水力发电学报
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2023年 42卷 4期
刊出日期：2023-04-25
1
编辑部推荐论文：三峡入库洪水概率预报的深度学习模型
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崔震, 郭生练, 汪芸, 张俊, 王俊, 胡挺, 李帅
DOI: 10.11660/slfdxb.20230401
将长短时记忆（LSTM）神经网络嵌套至编码-解码（ED）结构，构建了LSTM-ED深度学习模型，采用贝叶斯概率预报处理器量化洪水预报不确定性，提出了一种三峡入库洪水概率预报业务方法，并讨论了降雨预报对洪水概率预报性能的影响。选用向家坝—三峡坝址区间流域2010—2021年汛期6 h降水径流资料序列训练和检验模型，开展了1 ~ 7 d预见期入库洪水预报。结果表明：LSTM-ED模型的模拟预报精度优于LSTM模型，验证期1 ~ 7 d预见期纳什效率系数高于0.92；概率预报连续排位概率分数相对平均绝对误差降低26.82% ~ 32.74%，考虑预报降雨可进一步提高概率预报性能，为调度决策者提供可靠的风险信息。
2023 Vol. 42 (4): 1-10 [
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11
高相对湿度对热浪及寒潮事件的放大效应评估——以嘉陵江流域为例
孟长青, 刘柯莹, 钟德钰, 王永强, 王远坤
DOI: 10.11660/slfdxb.20230402
高相对湿度和极端温度具有并发性和持续性，危及人类健康。本文以嘉陵江流域为例，首先基于温度和相对湿度数据计算体感温度，进一步计算热浪指数和寒潮指数，评估流域热浪、寒潮事件的时空分布及风险特征。结果表明1960—2020年期间，嘉陵江流域热浪事件整体上呈现增加趋势，寒潮事件呈现减少趋势。体感热浪指数约为热浪指数的2 ~ 3倍，体感寒潮指数大于相应的寒潮指数，说明该流域高相对湿度能放大热浪与寒潮事件的严重程度，且对热浪的放大效应大于寒潮。通过对回归期（发生概率）的分析，传统的基于最高（低）温度的单变量风险评估方法忽略了相对湿度的影响，会大大低估极端温度事件的风险。
2023 Vol. 42 (4): 11-24 [
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25
分流叶片对混输泵水力性能影响的优化分析
肖业祥, 桂中华, 张瑾, 姚鑫, 史广泰
DOI: 10.11660/slfdxb.20230403
混输泵作为输送海洋油气资源的关键设备，其输送性能直接影响油气开采效率和输送成本。因此，为探究分流叶片对混输泵流动特性的优化效果，本文采用ANSYS CFX软件对带分流叶片前后的混输泵在进口含气率为5%、10%和15%工况下进行数值模拟计算。结果表明：在含气率分别为5%、10%、15%时优化后混输泵单级扬程增加了18.9%、23.5%、24.2%，分流叶片的存在显著提升了混输泵的增压性能，改善了含气率对叶轮内液相速度分布规律的影响，抑制了叶轮内气相聚集现象的发生，使得叶轮内气相分布更为均匀。此研究结果为优化混输泵性能提供了参考。
2023 Vol. 42 (4): 25-31 [
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32
水平轴潮流能水轮机实验方法发展现状
荆丰梅, 梅云雷, 石蒙恩, 王树齐, 盛其虎
DOI: 10.11660/slfdxb.20230404
潮流能可预测性强、能量密度大，具有广阔的开发前景。水平轴潮流能水轮机是发电效率最高的潮流能装置，世界各国对水平轴潮流能水轮机进行了大量实验研究。本文阐述了国内外水平轴潮流能水轮机的实验方法，包括实验设施、实验模型、实验平台和测量方法；并从均匀流和复杂环境两个方面对水平轴水轮机的模型实验现状进行总结和评价；分析目前水平轴潮流水轮机模型实验中存在的不足，并对未来的水轮机模型实验提出了一些建议，这对潮流能的开发具有重要意义。
2023 Vol. 42 (4): 32-45 [
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46
全功率变流变速抽蓄机组水泵入力调节特性
邵子轩, 杨威嘉, 廖溢文, 黄一凡
DOI: 10.11660/slfdxb.20230405
基于全功率变流器的变速抽水蓄能机组具有调节范围广、控制性能优等特点，是全球抽水蓄能行业研发的前沿技术，相关精细化数值模型亟待建立，水泵工况入力调节动态特性及调节指令优化亦亟待研究。本文运用MATLAB/Simulink构建了全功率变流变速抽水蓄能电站水-机-电系统耦合的过渡过程数值仿真模型，建立了基于功率反馈的机组入力调节控制策略，并通过数值仿真，揭示了全功率变流变速抽水蓄能机组的能量转换特性，对机组在水泵工况入力调节时的动态特性进行了研究。结果表明：当入力减小时，机组的入力调节速度和主要参数的超调量与功率指令变化速率呈正相关，但超过一定变化速率之后该影响逐渐降低。本文可为我国全功率变流变速抽蓄机组的未来实际投运提供技术支持。
2023 Vol. 42 (4): 46-56 [
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通风竖井布置改进FCM-EWM-MABAC多属性决策研究
王晓玲, 陈深, 肖翌均, 吴斌平, 胡鹏飞, 刘长欣
DOI: 10.11660/slfdxb.20230406
现有的水电站地下洞室通风竖井布置方案优选多采用单一评价指标，且主观权重确定常忽略指标关联性或过度依赖专家意见。针对上述问题，本文构建包含技术可行性、经济合理性、安全可靠性等多属性的综合评价指标体系，并提出通风竖井布置方案改进模糊认知地图（fuzzy cognitive map，FCM）-熵权法（entropy weight method，EWM）-多属性边界逼近区域比较（multi-attribute boundary area comparison，MABAC）决策模型。其中，采用能够兼顾指标关联性且具有较强自主学习能力的主观权重改进FCM法，与客观权重EWM法组合以确定指标组合权重；进一步，提出多属性决策改进MABAC模型，将待选方案与正负理想解的相对距离作为决策依据，解决传统MABAC中准则距离和相近方案难以分辨优劣的问题。将本文所提方法应用于洛宁抽水蓄能电站地下洞室通风竖井布置方案优选中，结果表明该方法优选出的方案在技术、经济、安全等方面均表现良好，并证明改进FCM和改进MABAC方法的优越性。本文所提模型为地下洞室通风竖井布置方案的优选提供了一种新思路。
2023 Vol. 42 (4): 57-69 [
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再生骨料水工沥青混凝土拉伸性能试验研究
董静, 齐雨军, 刘云贺, 于成洋, 陈亮亮
DOI: 10.11660/slfdxb.20230407
为更大化地提高再生骨料在工程中的利用效率及工程效益，本文将再生骨料应用于水工沥青混凝土。针对水工沥青混凝土防渗体在工作环境中可能出现的结构拉裂破坏等问题，在温度为-10 ~ 10℃及应变速率为10-5 ~ 10-2 s-1条件下对再生骨料水工沥青混凝土拉伸性能展开试验研究。结果表明：随着温度的降低或应变速率的增加，试样的拉伸强度、拉伸模量增加，峰值应变减少，试样破坏截面中骨料断裂比例增加。基于试验结果采用对数型动态增强因子定量描述了应变率对拉伸力学参数的影响规律。与相同工况下天然骨料水工沥青混凝土拉伸性能对比，分析了两者拉伸性能的异同。结果表明再生骨料水工沥青混凝土各项拉伸力学性能较天然骨料水工沥青混凝土虽有一定程度的下降但其各项性能依旧满足规范设计要求。
2023 Vol. 42 (4): 70-80 [
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水工地质三维实景编录与内外业一体分析方法
陈创威, 梁晖, 赵文超, 李明超, 韩帅, 陈莹波
DOI: 10.11660/slfdxb.20230408
地质勘察是水利水电工程建设中的基础性工作。传统的地质勘察依赖于纸质材料记录地质信息，导致二维图件的直观性较差且极易丢失空间特征，现场分析过程大量依赖主观经验，内外业工作脱节难以保证编录效率及数据的可靠性。本文基于三维实景技术、地理信息系统（Geographic Information System，GIS）、机器学习算法、地质建模等技术方法，提出了以多源数据融合、多平台协同与二三维联动、地质智能编录及快速空间解译为核心的水工地质数字化编录与内外业一体化分析方法，并研发了适用于桌面端和移动端的软件平台，包括三个主要模块：①底图模块：基于多源数据而构建融合的三维实景，实现数据的多平台协同及二三维联动，为内外业工作提供参考场景。②编录模块：基于多平台协同和智能识别方法，实现地质点、地质界线和勘探对象的编录。③分析模块：基于空间解译方法，实现空间产状面的推求和三维空间交线推断等。在具体功能上，移动端侧重外业采集，桌面端侧重内业分析，二者相互配合实现内外业工作的无缝衔接。该系统平台已应用于我国西部一座水利水电工程的地质勘察工作中，与传统工作模式进行对比，大幅提高了地质勘察编录与分析的效率和质量，可为其他类似系统提供可借鉴的方法和模式。
2023 Vol. 42 (4): 81-92 [
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水工洞室基础地质现象多模型智能分类方法
李明超, 赵文超, 张野, 任秋兵, 李明泽
DOI: 10.11660/slfdxb.20230409
水工洞室内基础地质现象在一定程度上可以反映地质灾害的发生，其分类与识别对于了解洞室内结构面分布状况、围岩性质以及指导下一步洞室勘探有重要意义。对水工洞室内地质现象和地质结构的分类识别分析通常采用手动作业的方式，但传统分析方法费时费力，难以实现分析过程的自动化。因此，采用多种深度学习模型和机器学习模型对水工洞室内基础地质现象图像进行分析，通过运用不同深度学习模型，并将Softmax分类器、随机森林及支持向量机应用于基础地质现象分类，对比并选择性能较好的模型进行耦合，可建立较优的水工洞室基础地质现象图像智能识别模型，在一定程度上实现了洞室内基础地质现象的自动识别分析，减少了地质工程师的工作量。
2023 Vol. 42 (4): 93-103 [
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城市污水对掺再生橡胶和乳化沥青混凝土的影响
程智清, 郭澍来, 杨磊, 刘宝举, 龙广成
DOI: 10.11660/slfdxb.20230410
针对城市污水对路面混凝土的侵蚀问题，试验研究了模拟城市污水溶液浸泡条件下掺再生橡胶和乳化沥青混凝土的抗压强度、气体渗透性及试件质量随时间的变化规律，结合扫描电镜探讨了城市环境污水对混凝土耐久性的影响及微观机理。结果表明：模拟城市污水的长期浸泡对混凝土强度有一定的劣化作用，并增加了试件质量损失与气体渗透性系数；复掺再生橡胶和乳化沥青可提高同掺量下单掺韧性组分混凝土的耐久性能，而聚乙烯纤维与再生橡胶颗粒、乳化沥青三掺进一步提升了混凝土的耐久性；模拟污水溶液中乳化沥青和氢氧化钙晶体的溶出是导致混凝土强度降低、质量损失的主要原因。本研究可为高韧性和高耐久性的城市道路混凝土研发提供支持，协同提升城市道路品质。
2023 Vol. 42 (4): 104-113 [
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面向质量检测的混凝土坝施工规范智能检索
张晓健, 张栋梁, 李明超, 田丹, 沈扬, 吕沅庚
DOI: 10.11660/slfdxb.20230411
管控混凝土坝施工质量需要准确定位规范条文以获取规范知识，依靠管理人员经验手动查找规范条文低效且易出错，本文采用自然语言处理技术，结合质量管理文本特征，从句子语义角度出发克服仅考虑关键词查询的不足，提出一种由语义推断驱动的施工规范深度检索方法。该方法结合Bi-GRU结构与Transformer机制，改进基于MLP的双塔模型，并耦合基于统计的BM25模型，实现了对施工规范的智能检索，通过语义分析对质量检测项目是否响应规范进行了评价。实例工程应用结果表明，耦合模型召回的前三条规范条文精确度达到82.31%，明显优于普通检索方法，验证了所提方法的工程适用性；最后开发了相应的工具为推进混凝土坝施工质量合规性检测智能化提供了操作平台。
2023 Vol. 42 (4): 114-125 [
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NGO-GPR与投影寻踪联合驱动的大坝变形预测模型
刘伟琪, 陈波
DOI: 10.11660/slfdxb.20230412
建立准确可靠的变形预测模型对保证大坝安全运行至关重要，然而现有监控模型难以兼顾海量监测数据的多维度时空关联特性，不能有效反映大坝整体和区域性变形性态。为此，引入考虑测点综合距离的层次凝聚聚类和投影寻踪法，深入挖掘坝体位移场海量监测数据中的关联信息，得到反映分区多测点变形特征的融合变形序列；提出一种由北方苍鹰算法优化的高斯过程回归，以此建立分区多测点融合变形预测模型，并依据拉依达准则构建预测结果的置信区间。结合工程实例，探究了不同核函数对模型预测精度的影响；通过对比分析，验证了本文方法对比几种常规模型具有更高预测精度和适用性，且能对预测结果的可靠程度进行估计，对大坝变形性态的安全监测具有一定工程应用价值。
2023 Vol. 42 (4): 126-136 [
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