水力发电学报
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2022年 41卷 6期
刊出日期：2022-06-25
1
特约论文：促进新能源开发的“水储能”技术经济分析
Hot!
周建平, 李世东, 高洁
DOI: 10.11660/slfdxb.20220601
在双碳目标驱动下，风能与太阳能等新能源发电迅猛发展，解决其随机性、间歇性和波动性问题，亟需配套建设储能设施。本文将“以水为介质”的重力储能定义为“水储能”，并从技术原理、经济性、环境影响和设施安全等方面，对当前主要储能形式进行综合比较，研究表明“水储能”是当前和未来支撑新能源发展和新型电力系统构建的最佳储能方式。同时，本文还对抽水蓄能、水电扩机和梯级水电储能的规划思路、调节计算、评价方法和发展模式等关键技术及相关政策进行探索，展望其发展前景，可为新能源开发和新型电力系统规划设计提供参考。
2022 Vol. 41 (6): 1-10 [
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11
暴雨洪水管理模型参数敏感性分析
廖如婷, 徐宗学, 叶陈雷, 左斌斌, 向代锋, 舒心怡
DOI: 10.11660/slfdxb.20220602
暴雨洪水管理模型（SWMM）是研究城市洪涝问题的有效手段之一，其敏感参数取值不仅影响模型参数率定效率，还影响模型预测的精确性。为了准确辨识敏感参数，本文从局部和全局的角度，分别采用修正Morris筛选法和互信息法对参数进行敏感性分析。研究结果表明：洪峰流量和径流系数的敏感参数均为透水区曼宁系数和最小入渗率。本文选用的修正Morris筛选法和互信息法都可以识别出主要敏感参数，但前者对于敏感参数的识别能力有限，后者识别效率较低，建议在需要快速辨识模型主要敏感参数时采用修正Morris筛选法，进一步识别模型其他敏感等级参数时结合互信息法。
2022 Vol. 41 (6): 11-21 [
摘要
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22
考虑水光协调性与经济性的水电站优化调度
梁艺缤, 畅建霞, 郭爱军, 刘标胤, 刘甫, 巴贵, 王子铭, 杨世海
DOI: 10.11660/slfdxb.20220603
为降低光伏出力波动性、提高水光互补综合系统的电量效益，本文以西藏装机容量最大的藏木水电站与其拟规划的光伏电站为例，选择晴天、阴天和雨天三种典型日，以系统总出力波动平均值表征水光互补综合系统协调性，以水光综合出力电量效益、水电旋转备用补偿效益之和表征系统经济性，建立考虑水光协调性与经济性的水电站机组尺度优化调度模型，在枯水期典型日下，揭示系统协调性与经济性转换关系，分析水电、光伏发电日内运行规律。结果表明：水光互补综合系统协调性与经济性呈现明显的竞争关系，晴天、阴天和雨天三种典型日系统总出力波动平均值由3.5 MW降低至2.5 MW，相应经济效益分别减少0.62%、0.38%、0.22%。研究结果对提升水光互补系统协调性与经济性具有实际指导意义。
2022 Vol. 41 (6): 22-33 [
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34
基于利益共享的水库汛限水位专用防洪基金研究
刘攀, 谢艾利, 巩钰
DOI: 10.11660/slfdxb.20220604
水库汛限水位设计与运用效益显著，但难以广泛实际应用，根本原因在于责权利不对等：防汛主管部门承担责任，蓄滞洪区遭受风险，水库业主单位获取利益。本文基于优化汛限水位后的汛期运行水位控制，以水库新增的效益、蓄滞洪区居民缴纳的洪水保险、国家投入的启动资金为来源，构建流域防洪基金，以对冲汛限水位调整后的风险。应用于汉江中下游流域，分析结果表明：水库增加效益的投入比例是基金持续运行的关键要素。推荐方案是将水库增加效益的50%、蓄滞洪区缴纳的洪水保险和国家投入的100亿启动资金用于防洪基金的构建。通过防洪基金运行机制的构建，促进形成风险分担、利益共享的良好局面，推行汛期运行水位的优化控制，实现流域的可持续发展。
2022 Vol. 41 (6): 34-42 [
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43
基于WRF模型的藏木水库局地气候影响分析
杨大文, 唐莉华, 严冬, 李瑞琪, 崔同欢
DOI: 10.11660/slfdxb.20220605
水库对局地气候的影响是水电建设项目中环境影响评价的重要方面。本文基于天气研究与预报（WRF）模型开展了区域陆面-大气耦合模拟，分析了雅鲁藏布江首座大型水电站藏木水库对周边区域地表与大气之间的水热交换及天气过程的影响。根据模拟结果，藏木水库蓄水后坝址附近降水量在冬、春、秋三季变化并不显著，夏季在低海拔河谷区域降水量有所增加。库区空气比湿增加，其中春季增幅最大；水库对东北侧下风区和上游河谷区的比湿有较为显著的影响。库区上方气温升高，冬季增温幅度最大，增幅在2 ~ 3℃；夏季增幅最小，在0.4℃左右；库周边秋冬季气温升高，夏季略有降低。研究结果可为高原水库建设的环境影响评价提供参考。
2022 Vol. 41 (6): 43-52 [
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53
基于迁移学习的长短时记忆神经网络水文模型
殷仕明, 徐炜, 熊一橙, 田远洋, 赵思琪, 陈思
DOI: 10.11660/slfdxb.20220606
针对无/缺水文资料地区水文建模的难题，提出了基于迁移学习的长短时记忆神经网络（LSTM）水文模型。以嘉陵江、乌江和岷江流域为例，基于实测水文气象数据，采用K-最近邻算法与土壤和水评价模型（SWAT）模拟生成气象和径流数据，并构建实测和模拟样本集；然后构建不同的网络迁移微调策略和网络学习情景，分析迁移网络的可能性和性能。结果表明，固定网络的细胞层并微调网络其他层时，迁移学习的效果较好；同流域和跨流域进行网络迁移时，迁移后的网络更稳定且精度更高；跨流域迁移时，源流域和目标流域的相似度越高，迁移网络的难度更小，精度更高。该模型为无/缺水文资料地区构建水文模型提供了新的思路。
2022 Vol. 41 (6): 53-64 [
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65
南水北调东线工程江苏段中长期优化调度研究
闻昕, 李精艺, 谭乔凤, 茆云泽, 丁紫玉, 王浩
DOI: 10.11660/slfdxb.20220607
在南水北调东线工程主要水源中长期来水预报精度不高且预见期有限的情况下，对调水系统进行科学调度和滚动决策是江苏段综合效益能否充分发挥的关键。本文提出了基于余留期调度成本函数的两阶段随机优化调度方法，在考虑预报不确定性条件下实现工程的中长期滚动调度决策。首先分析各工程单元调度运行规则，基于水量平衡原理提出系统调水成本计算方法；然后分析主要水源历史来水规律，建立余留期成本函数定量表示余留期调水成本；最后针对不同来水条件分别建立两阶段决策模型，滚动生成中长期水量调度方案。结果表明，两阶段决策模型能够克服中长期预报不确定性对调度决策的不利影响，通过多水源互济互调、水源和线路选择有效降低调水成本。
2022 Vol. 41 (6): 65-77 [
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多级孔板泄洪洞水流空化特性
张东, 王志刚
DOI: 10.11660/slfdxb.20220608
多级孔板泄洪洞是一种利用水流强剪切混掺而实现消能的内消能工形式，而抗空化空蚀性能是影响多级孔板泄洪洞安全运行的重要指标之一。本文以小浪底1号孔板泄洪洞为例，在水力学原型观测资料的基础上系统分析了多级孔板泄洪洞的空化特性，并结合几何比尺为1:40的减压模型试验资料分析了缩尺效应对初生空化数的影响。结果表明：水流空化数对库水位的变化不敏感，而初生空化数则随着库水位的升高而增大，受此影响，库水位越高时各级孔板发生空化水流对应的闸门开度越小；缩尺效应对多级孔板泄洪洞初生空化具有显著影响，经模型试验测得的初生空化数须进行缩尺效应修正；对于多级孔板泄洪洞，其结构尺寸和水流流速是影响初生空化数的主要参数，基于此提出了减压试验初生空化数的缩尺效应修正方法，经与原型观测资料对比，误差小于2%。相关成果利于深化对多级孔板泄洪洞水力特性的认识，有助于多级孔板泄洪洞的推广应用。
2022 Vol. 41 (6): 78-87 [
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88
叶顶间隙对多相混输泵多工况增压性能的影响
钭江龙, 史广泰, 王彬鑫, 谭笑
DOI: 10.11660/slfdxb.20220609
叶顶间隙的存在会导致混输泵内有叶顶泄漏涡产生，进而对泵的增压性能产生较大的影响。本文以叶顶间隙为基础，定量地研究了不同叶顶间隙、流量及进口含气率对混输泵增压性能的影响。研究发现：叶顶间隙对混输泵做功性能的影响主要位于叶轮域内，且叶顶间隙的增加对于混输泵的做功性能有一定抑制作用；当叶顶间隙较小时，流量对叶轮做功性能都有明显的影响，而随着叶顶间隙的增加，流量对叶片表面压力载荷分布影响相对较小；当叶顶间隙为0.5 mm和1.5 mm时，随着进口含气率的增加，叶片吸力面压力载荷逐渐减小，而压力面的压力载荷略有增加，而当叶顶间隙为1.0 mm时，叶片表面压力载荷受到进口含气率影响很小。研究结果为混输泵增压性能提升提供一定参考依据。
2022 Vol. 41 (6): 88-94 [
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叶片数对泵自吸特性影响的可视化试验研究
杨迎港, 牟介刚, 吴登昊, 徐茂森, 张婷, 王奭寅, 吴紫阳
DOI: 10.11660/slfdxb.20220610
为研究自吸泵不同叶片数的自吸特性，本文探讨在不同叶片数下自吸泵的内部流动状态和自吸时间的差异和规律。搭建了可视化试验平台，从试验的角度出发，直观地研究自吸泵的自吸过程，通过对比和分析研究了双叶片、三叶片和四叶片的自吸泵在不同阶段的气液两相分布与气液混合流在自吸过程中随时间的演化，进一步揭示叶片数对自吸泵自吸时间的影响机制。试验还使用高速摄像机对自吸泵内部流动情况进行了拍摄，更加深入研究了不同叶片数下的自吸泵泵内气液混合、气液分离及气液回流等过程，揭示叶片数对自吸泵自吸过程各个阶段的气液两相流态的影响规律，为自吸泵叶轮设计提供参考和依据。
2022 Vol. 41 (6): 95-101 [
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102
有压管道高频挤压受迫诱发强迫振动研究
杨秀维, 练继建, 王海军, 罗礼纬
DOI: 10.11660/slfdxb.20220611
本文基于计算流体力学及动网格方法实现了水力系统中管壁高频振动所诱发水体强迫振动的模拟，规避了强迫振动分析中边界条件无法完全闭合及方程组超定的问题。基于水锤波传播特性、质量守恒原则及水体所满足的正压原则，推导了由管壁振动所诱发脉动压力幅值的理论解析式，分析了考虑恒压水库边界时压力波的叠加特性，并研究了主要参数对于管壁振动所诱发压力脉动幅值的影响。研究结果表明，在管壁振动频率达到上百赫兹以后，几十微米的管壁振幅即可能诱发数米水头的脉动压力，产生不容忽视的影响；考虑反射压力波的叠加后，脉压幅值最多不超过两倍初始脉压幅值；本文所推导由管壁振动所诱发脉动压力的理论解与模拟值接近，并具有基本一致的变化趋势。
2022 Vol. 41 (6): 102-111 [
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112
水泵水轮机反S特性对甩负荷过程压强的影响
陈龙, 俞晓东, 李高会, 章梦捷, 陈胜, 张健
DOI: 10.11660/slfdxb.20220612
基于长龙山抽水蓄能电站输水发电系统，采用两套不同比转速的水泵水轮机全特性曲线，模拟了电站同时甩负荷工况，结合机组工况点的迁移轨迹，总结了水泵水轮机过渡过程的规律性特征。给出了S特性角的定义，可用于评价水泵水轮机特性曲线反S区域对过渡过程的影响，比较了不同反S形特性曲线对过渡过程参数的影响，验证了给出的S特性角，同时也分析了导致过渡过程参数差异的原因。结果表明，甩负荷过渡过程参数极值均发生在机组飞逸点和零流量点附近的区间，该区域特性曲线的S特性角越小，其压强极值工况点越远离反水泵区，对应时刻的流量更大，流量变化率更小，过渡过程中压强极值得到较大改善。
2022 Vol. 41 (6): 112-119 [
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钙质砂压缩过程中颗粒破碎的细观特征
高燕, 史天根, 李文龙, 陈庆
DOI: 10.11660/slfdxb.20220613
本文采用自设计的透明模型箱，通过侧限压缩试验，结合近景摄影测量技术，探究了钙质砂的压缩与颗粒破碎特征。试验表明，钙质砂的压缩变形可以分为三个阶段：低应力下的初始压密阶段，变形以颗粒位置调整使得颗粒间孔隙被压缩为主；中等应力下的研磨和棱角破裂阶段，变形以颗粒研磨和棱角破裂的破碎模式为主，一定程度上破坏了钙质砂颗粒间的咬合力和摩擦强度，使得变形进一步发生；高应力下的整体破碎阶段，钙质砂颗粒以整体破碎的模式主导钙质砂试样的变形，钙质砂颗粒整体破裂成大量的小颗粒，钙质砂内孔隙被大量释放，钙质砂试样进一步被压密。不同粒径的钙质砂压缩破碎的模式不同，在试验应力条件下（σmax < 6 MPa），粒径大于5 mm的钙质砂试样压缩过程中会经历上述完整的三个阶段。
2022 Vol. 41 (6): 120-130 [
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人工砂MB值对水泥砂浆性能的影响研究
李家正, 龚德新, 石妍, 林育强
DOI: 10.11660/slfdxb.20220614
在人工砂原岩开采及加工生产过程中混入的黏土矿物导致人工砂MB值超标，会对水泥砂浆某些重要性能造成负面影响。考虑不同黏土矿物物理化学特性差异大，研究人工砂MB值相同时不同黏土矿物对水泥砂浆性能影响的规律，对指导不同MB值人工砂的使用具有重要意义。通过使用膨胀性黏土蒙脱石或非膨胀性黏土伊利石，分别配制相同MB值、相同级配的人工砂，采用相同砂浆配合比，分别进行砂浆和易性、力学性能、抗冻性能、干燥收缩性能试验。结果表明，含相同MB值、不同黏土矿物类型的砂浆的性能存在明显差异。在人工砂具有相同MB值时，含蒙脱石砂浆与伊利石砂浆相比，和易性较差，但力学性能、抗冻和干燥收缩性能较好。
2022 Vol. 41 (6): 131-140 [
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慢速加载对两河口堆石料侧限压缩变形的影响
黄文超, 张贵科, 邓刚, 张延亿, 张茵琪, 陈辉
DOI: 10.11660/slfdxb.20220615
堆石料变形具有时间相关性。本文采用两河口特高砾石土心墙堆石坝的坝壳风干板岩堆石料开展不同应力加载速率下的大型侧限压缩试验，以及侧限压缩后卸载再加载试验、蠕变变形试验。对于侧限压缩试验，中低应力下，应力速率越高、变形增量越大、模量越小；高应力下，应力变形过程受应力速率的影响减小，规律反之，即应力速率越高、变形增量越小、模量越高。对应加载全过程，堆石料变形量总体随应力速率提高而增大。侧限压缩后卸载和再加载过程中形成滞回曲线，每次卸载-再加载中有一定的变形累积，每次变形累积增量随卸载-再加载次数逐渐减小，且各次卸载-再加载过程中的平均回弹/再压缩指数随卸载-再加载次数逐渐减小。一般地，应力速率越高，卸载和再加载变形量均更小。同时，应力速率越高，卸载-再加载循环中的变形累积增量越小、收敛也越快。以一定应力速率加载到特定荷载后的蠕变速率与蠕变时间在双对数坐标中近似为线性关系。初始蠕变速率随应力和应力速率增大而增大，而蠕变速率衰减速度随应力和应力速率增大而减小。
2022 Vol. 41 (6): 141-152 [
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