水力发电学报
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2023年 42卷 5期
刊出日期：2023-05-25
1
编辑部推荐论文：河流阻力特征参量提取及SVM辅助河床形态判识
Hot!
白玉川, 孙艳杰, 宋晓龙, 徐海珏
DOI: 10.11660/slfdxb.20230501
床面形态的变化影响着泥沙输移和水流阻力，是河床演变的重要方面。预测床面形态变化对河道整治和泥沙研究具有实际意义。本文基于水流阻力规律确定了判别床面形态的特征参数；通过对特征参数与床面形态关系的分析，发现特征参数与床面的形态的关系呈“S”型；利用决策向量机（SVM）多分类法对床面形态进行自动划分，根据划分结果对无量纲特征参数进行非线性和线性拟合，得到拟合函数；对特征参数与沙波形态的拟合函数进行求导分析，计算得出河床在各沙波形态下的特征参数取值范围，确定河床形态判别标准；结合试验数据和实测资料对河床形态判别标准进行验证，结果表明本文所述方法在河床形态识别方面具有可行性和准确性。
2023 Vol. 42 (5): 1-9 [
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10
水位骤降下近岸栖息地和底栖动物变化特征
王皓冉, 温佳琦, 李翀, 贾泽宇, 陈永灿, 刘昭伟
DOI: 10.11660/slfdxb.20230502
本研究于2014年秋对牡丹江中游段两处受电站调峰影响的河段进行野外调查，对6个岸边退水潭进行水质采样和大型底栖动物采集，分析其水质特征和底栖动物群落组成，与相邻天然主河道的栖息地环境因子和底栖动物群落结构进行对比，并通过冗余分析（RDA）研究退水潭中底栖动物分布与主要栖息地环境因子之间的关系。研究表明，退水潭与主河道的水质和底栖动物组成均有显著差异，退水潭处溶解氧含量和pH值显著高于临近河道，氨氮和总氮含量较高。双翅目、半翅目和腹足纲为退水潭中的优势底栖物种，退水潭中底栖动物物种丰度、生物密度、Shannon-Wiener指数和Margalef丰富度均较河道处低。冗余分析表明退水潭中影响底栖动物群落结构的关键环境因子为溶解氧、pH值、总磷等。
2023 Vol. 42 (5): 10-16 [
摘要
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17
溃坝波冲击下的斜坡-平板结构压强时空分布
陈橙, 陈浩彦, 邓鑫
DOI: 10.11660/slfdxb.20230503
水电站溃坝事故时有发生，因此研究溃坝波对下游结构物的冲击作用具有重要意义。本文开展物理模型试验，利用溃坝波生成器生成溃坝波，并记录水槽末端结构物受溃坝波冲击的力学表征。试验结果揭示了溃坝波冲击斜坡-平板结构时的荷载历时曲线及平板上托压强分布特性。在时间分布上，溃坝波冲击压强先后表现为5个压强阶段，本文主要研究其中的波前沿冲击压强及准恒定压强两阶段；在空间分布上，顺流方向的波前沿冲击压强和准恒定压强均从板坡结合处到板前沿递减，而在横流方向两压强变化均不大。基于试验数据拟合出溃坝波作用于平台的上托压强分布公式，得出顺流方向的最大波前沿冲击压强和最大准恒定压强分布情况。
2023 Vol. 42 (5): 17-24 [
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25
实用化水火风光系统时序电力电量平衡方法
陈典, 陆润钊, 张健, 黄河, 蔡超, 张彦涛
DOI: 10.11660/slfdxb.20230504
新型电力系统背景下，新能源占比逐步提高。新能源的随机性、波动性和反调峰特性使电力系统调节困难，电力电量平衡分析面临新的挑战。本文结合能源转型战略需求，首先提出了新型电力系统电力电量平衡模式，给出了电力电量平衡关键流程；接着对火电、水电、抽水蓄能/储能电源进行精细化建模，建立时序电力电量平衡模型；最后基于实际电网数据的算例分析验证所提方法的准确性和效率。结果表明，该方法能够准确反映水、火和储能机组的出力特性，给出新能源消纳情况，支撑提升措施研究，显著提升科学规划水平。
2023 Vol. 42 (5): 25-34 [
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35
波浪作用对海上漂浮式光伏光照辐射能的影响
鲁文鹤, 练继建, 董霄峰, 刘润
DOI: 10.11660/slfdxb.20230505
海上漂浮式光伏是应对光伏开发与土地资源之间矛盾的有效方式，但在波浪作用下，漂浮式海上光伏结构的光伏板将时刻随波浪摇动，使得光伏板的对日角度不断变化，这将对光伏板的发电量具有较大影响。本文推导了光伏板在规则波作用下光照辐射能计算公式，总结提出了“时均倾角”概念，并通过地处渤海湾的算例，计算了同纬度规则波下不同光伏板倾角的海上光伏与最佳光伏板倾角的陆地光伏之间所受辐照能的效率比。根据计算结果，发现不同倾角的光伏板所受辐射能受波浪影响的规律基本一致，都随时均倾角增大而减小，并给出了算例光伏板运动幅值的建议标准，为海上光伏浮体结构研发提供了水动力响应的设计参考边界。
2023 Vol. 42 (5): 35-42 [
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43
多源数据融合的深度学习径流预测模型
周庆梓, 何自立, 吴磊, 马孝义
DOI: 10.11660/slfdxb.20230506
为探究深度学习结合多源数据融合算法在流域径流预测中的效果，采用双向长短期记忆神经网络模型，选取汉江上游区域长序列水文气象资料及大气环流因子数据集，结合集合卡尔曼滤波数据融合算法，构建研究区域内5个流域径流预测模型并进行验证。结果表明，在相同预见期内该模型相比于传统长短期记忆神经网络模型，各项预测指标均有提高且能较好捕捉径流序列极值。采用数据融合算法加入大气环流因子数据集后，不同流域模型评价指标可进一步提升且随着预见期延长模型评价指标变化更为平稳。此预测模型可有效提升流域径流预报效果，为基于深度学习的径流预测提供参考。
2023 Vol. 42 (5): 43-52 [
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53
城市化下产汇流参数不确定性分析及洪涝模拟——以晋城市金村区为例
舒心怡, 徐宗学, 叶陈雷, 廖如婷
DOI: 10.11660/slfdxb.20230507
识别敏感参数，降低模型不确定性，是提高城市雨洪模拟结果科学性与准确性的重要步骤之一。本文以晋城市金村区为例，构建城市洪涝模拟模型，分别采用局部和全局方法识别敏感性参数，同时分析不同下垫面特征的参数敏感性。基于敏感性分析，模拟不同降雨情景和城市化进程中不同下垫面的洪涝特征值。结果表明：不透水区洼蓄量较敏感；降雨重现期增大，最大下渗率局部敏感性增强而全局敏感性减弱；硬化地面较多区域，不透水面相关参数较为敏感；不同区域洪涝特征值均随重现期的增大而增大；同一重现期下，特征指标值随城市化进程分布更加集中。本研究可以为城市分布式雨洪模型参数不确定性分析与洪涝特征响应分析，以及城市韧性提升提供一定的参考。
2023 Vol. 42 (5): 53-66 [
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立式水电机组轴线智能调整系统研发及应用
徐波, 张春辉, 李友平, 任继顺
DOI: 10.11660/slfdxb.20230508
目前国内外立式水轮发电机组轴线调整均采用等相位定点盘车、人工架表测量、人工计算调整的方式，不仅盘车周期长、人工测量和计算工作量大，而且因定点盘车测点数少、调整方案主观性强，导致计算和调整精度不高，工作效率普遍较低。本文提出了一种适用于立式水轮发电机组的轴线智能调整系统，采用连续盘车轴线调整工艺，实现了盘车数据的自动采集、无线通信、自动计算分析，并自动给出轴线调整方案。该系统已在葛洲坝电站成功应用，可大幅提升机组轴线调整工艺的智能化水平。
2023 Vol. 42 (5): 67-76 [
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水轮发电机组GD
2
估算分析与统计公式拟合研究
马朵, 谢永兰, 张军智, 刘建华
DOI: 10.11660/slfdxb.20230509
水轮发电机组转动惯量是衡量水电机组快速反应性能的关键指标，对于机组的稳定和电力系统的稳定均具有极其重要的影响。在工程中常采用飞轮力矩GD
2
来表征水轮发电机组转动惯量的大小，在水电站预可研、可研设计阶段，水轮发电机组GD
2
的取值多采用估算的方式来确定。本文通过典型工程实例和大量的统计数据对目前常用的两类GD
2
估算公式进行分析，提出合理化的选取建议。并采用近年国内已投产水电站机组GD
2
真实样本拟合构建的新公式。可为电站初期设计阶段的机组GD
2
合理估算提供更精确的计算依据。
2023 Vol. 42 (5): 77-85 [
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86
轴流泵偏工况压力脉动和内流特性分析
王开杰, 赵勇, 王生辉, 肖业祥, 汪程鹏, 张瑾
DOI: 10.11660/slfdxb.20230510
轴流泵在偏离设计工况特别是小流量工况马鞍区附近运行时，流道内部强烈涡旋会造成剧烈的压力脉动，影响了泵组的安全稳定运行。本文以高比转速轴流泵为研究对象，对轴流泵5个流量工况点进行了整体流道三维流动计算，探讨该轴流泵运行时的非定常流动特性。数值计算采用RNG k-ε湍流模型，5个定常工况点计算的外特性曲线与轴流泵性能特点研究结果一致。对0.2Qd和1.0Qd工况进行非定常计算，结果显示，相同位置测点间的压力脉动混频幅值和频率均存在明显差异，0.2Qd工况下相同位置测点间的压力脉动峰峰值最大超过1.0Qd工况下4倍，说明此时流道内的流态分布很不均匀。测点离叶轮和导叶越近，低频脉动的主频受动静干涉引起的3fn和5fn脉动幅值就会明显增强，0.2Qd工况下流道内测点受动静干涉作用的影响更强，脉动幅值为1.0Qd工况下相同位置测点的3 ~ 5倍，且在转轮和导叶流道内影响的范围更广。结果表明，0.2Qd小流量工况运行时压力脉动比1.0Qd设计工况明显剧烈，叶轮和导叶内受动静干涉作用的影响更强，导叶流道内充满了严重的流动分离和漩涡。
2023 Vol. 42 (5): 86-96 [
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形状效应下砂土管涌试验及水力条件分析
康捷, 任杰, 南胜豪, 郭恒乐, 张津津
DOI: 10.11660/slfdxb.20230511
管涌是导致水利工程失稳破坏的主要原因之一。目前对土体管涌的研究大多忽视颗粒的形状效应，且部分实际工程的渗透变形结果与理论判别准则不符。为此，采用自主设计的土体渗透试验装置，对3种不同形状的砂土开展了多种颗粒级配的土体管涌试验，基于分形理论和毛管模型多尺度分析了土体发生管涌的临界水力条件，借助声发射系统对试验过程进行了监测。研究结果表明：形状趋于球形砂样的渗透性较强，易发生管涌破坏；随着阻塞颗粒含量的增加，土体在渗流作用下趋于稳定；土体发生管涌的临界水力梯度与质量分形维数呈反比关系；考虑颗粒形状和有效孔隙体积建立的毛管模型，可以较为准确地预测管涌发生的临界流速；声发射累积能量的演化规律可以反映土体管涌的发展特征。
2023 Vol. 42 (5): 97-106 [
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土石坝渗流安全监控的集成学习融合模型
宋锦焘, 袁帅, 刘云贺, 杨杰
DOI: 10.11660/slfdxb.20230512
土石坝渗流监控模型是定量分析土石坝渗流安全的重要方法。传统土石坝渗流监控模型常独立采用统计模型或机器学习智能算法模型，未有效融合两者的优点。本文在集成学习的框架下，创新地将统计模型和多种并行的智能算法预测模型进行融合，利用统计模型的可解释性和智能算法的高拟合性进而提升集成模型预测精度。首先针对土石坝渗流统计模型，在经典土石坝渗流统计模型基础上充分考虑渗流影响因子的滞后效应，改进水位分量和降雨分量影响因子表达式。然后，基于贝叶斯差分自适应Metropolis（differential evolution adaptive Metropolis，DREAMZS）集成理论，将机器学习中多个先进智能算法和改进的统计模型进行集成，并获得各模型的最优权重系数。实例分析表明，集成学习融合模型相较于单一统计模型或智能算法模型预测精度有明显的提升，有效融合了统计模型和多种智能模型的预测优势，为土石坝渗流监控模型的建立提供了一种新的建模方法。
2023 Vol. 42 (5): 107-119 [
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120
深度学习提取时空特征的堆石坝变形预测模型
陈颖, 马刚, 周伟, 吴继业, 邹全程
DOI: 10.11660/slfdxb.20230513
当前堆石坝变形智能预测模型较少关注多测点变形时间序列在时空特征上的不均衡性，因此限制了变形预测精度的进一步提高。为了解决该问题，本文提出了一种结合卷积神经网络、注意力机制和长短期记忆神经网络的堆石坝变形预测模型（CTSA-ConvLSTM），该模型可以提取变形时空特征，对不同时刻和不同位置的测点赋予不同的权重系数，实现对堆石坝整体变形规律的自适应学习。以水布垭面板堆石坝为例，采用该模型和最大断面所有测点的变形监测数据，验证了模型的有效性。模型预测效果优于Holt-Winters等常规时序预测模型，预测精度也优于笔者提出的基于LSTM的变形预测模型。通过深度学习提取监测数据时空特征，进一步提高了大坝变形预测精度，为大坝安全监控模型提供了新的思路。
2023 Vol. 42 (5): 120-132 [
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