水力发电学报
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2023年 42卷 6期
刊出日期：2023-06-25
1
编辑部推荐论文：极端枯水条件下梯级水库蓄水调度策略——以金沙江下游-三峡梯级为例
Hot!
曹瑞, 李帅, 邢龙, 朱文丽, 龚文婷, 申赵勇
DOI: 10.11660/slfdxb.20230601
以发电效益最大为目标，探究适应极端枯水条件的金沙江下游和三峡梯级水库蓄水策略。结合蓄水效益最大规则和三峡供水调度需求，提出了极端枯水条件下梯级水库蓄水调度方式，以蓄水位目标为控制边界拟定不同水量分配原则的蓄水方案，选择典型极端枯水进行模拟调度和效益分析。结果表明：梯级水库蓄满的临界天然来水条件为8月—9月上旬来水不少于97%频率的典型来水（1994年），9月中旬—11月来水不少于90%频率的典型来水（1992年）；极端枯水条件下，梯级水库通过开展联合补水调度，能够满足三峡向下游供水的调度需求；梯级水库无法全部蓄满情况下，优先蓄满金沙江下游梯级水库可使发电效益更大，推荐优先蓄满白鹤滩水库，其次溪洛渡水库。
2023 Vol. 42 (6): 1-12 [
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深圳河流域城市洪涝风险分析
唐清竹, 徐宗学, 王京晶, 陈浩, 杨芳
DOI: 10.11660/slfdxb.20230602
日益严峻的城市洪涝灾害严重威胁着城市安全和可持续发展，准确评估城市洪涝风险对于保护人民群众生命财产安全至关重要。本研究基于元胞自动机洪水模拟模型构建深圳河流域洪涝仿真模型，采用综合主观层次分析法和客观权重赋权法的博弈论组合赋权法对各指标赋权，评估和预测不同降雨情景下深圳河流域城市洪涝风险。结果表明：深圳河流域城市洪涝高风险区存在典型的时空差异，随着暴雨重现期的增加，面积占比从2年一遇的0.20%增加到100年一遇的0.82%；中低风险区面积占比从2年一遇的67.4%减少到100年一遇的64.7%。研究结果可有效识别深圳河流域洪涝风险分布，为完善深圳河流域洪涝综合防治体系，提升城市洪涝防御能力和韧性提供借鉴与参考。
2023 Vol. 42 (6): 13-22 [
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23
2022年夏季极端天气对四川电力影响与启示
周业荣, 毛玉鑫, 胡杨, 田锐, 黄炜斌, 马光文
DOI: 10.11660/slfdxb.20230603
气候变化与能源电力供需关系密切。2022年夏季长江上游出现历史同期最高气温、历史同期持续最长高温天数、历史同期最少降水的“三最”叠加局面，导致水电大省——四川日缺电力1700万kW、日缺电量3.7亿kW?h，对社会经济发展和人民生活造成了重大影响。研究建立极端天气下的电力保供规划机制，对于保障能源电力安全具有重要意义。本文分析了2022年夏季四川极端天气对四川电力的影响，辨析了四川电力发展存在的短板，提出了电力转型过程中先立后破、水风光火储多能互补、电源和电网协调发展的有关对策措施建议。
2023 Vol. 42 (6): 23-29 [
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30
耦合不确定性的山洪灾害风险预警方法及应用
王政荣, 韩俊太, 杨雨亭
DOI: 10.11660/slfdxb.20230604
山洪灾害风险预警过程中各组分（数据、水文模拟、预警方法）的不确定性对山洪风险预警不确定性的影响机制尚不明确，缺乏定量组合分析理论与方法。本文提出了一种针对山洪灾害风险预警的耦合不确定性分析方法。该方法基于水文模型模拟及动态量临界雨量进行山洪灾害风险预警，并对预警过程中降水输入、水文模拟及山洪预警方法的不确定性及其组合不确定性进行分析。在福建闽江下游流域的应用结果表明，降水输入、水文模型径流模拟、临界雨量量化方法所导致的不确定性占总体不确定性的36%、24%及40%。在耦合不确定分析下，不同风险等级（Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ四个风险等级）对应的山洪灾害的发生概率平均分别为58%、65%、79%、81%。本研究发展的不确定性分析方法对于精准预报及科学防灾抗洪有着重要的实践意义。
2023 Vol. 42 (6): 30-39 [
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40
局部管道改造对内涝风险的影响——以晋城市金村区为例
黄亦轩, 徐宗学, 叶陈雷, 廖如婷, 舒心怡, 贾书惠
DOI: 10.11660/slfdxb.20230605
城市洪涝灾害是社会经济可持续发展的制约性要素。针对城市雨水管网提标需求与改造空间受限的矛盾，论证局部管网改造可提升全域的内涝控制效果：构建水文水动力耦合模型，结合易涝区识别设计管网改造方案，在当地防洪排涝设计重现期下进行改造前后的内涝要素分析和融入多源数据的洪涝风险评价。改造结果显示，3 a与30 a一遇降雨下，重病态管线长度分别减少1990 m与921.6 m；节点溢流量分别削减73.61%与55.13%；洪水危险率“极高”等级区面积下降72.9%；洪涝极高风险区面积下降17%。研究结果为城市雨洪过程控制和降低区域内涝风险提供了优选方案，综合风险评价可为当地防灾减灾规划与防洪应急响应提供必要的参考依据。
2023 Vol. 42 (6): 40-52 [
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长江下游崩岸预警模型水动力指标阈值研究
张帆一, 闻云呈, 王晓俊, 徐华, 贾梦豪, 夏明嫣
DOI: 10.11660/slfdxb.20230606
长江下游河道崩岸灾害频发，多指标崩岸预警模型是基于层次分析法建立的岸坡稳定性评价方法。水动力作为关键影响因素，对于其指标阈值的确定缺少理论和系统的研究。本研究基于理论推导、数模计算和统计方法，确定了对应不同风险等级岸坡稳定性的水动力预警指标阈值，具体包括造床流量当量、近岸流速、水位变幅和汊道分流比变化率等指标。其中造床流量当量和水位变幅指标阈值确定考虑了感潮河段潮流参与造床和周期性潮位波动的作用。近岸流速指标引入了河床稳定性计算公式。汊道分流比变化率指标阈值计算区分了主支汊，得出当变化率大于8%时，主汊岸坡处于不稳定状态。研究结果可支撑长江下游多指标崩岸预警模型的建立，并应用于崩岸灾害防治。
2023 Vol. 42 (6): 53-64 [
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径流式液力透平尾涡流动机理分析
王晓晖, 杨浩, 苗森春, 张兴杰, 蒋虎忠, 张凯
DOI: 10.11660/slfdxb.20230607
液力透平叶轮出口处存在大尺度螺旋形尾涡，对机器的效率和运行稳定性有影响。为分析液力透平尾涡流动机理，利用Q准则识别提取尾涡结构，并对其速度场进行分析。研究发现：尾涡旋向与叶轮相反，其涡核半径约为叶轮出口半径的1/3，且在涡核中心发现了逆流区。根据叶轮出口处尾涡切向速度沿半径分布规律，可将尾涡流动分为涡核心区和涡衰减区，涡核心区内，切向速度沿半径急剧增加，在涡核半径处达到最大，在涡衰减区缓慢下降，在管壁处其值约为峰值的一半。沿着流动方向，尾涡切向速度分布逐渐平缓，且其峰值所在位置逐渐向管壁处移动。涡核心区内以切向速度动能损失为主，是引起液力透平水力损失的原因之一。
2023 Vol. 42 (6): 65-72 [
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对旋全贯流泵首次级叶轮转速匹配试验研究
王邦胜, 林彬, 赵国辉, 赵付建
DOI: 10.11660/slfdxb.20230608
本文以潮汐发电的双电机驱动对转全贯流泵为研究对象，其首级和次级叶轮采用相同的结构形式，重点对其水泵工况下对旋转子的转速配比进行试验研究。结果表明：在两级叶轮同转速下，次级叶轮扬程整体高于首级叶轮，但首级叶轮轴功率更低，叶轮的效率更高；在两级叶轮不同转速下，在小流量工况扬程曲线没有驼峰出现，泵的效率明显提高，且其水力高效区向设计流量点偏移，泵的扬程和功率与次级叶轮的转速呈线性正相关的关系，叶轮的轴功率主要和对应的流量和转速有关，可通过次级叶轮的变转速来实现首次级叶轮等功率运行，避免次级叶轮的电机出现过载现象。因此对提高对旋全贯流泵的水力性能和安全稳定运行具有重要的理论意义和实用价值。
2023 Vol. 42 (6): 73-79 [
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重大水利工程顶层治理结构演化的探索性研究
丁继勇, 万雪纯, 王卓甫, 钱菲
DOI: 10.11660/slfdxb.20230609
重大水利工程复杂程度高、社会影响力大，其顶层治理结构深刻影响着工程交易治理和建设管理绩效。改革开放以来，随着我国社会经济体制的转变，重大水利工程项目顶层治理结构也在不断演化。本文基于政府-市场二元视角，通过对典型重大水利工程进行长周期、大跨度的多案例分析，发现改革开放以来重大水利工程项目顶层治理结构主要分为三个阶段：政府直接充当“项目业主”角色阶段，政府主导下的项目法人制阶段，以及推动有效市场与有为政府更好结合阶段。研究还发现，“政府主导+市场机制”的治理框架适合于中国特色社会主义市场经济体制情境；重大水利工程应结合其具体特征，对项目法人组建方式与投融资模式进行组合分析，优选设计项目顶层治理结构。本文丰富了重大工程项目治理理论框架下的顶层治理部分，可为重大工程项目顶层治理结构设计提供参考。
2023 Vol. 42 (6): 80-91 [
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RCC坝仓面碾压质量与进度的增强现实反馈方法
张社荣, 钱俊杰, 赵东亮, 王超, 王枭华
DOI: 10.11660/slfdxb.20230610
碾压混凝土（RCC）坝仓面碾压质量与进度等施工信息大多以报表和图片等传统方式反馈传递，不利于施工质量缺陷的及时发现和施工进度的总体把握。针对上述问题，本文基于Tsai两步标定法，提出了一种固定相机三维注册求解方法，实现了施工质量固定型增强现实反馈；结合混合注册，提出了仓面施工进度信息的移动型增强现实反馈表达方法。同时，施工质量信息与施工进度信息基于关系型数据库和建筑信息模型（BIM）进行相互关联，实现了施工信息互补增值。通过系统研发和工程应用检验，本文提出的坐标映射方法在施工区域实际配准最大偏差不超过0.5 m，同时该模块响应平均时间为5.06 s，满足现场使用精度和时效要求；基于移动增强现实的施工进度反馈模块，手机使用时平均帧率达29.55，帧率大于27时间占比96.17%，满足现场使用流畅度要求。本文基于增强现实（AR）所提出的方法为现场管理人员提供了多视角施工信息表达和反馈渠道。
2023 Vol. 42 (6): 92-103 [
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基于图像融合特征的水工岩体完整性评价方法
张野, 陈金桥, 李炎隆, 温立峰
DOI: 10.11660/slfdxb.20230611
水利工程多建设在地质条件复杂多变的高山峡谷，因此坝址及库区的岩体完整性评价对于工程建设具有重要意义。但岩体完整性评价常采用手工作业的方式，经济成本和时间成本较高。针对这一问题，本研究采用知识迁移的方法实现岩心图像特征的深度融合，进而提出基于权重支持向量机（Weighted Support Vector Machine，WSVM）的岩体质量评价模型，最终实现水工岩体完整性的智能评价。通过对比基于单一深度模型特征和深度融合特征的水工岩体完整性智能评价模型可以发现，深度特征融合能有效提升模型性能，准确率提升5%以上；另一方面，本文也对比了WSVM和SVM及其他机器学习模型，证明了WSVM模型在水工岩体完整性智能评价中的有效性。本文提出的方法能在一定程度上实现水工岩体完整性评价的自动化和智能化分析，为水工地质勘察和水利工程建设提供新的方法。
2023 Vol. 42 (6): 104-114 [
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溪洛渡拱坝设定地震及场地相关反应谱研究
王向超, 时洪涛, 黄海龙, 王进廷
DOI: 10.11660/slfdxb.20230612
合理确定地震动参数是高坝抗震安全评价的先决条件。基于《水电工程水工建筑物抗震设计规范》（NB 35047—2015）关于抗震设防类别为甲类的工程设计反应谱规定，本文开展了溪洛渡水电站设定地震及其场地相关反应谱研究。首先采用没有经过不确定校正的工程场地峰值加速度，确定了对场址地震动贡献最大的永善潜源，并在该区域内进一步确定设定地震；然后将发生概率最大的情景地震作为给定设防水准的设定地震；最后选用美国西部AS08反应谱预测方程，生成与设计地震和校核地震对应的场地相关反应谱。研究成果可为进一步开展基于真实动力工作性态的溪洛渡拱坝抗震研究提供基础，并可为同类工程抗震安全评价提供借鉴参考。
2023 Vol. 42 (6): 115-122 [
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