较好。从重点国家和区域的对比来看，中国水电技术开发程度达到48.2%，在资源量前十和装机量前十的国家中仅次于美国，高出发达国家平均水平4.6个百分点。虽然总体开发程度较高，但中国西南区域部分河流水电开发程度仅为16%，调节性能较好的抽水蓄能电站在电力装机中比例仅为1.4%，存在区域发展不平衡、抽蓄作用偏弱等问题。新形势下，中国水电应重点推进西南流域重点区域常规水电开发，并加快推进抽水蓄能电站的规模化建设。
2022 Vol. 41 (5): 1-11 [
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12
激光跟踪仪在乌东德机组安装工程中的应用
刘宇鉴, 蒋华平, 陈佳睿
DOI: 10.11660/slfdxb.20220502
激光跟踪仪的出现与推广应用为水轮发电机组安装工程突破精密测量工作的技术瓶颈，进一步提高施工质量水平和作业效率提供了一个良好的契机。在乌东德水电站机组安装工程中，激光跟踪测量技术获得了广泛的应用。工作中，通过对工作软件的二次开发，并研制专用工装，使该项技术充分适应机组安装工艺流程，保证了现场精密测量工作顺畅实施。工程实践表明，相较于传统测量方法，该项技术在测量精度、可靠性、作业效率等诸多方面具有显著优势。本文最后指出此项技术的推广应用将带来水轮发电机组安装工程领域深刻的技术革新，而形成一整套新的施工工艺流程和施工组织模式是此项工作的重点和难点。
2022 Vol. 41 (5): 12-20 [
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21
兼顾四大家鱼产卵需求的梯级水电站生态调度
戴凌全, 戴会超, 李玮, 汤正阳, 任玉峰, 常曼琪
DOI: 10.11660/slfdxb.20220503
为实现流域梯级水电站水资源高效利用，以金沙江下游溪洛渡-向家坝梯级水库生态调度为例，通过已有研究成果以及实测数据推求四大家鱼产卵所需的适宜生态流量，构建梯级水库长短期耦合双层优化模型，上层模型采用非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）求解，下层模型采用遗传算法求解，进而提出兼顾四大家鱼产卵流量需求的梯级水库日调度方案。结果表明：与常规调度相比，当以促进四大家鱼产卵为主要目标时，调度期内（5—6月）梯级水库发电量减小1.91亿kW·h，减幅为1.76%；同时生态流量契合度增大0.123，有效洪水上涨作用期累计可达12 d，可较好地促进四大家鱼产卵。研究成果可为制定面向下游河道四大家鱼产卵的梯级水库生态调度方案提供参考依据。
2022 Vol. 41 (5): 21-30 [
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31
白鹤滩拱坝初期蓄水库岸变形机理研究
徐建荣, 王兴旺, 王建新, 何明杰, 张伟狄, 刘耀儒, 杨强
DOI: 10.11660/slfdxb.20220504
高拱坝蓄水期间均监测到一定程度的库岸变形，且变形量值和变形规律不一，这对超静定结构的高拱坝的工作性态和长期安全造成一定程度的影响。本文对白鹤滩拱坝的谷幅变形、坡体内部变形和库盘变形进行统计分析，研究了白鹤滩工程库岸变形的时空分布规律。通过建立谷幅变形的多元逐步回归模型，分离出水位分量、温度分量和时效分量。建立了有限元数值模型，基于裂隙岩体有效应力原理，利用弹塑性有限元方法，计算了白鹤滩拱坝初期蓄水到800 m高程时产生的谷幅变形。监测资料分析表明：大部分测线基本表现为收缩变形，且都与水位的上升具有一定的相关性；从顺河向方向来看，上游侧的谷幅变形值大于下游侧；从断面不同高程上的测线来看，谷幅收缩变形呈现自高而低依次减小的分布规律；坡体内部处于拉伸状态；库盘变形以下沉为主。多元回归分析和数值计算结果表明：谷幅变形监测值与800 m水位下有效应力计算值在上游侧的测线量值较为接近，两者在空间上也具有相同的分布规律，可以认为有效应力改变是初期蓄水库岸变形的主要影响因素。
2022 Vol. 41 (5): 31-41 [
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42
白鹤滩大坝混凝土干燥养护强度与微观结构
甘轶凡, 李庆斌, 胡昱
DOI: 10.11660/slfdxb.20220505
白鹤滩大坝的建设使用了低热水泥混凝土，为了解它在干燥养护下的特性，本研究探讨了低热水泥混凝土干燥养护下的抗压强度与劈裂抗拉强度发展规律，并通过扫描电镜和压汞法分析微观形貌与孔结构。结果表明：相比标准养护，在干燥养护下低热水泥混凝土28 d抗压强度损失33.3%，劈裂抗拉强度损失31.6%，且水化产物较少、混凝土孔隙率和孔体积会明显增大、孔隙总面积减小，孔径分布以100 ~ 1000 nm的大孔为主。本研究表明干燥养护不利于低热水泥混凝土微观结构与强度发展，可为大坝混凝土的养护与强度提供依据。
2022 Vol. 41 (5): 42-49 [
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50
蒸发抑制剂对白鹤滩大坝混凝土层间性能影响
杨广进, 牛旭婧, 李庆斌, 胡昱
DOI: 10.11660/slfdxb.20220506
研究水分蒸发抑制剂在不同环境条件下对低热水泥混凝土层间性能的影响，对控制大坝施工质量具有重要意义。本文通过开展复杂环境下水分蒸发抑制剂对混凝土贯入阻力、表层含水量及劈裂抗拉强度影响的试验研究，探究了水分蒸发抑制剂对混凝土层间性能的影响规律及机理。研究结果表明：低风速时，水分蒸发抑制剂可以有效减缓混凝土表层含水量的下降，降低贯入阻力；而当风速较高时，由于抑制剂溶液无法稳定成膜导致其对混凝土表层水分蒸发的抑制效果变差。此外，喷洒水分蒸发抑制剂可以在一定程度上提高低风速时混凝土的层间劈裂抗拉强度，但在高风速作用下会产生不利影响，这可能与高风速下抑制剂溶液无法稳定成膜且会导致下层混凝土表层产生浮浆等原因有关。本文定量化分析了水分蒸发抑制剂对混凝土层间性能的影响，为实现混凝土层间性能控制提供参考依据。
2022 Vol. 41 (5): 50-58 [
摘要
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59
大坝机理-数据融合模型的基本结构与特征
马睿, 尹韬, 李浩欣, 张凤强, 胡昱, 李庆斌
DOI: 10.11660/slfdxb.20220507
机理与数据的融合对大坝建造-运维全生命周期性态准确高效评估与调控至关重要。本文梳理了大坝建造面临的主要难题与融合模型的发展历程，提出了融合模型串联、并联、混联的三种结构型式、基本特征及适用性，并通过混凝土拱坝温度场监测分析工程实例阐述了融合模型的应用方式及适用性。研究表明：融合模型分析预测能力强、准确性高、泛化能力强，能够处理复杂动态演化的数据；相比于非融合模型，三种结构型式的融合模型均体现出显著的优势，为解决大坝建造与运维过程中参数反演、监测分析、策略优化等问题提供一种新的视角和范式。
2022 Vol. 41 (5): 59-74 [
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白鹤滩特高拱坝层间性能监控系统研究与应用
刘伟佳, 谭尧升, 李庆斌, 刘春风, 牛旭婧, 胡昱
DOI: 10.11660/slfdxb.20220508
恶劣的环境会对特高拱坝层间结合性能产生不利影响。本研究测试了大坝混凝土在不同温度下的层间劈裂抗拉强度，建立了成熟度与强度系数的关系。同时，基于成熟度与强度系数及含水量的关系提出了以成熟度为主含水量为辅的大坝层间性能三级九梯度预警体系。结果表明，随着温度的升高，大坝混凝土层间力学性能呈下降趋势。同时，成熟度与混凝土的强度系数及含水量线性相关，相关系数分别为0.9985和0.9964。此外，根据成熟度与层间性能参数之间的关系所建立的预警体系，可以对大坝层间结合质量进行有效的控制。
2022 Vol. 41 (5): 75-83 [
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白鹤滩首蓄期变形预测混合模型方法
隗轶伦, 胡昱, 王亚军, 谭尧升, 刘春风, 裴磊
DOI: 10.11660/slfdxb.20220509
首蓄期准确预测坝体变形，合理安排蓄水计划对于特高拱坝安全进入运行期具有重要意义。为解决特高拱坝首蓄期坝体变形预测较难的问题，本文提出了一种特高拱坝首蓄期坝体变形预测混合模型方法，并结合白鹤滩特高拱坝首蓄期坝体变形监测资料进行工程实例验证。该模型结合白鹤滩特高拱坝首蓄期三阶段蓄水计划的背景，结合三个蓄水目标下白鹤滩拱坝拱冠梁坝段正垂测点的监测数据量大小，在首蓄期初期采用多元回归模型，在首蓄期中后期对PLdb18-2到PLdb18-6五个测点采用优化的LSTM模型，对于坝顶的PLdb18-1采用多元回归模型。本文针对混合模型及全过程采用单一模型的预测结果和实测结果进行对比，本文提出的混合模型方法精度最高，误差率不超过4%，且具有较好鲁棒性。
2022 Vol. 41 (5): 84-92 [
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93
基于改进Mask R-CNN的硬化混凝土离析程度评价
任炳昱, 叶钲军, 王栋, 吴斌平, 谭尧升
DOI: 10.11660/slfdxb.20220510
水工混凝土钻孔图像中骨料的精准分割对于硬化混凝土离析评价至关重要。然而，传统的骨料图像分割方法存在精度低和泛化性能差的问题。针对上述问题，本文提出了一种改进Mask R-CNN的硬化混凝土骨料分割模型，通过在Mask R-CNN模型的主干网络中引入高效通道注意力模块（efficient channel attention, ECA）与空间注意力模块（stage attention module, SAM），实现卷积网络对通道与空间权重的自适应调整，从而提升模型对目标骨料边界与位置分布的检测性能；进一步提出硬化混凝土离析程度定量评价方法，通过量化目标骨料的面积、边界以及在高程方向上的分布，实现混凝土离析程度的定量评价。工程案例表明，所提骨料分割模型平均精度（mAP@0.5）达到了0.8752，相比未改进模型提高了4.19%，在多种复杂环境下的分割效果均优于传统骨料图像分割方法，且混凝土离析程度定量评价平均误差仅为4.85%，验证了所提方法的有效性与优越性，为混凝土离析程度科学评价提供了新的技术手段。
2022 Vol. 41 (5): 93-102 [
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白鹤滩坝址区岩体弹性参数测试方法对比研究
单治钢, 赵留园, 倪卫达
DOI: 10.11660/slfdxb.20220511
弹性参数是工程岩体的重要力学指标，可以用于计算岩体质量分级、围岩弹性抗力系数、岩体强度参数等。实际工程中，主要采用刚性承压板试验、声波试验等测试岩体的弹性模量（弹模）、变形模量（变模）、波速等参数。由于测试的原理不同，且在不同岩性、不同方向上测试所得的结果可能离散型较大。本文整理了世界在建规模最大水电工程白鹤滩坝址区玄武岩的部分岩体弹性参数测试成果，包括156点刚性承压板试验；665点钻孔变形测试（200点刚性钻孔和465点柔性钻孔）；58个平硐岩体地震波试验；143个岩体声波测试（58个平硐、85个钻孔）。通过分析所测弹模、变模、波速的相关性，给出了建议测试方案及岩体模量-波速的推荐经验换算公式。其中刚性承压板试验和地震波测试相关性较差，不推荐地震波波速换算岩体弹性参数；刚性承压板试验、钻孔模量均与声波波速指数相关，推荐刚性承压板试验作为岩体静模量测试依据，声波测试为动模量测试依据。相关研究可丰富我国大型水电工程建设的基础资料，为后续类似工程勘测设计提供参考。
2022 Vol. 41 (5): 103-114 [
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115
水利水电工程设计企业创新能力研究
张旭腾, 沈文欣, 唐文哲, 康延领
DOI: 10.11660/slfdxb.20220512
设计企业的创新能力对于水利水电行业创新发展至关重要。本文旨在分析创新管理机制和创新文化氛围对设计企业创新能力和企业绩效的影响机理，构建设计企业创新能力模型，并通过问卷调研、专家访谈和案例分析进行模型验证。研究结果表明，创新管理机制能直接提升设计企业创新能力，并且可以通过改善创新文化氛围间接作用于创新能力，这两种效应具有同等重要性。创新管理机制、创新文化氛围和企业创新能力均能提升设计企业绩效，进一步证明了创新对绩效提升的关键作用。该研究从理论层面揭示了创新管理机制、创新文化氛围、企业创新能力和企业绩效水平之间的作用机理，并结合案例分析从实践层面提出了设计企业创新能力提升策略，可为水利水电工程设计企业创新提供借鉴和指导。
2022 Vol. 41 (5): 115-124 [
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