水力发电学报
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2022年 41卷 11期
刊出日期：2022-11-25
1
浅水湖泊叶绿素a浓度模拟
唐彩红, 易雨君, 甄浩北, 张成, 周扬, 张尚弘
DOI: 10.11660/slfdxb.20221101
叶绿素a是湖泊初级生产力评估、富营养化控制与水生态修复的重要指标。本研究通过野外调查采样，分析了浅水湖泊白洋淀春、夏两季11个样点12个水环境参数的时空分布特征，构建了广义可加模型，探讨了叶绿素a与水环境因子间的相关关系。结果表明：白洋淀强人类活动扰动区水环境因子时空异质性明显，叶绿素a浓度与总氮、硝酸盐氮、氨氮、溶解氧、透明度及磷酸盐含量显著相关，其中总氮、氨氮、透明度及磷酸盐是影响叶绿素a含量的最关键环境因子；所构建的广义可加模型最优模型对叶绿素a含量的解释率为98.9%，基于实测数据的验证结果表明模型可靠。研究结果可为白洋淀藻类生长、水华防治及水环境保护提供理论参考。
2022 Vol. 41 (11): 1-10 [
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11
弯道对植被群河道水流结构影响的试验研究
何梦星, 林颖典, 黄天炜, 袁野平
DOI: 10.11660/slfdxb.20221102
为了解弯道对含植被群河道水流结构的影响，本文在180°U型弯道水槽中进行试验，采用圆形竹筷模拟低密度植被群，圆柱体模拟高密度植被群，运用声学多普勒流速仪测量三维流速，不同密度植被群放置于水槽相同位置，对比分析弯道的影响。试验结果发现，植被群上游调整长度及其稳定尾流区长度受弯道影响发生了明显调整，植被群密度的影响仅作用于植被群尾流结构，包括其中垂向湍动能的差异。植被群后出现植被群直径尺度的涡，使纵向湍动能分布出现波峰，峰值大小受弯道影响；植被群在弯道中所处位置越后，峰值越小。湍流谱分析中验证了此现象，并发现弯道作用使得植被群后小尺度涡增多，从而使得植被群后较小湍动能峰值的大小不随植被群放置位置改变。
2022 Vol. 41 (11): 11-20 [
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21
湘江下游流域-河网-枢纽的水文水动力模拟
徐晨辉, 黄国鲜, 夏波, 江冬青, 胡维, 吕政泽
DOI: 10.11660/slfdxb.20221103
应用自主开发的集成模型搭建了考虑长沙航电枢纽高频调度的湘江下游流域-河网系统水文水动力计算系统，采用区域2016—2021年80余站高频监测（1次/5 ~ 60 min）、30 m精度土地利用和详细河道水下地形等数据对模型进行配置、检验和验证，对比计算有、无枢纽调度下的河网水动力和淹没差异。结果表明：水位流量计算值与高频实测值吻合优良，在湘潭、朗梨等站的纳什系数大于0.91；调度造成回水区枯水期水位抬升和流速降低，改变了河网水位和流量小尺度波动节律，在浏阳河等支流下游局部时段出现反向流动；计算出了1%、50%、99%等来流频率下河网水位和流速分布，调度增加了上游干支流回水区心滩、边滩的平、枯季淹没频率。本研究为科学评估枢纽高频调度对上下游河网水动力影响提供依据。
2022 Vol. 41 (11): 21-33 [
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34
竖井式进/出水口工程尺度SPH方法模拟研究
张晨, 李天国, 高学平
DOI: 10.11660/slfdxb.20221104
抽水蓄能电站是清洁能源体系的重要调节设施，进/出水口的水力特性直接影响抽水蓄能电站运维和收益。抽水蓄能电站竖井式进/出水口水力特性的数值模拟多采用基于网格的欧拉方法，但由于弯管段体型突变，导致孔口区域流场计算精度下降。为了克服欧拉法网格畸变的不足，本文尝试无网格的拉格朗日光滑粒子流体动力学SPH方法对含弯管段的竖井式进/出水口水力特性进行工程尺度精细模拟。结果表明，通过GPU硬件加速，实现了工程尺度的千万级粒子数SPH模拟计算，结果精度较高；对比模型试验结果，发电/抽水工况下上水库至直管段水头损失系数模拟相对误差为15.79%和19.51%，孔口断面流速不均匀系数模拟相对误差为6.30%和3.20%；对比PIV测量结果，弯管段模拟结果一致性较高，但扩散段流动分离现象较明显；对比不包含弯管段的Fluent计算结果，导流锥附近无漩涡且孔口回流区域面积更小。研究发现，相较于欧拉法，SPH方法更清晰地模拟流动分离、二次流等复杂紊流现象，且在局部体型突变处模拟更贴近实际流动特征，具有较大模拟应用潜力。
2022 Vol. 41 (11): 34-45 [
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46
长江上游水流挟沙力与含沙量比值的变化规律
刘尚武, 王治力, 李丹勋
DOI: 10.11660/slfdxb.20221105
水流挟沙能力与含沙量的相对大小是判断河床冲淤的主要指标。本文基于长江上游主要干支流控制性水文站2010—2020年实测水沙资料，采用张瑞瑾水流挟沙力公式，分别计算了各站的水流挟沙力，在此基础上分析了水流挟沙力与含沙量比值（S*/S）的变化规律。结果表明：除部分位于库区水文站小流量时S*/S小于1外，其余S*/S均大于1，表明长江上游河道总体呈不饱和输沙状态；除金沙江向家坝站外，其余各站S*/S随流量均呈先增加后减少的趋势，存在一个极大值点；2013年以后长江干流朱沱站和寸滩站同一流量条件下S*/S较2013年前偏大，而沱江富顺站和涪江小河坝站2013年以后同一流量条件下S*/S较2013年前偏小。研究成果对认识山区河流输沙特性、提升河道冲淤演变的预测能力等具有一定的参考价值。
2022 Vol. 41 (11): 46-55 [
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56
水风光多能互补运行中多主体损益关系分析
井志强, 王义民, 王学斌, 陈云华, 周永, 赵明哲
DOI: 10.11660/slfdxb.20221106
在多能互补运行模式下，以水电为主的灵活性电源为配合风光消纳，常需要双向调峰，导致其原有的运行方式发生显著变化，使得不同发电主体间的损益关系十分复杂。如不能有效厘清各主体损益关系并提出补偿机制，将难以发挥不同类型电源参与一体化运行的积极性。本文以雅砻江下游清洁能源基地为研究对象，选取四季典型日，设置3种水风光运行情景，分析不同季节不同情景下各电源主体的损益指标，量化了各主体的损益关系。结果表明：多能互补运行模式下，水风光系统总效益明显提升（情景2、3效益分别增加13.46%和13.44%）、风光效益增量显著（情景2、3效益分别增加123.27%和145.99%），而水电因补偿风光导致其效益损失（情景2、3效益分别减少0.33%和3.21%）。
2022 Vol. 41 (11): 56-67 [
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68
考虑短期互补的水光发电系统中长期优化调度
黄显峰, 鲜于虎成, 许昌, 李大成, 吴迪, 李旭
DOI: 10.11660/slfdxb.20221107
为解决水光发电系统在送电通道中的电量消纳与功率波动问题，从保障电网稳定的角度出发，提出水光沉浮互补法对光电随机波动性进行逐次补偿，同时整合电量与出力互补信息，进而通过电量信息识别短期损失电量与波动补偿电量，根据出力信息拟定短期互补过程，以此为基础建立中长期消纳电量最大，考虑短期弃电与波动风险的分级调度模型。实例研究表明：相对于仅短期互补，中长期互补能够进一步调配水电的时空特性，提升长期消纳电量并兼顾短期风险，其中消纳电量相对增益与径流保证率呈单峰曲线分布关系，平水年增益最为显著，而送电稳定性相对增益则与径流保证率呈正相关性，枯水年最为明显，综合两者效果偏好，能够完善调度决策面对不同来水场景的适用性。
2022 Vol. 41 (11): 68-78 [
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测量同步电机转子时间常数新方法的探究
罗腾, 贾威, 杨朝廷, 刘修懿
DOI: 10.11660/slfdxb.20221108
同步发电机转子时间常数在发电机励磁系统建模过程中具有重要的意义，励磁系统的动态响应特性、起励时间、逆变时间、电力系统稳定器的补偿效果等均与此参数有关。现有的同步发电机转子时间常数测量方法或多或少存在些许的局限性与不便性。本文提出并探讨了一种新的同步发电机时间常数测量方法，通过原理分析证明了方法的可行性，通过仿真对比校核了该方法的测量精度。该方法相较于现有方法有其特有的便捷性及安全性，对工程试验人员来说提供了一种新的选择及参考。
2022 Vol. 41 (11): 79-85 [
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圆-三角-附板振子流致振动与发电研究
冉聃颉, 练继建, 邵楠, 燕翔, 刘昉, 杨旭
DOI: 10.11660/slfdxb.20221109
针对流致振动能量转换系统中硬驰振分支能量利用受限问题，提出一种新型圆-三角-附板组合截面振子。改装现有流致振动能量转换装置，引入扭矩传感器获取流体力，进行不同励磁电压下的流致振动与发电试验，评估振幅、频率、升力、功率和效率等参数。该研究旨在为提高流致振动能量转换系统的实际发电潜能和扩大其适用范围提供新思路。结果表明：在涡激振动区间，随着流速增大，圆-三角-附板振子可捕获更多的流体能量；随着阻尼增大，圆-三角-附板振子振动响应由软驰振模式过渡到硬驰振模式；圆-三角-附板振子的最佳能量转换分支为驰振分支，其最大振幅比为2.43，对应励磁电压为3 V，折合流速为12.38；最优发电功率为24.72 W，效率为25.46%，对应励磁电压为99 V，折合流速为12.38，与三棱柱振子相比，其可一定程度提高能量转换能力。
2022 Vol. 41 (11): 86-95 [
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水电工程施工安全隐患文本智能分类与知识挖掘
王仁超, 张毅伟, 毛三军
DOI: 10.11660/slfdxb.20221110
基于隐患排查信息的知识挖掘对于工程安全管理具有重要的支持作用。自然语言处理（natural language processing，NLP）技术是目前实现文本知识挖掘的重要方法，知识挖掘的深度和精度是该类方法的重要衡量指标。为了提升水电工程安全隐患文本知识挖掘效率，本文提出了一种结合文本分类与文本挖掘技术的隐患文本知识挖掘方法。该方法利用RoBERTa-wwm-CNN混合深度学习模型进行隐患文本快速智能分类，在此基础上，通过绘制隐患词云图实现不同种类隐患管理要点的可视化分析，以词共现网络构建为基础，分析隐患数据间的内在联系。将该方法应用于白鹤滩水电站安全隐患文本挖掘分析，与现有较先进的文本分类模型相比，本文所提模型精度有所提升，验证了所提模型的优越性。
2022 Vol. 41 (11): 96-106 [
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破坏准则模糊性对心墙堆石坝地震易损性影响
李星辰, 苏哲, 黄青富, 杨旸, 王晓玲, 余佳
DOI: 10.11660/slfdxb.20221111
心墙堆石坝地震破坏是渐变的过程，目前地震易损性研究均采用确定性的破坏准则；然而由于对破坏等级认知的局限性，导致地震破坏等级的划分具有模糊性。针对上述问题，本文提出考虑破坏准则模糊性的心墙堆石坝地震易损性分析方法。首先，采用模糊集理论将大坝破坏等级界限值模糊化，并提出能够反映隶属度函数形式和模糊区间大小的模糊度系数来量化地震模糊破坏等级；其次，依据地震模糊破坏等级推导地震易损性函数模糊-概率积分计算公式，弥补目前地震易损性函数计算公式依据确定性破坏准则的不足，并结合概率地震需求模型，获得破坏准则模糊条件下的大坝地震易损性曲线，得到坝体结构在不同地震强度作用下产生各个等级破坏的概率。将所提方法应用于糯扎渡心墙堆石坝地震易损性分析中，结果表明：考虑破坏准则模糊性获得的地震易损性曲线与传统易损性曲线趋势一致；在破坏准则模糊性条件下，相同坝顶震陷率对于发生高等级破坏的隶属度增加，导致在一定的地震动强度下，坝体发生高等级破坏的概率有所增加；此外，模糊度系数越大，破坏准则模糊性对地震易损性的影响越大。
2022 Vol. 41 (11): 107-116 [
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117
人工砂云母特性对砂浆性能影响研究
郑顺祥, 鄢勇, 王瑞一嘉, 李家正, 石妍, 李杨
DOI: 10.11660/slfdxb.20221112
云母是一种广泛存在于人工砂中的主要造岩矿物，骨料中云母含量超标显著影响混凝土性能。本文研究了工程中常见的两种云母在不同粒度、掺量下对砂浆工作性、力学性能、变形性能、抗裂性能的影响，基于云母形成机理与品质特性分析其对砂浆性能的影响机制。试验结果表明，小粒度、低含量云母对于砂浆力学性能影响较小；小粒度、高含量云母对于砂浆体积稳定性影响较大；云母含量越高砂浆抗裂性能越差。
2022 Vol. 41 (11): 117-123 [
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融合时变因素的浆砌石坝变形时空混合模型
苏燕, 郑志铭, 林川, 林友隆, 何强, 张挺, 黄姝璇
DOI: 10.11660/slfdxb.20221113
混合模型常被用于大坝变形的整体预测，目前开展的研究主要针对混凝土坝，对于同样数量多且分布广的浆砌石这类非线性材料坝的研究还较少。本文考虑非线性材料坝变形具有的时变特性，通过引入时间量参数及观测点相对坐标，建立对应的水压分量多点统计模型。考虑到引入多参数的水压分量模型系数寻优困难问题，采用改良的粒子群算法（IPSO）加强粒子随机性及交互性，提高模型系数的寻优速度。采用有限元方法（FEM）与卡尔曼滤波（KF）对其进行预测，建立FEMK模型。同时，采用深度学习算法LSTM训练经PCA降维后的温度和时效因子并预测相应变形值。联合构建的FEMK-LSTM-PCA时空混合模型经工程实例验证有较高预测精度，并且可以实现对大坝变形的整体预测。
2022 Vol. 41 (11): 124-138 [
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水工混凝土高低阻异常体的识别分辨率试验研究
孟永东, 田爽岑, 蔡征龙, 田斌, 朱超
DOI: 10.11660/slfdxb.20221114
水工混凝土内部缺陷的电阻率表现为局部高低阻异常，探究不同电极排列对高低阻区的识别分辨率是高密度电法无损检测的关键。通过高低阻相似材料模拟水工混凝土内部异常体，开展α、β、γ三种电极排列下不同高低阻异常体试件的识别分辨率试验研究。试验结果表明：高阻异常体试件中分辨率为α > β > γ，低阻异常体试件中分辨率为γ > β > α，高-低阻异常体试件中分辨率为β > α > γ，即探测孔洞、空腔为主的水工混凝土缺陷可优先选择α排列，探测渗漏区为主的水工混凝土缺陷可优先选择γ排列。若水工混凝土内部缺陷同时包含孔洞、空腔和渗漏区则可选择兼容性较好的β排列。以上研究成果可为高密度电法在水工混凝土无损检测中的应用提供技术支撑。
2022 Vol. 41 (11): 139-148 [
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149
复合衬砌结构的预应力混凝土配比试验研究
陆岸典, 唐欣薇, 严振瑞, 麦胜文, 姚广亮
DOI: 10.11660/slfdxb.20221115
为了解决高内压复合衬砌内衬混凝土浇筑易出现顶拱脱空、密集区浇筑不密实等施工难点，本文针对三种不同配合比预应力混凝土在双层钢绞线衬砌结构中的应用，开展洞外地面足尺模型试验研究。采用一种适用于监测顶拱脱空的装置以控制混凝土浇筑质量，对不同配合比的混凝土在双层预应力筋束衬砌结构中的浇筑效果进行对比分析。研究表明：将普通混凝土的骨料从二级配改为一级配，并采用合理的振捣工艺，可取得较好的浇筑效果；自密实混凝土可改善顶拱脱空和提高浇筑质量，但需控制材料收缩和徐变变形，并做好温控措施；混凝土在8 ~ 10天后温度趋于平缓，建议钢绞线张拉时混凝土养护时间不宜少于14天。
2022 Vol. 41 (11): 149-158 [
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159
堆石混凝土流动填充与温升过程原型监测
徐小蓉, 余舜尧, 金峰, 邱流潮, 肖安瑞
DOI: 10.11660/slfdxb.20221116
自密实混凝土在堆石体复杂空隙中的流动填充过程隐蔽性高，难以科学量化评价堆石混凝土的填充效果。本文依托石坝河水库开展了堆石混凝土原型监测试验，通过在典型仓截面的不同点位布设温度传感器，并实时测量混凝土液面高度、跟踪浇筑点位置、记录混凝土覆盖测点时刻，绘制出了不同时刻的混凝土自由液面线。试验结果发现，自密实混凝土的横向自流填充能力非常强，当浇筑点距离截面17 m时已有混凝土流过截面；伴随混凝土浇筑填充过程，截面上下游的自混凝土液面高度基本保持着匀速上升的趋势；沿坝轴线防渗层内的混凝土液面斜率Is约0.06，截面处的上下游液面斜率约0.03 ~ 0.08，按理论计算得到的堆石体空隙阻滞系数η约65 ~ 173；分析浇筑期温度监测数据，发现堆石体与密实混凝土混合后能很快由最初的非均匀温度分布，达到相对均匀的温度场。本文通过原型试验同步研究堆石混凝土流动填充与温升过程，对后续科学评价密实性与细观温度有重要意义。
2022 Vol. 41 (11): 159-170 [
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