水力发电学报
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2024年 43卷 1期
刊出日期：2024-01-25
1
编辑部推荐论文：基于谈判博弈的三峡梯级蓄水期多目标调度
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李英海, 兰回归, 王永强, 张海荣, 李赟洁, 何良哲
DOI: 10.11660/slfdxb.20240101
汛后蓄水期是三峡梯级防洪向兴利调度转换的重要时间窗口，不合理的蓄水调度将对梯级防洪、发电兴利、生态效益造成不利影响。本文以发电量最大、防洪库容占用比最小以及修正流量偏差最小作为三峡梯级蓄水期调度目标构建优化调度模型，进而引入谈判博弈模型将各个调度目标作为不同谈判主体，通过逐步缩减各调度目标期望效益值进行多轮谈判，最终得到纳什均衡调度方案。实例计算表明，应用谈判博弈模型能够求解得出三峡梯级蓄水期不同调度主体的最优蓄水调度方案，同时该蓄水调度方案也能够达到其他调度主体期望效益值，被其他目标主体所接受。研究成果可为三峡梯级多目标调度决策提供新的思路。
2024 Vol. 43 (1): 1-10 [
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11
中国水资源利用效率及影响因素研究
李可柏, 陶军, 卢慧
DOI: 10.11660/slfdxb.20240102
本文研究中国省际用水效率及影响因素，为节水型社会建设提供参考。采用改进的数据包络分析模型测算2015—2020年各地区用水效率；对比普通最小二乘回归结果，进一步利用分位数回归探究影响因素对不同等级用水效率的影响。结果显示：全国平均用水效率在0.45左右波动，呈现倒“U”型趋势。区域用水效率由高至低依次为东部、中部和西部。自然因素、经济发展水平、可持续利用水平、科技进步、人文素养和企业成本对用水效率具有显著影响。其中，水资源禀赋对低用水效率地区的影响显著，而对中、高用水效率地区的影响并不显著，这与“资源诅咒”假说不同。因此，中国用水效率还有较大提升空间，特别是低用水效率地区的改善空间和可选方法最为丰富。
2024 Vol. 43 (1): 11-23 [
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24
长短时记忆网络与新安江模型耦合的降雨径流模拟性能
季通焱, 黄鹏年, 李艳忠, 王洁
DOI: 10.11660/slfdxb.20240103
深度学习技术在降雨径流模拟方面具有广阔应用前景，但受训练样本限制，需与传统水文模型相耦合，由传统水文模型提供训练数据。耦合数据的选择和超参数方案对耦合模型的模拟性能影响显著，但尚未有专门的研究。本文以东湾流域为例，用双向长短时记忆网络耦合新安江模型不同模块数据，并用灰狼优化算法优化超参数，构建降雨径流模型。结果表明：模型耦合不同数据时，对日径流和场次洪水的模拟性能均有提高，尤以耦合产流量和模拟流量数据时最为明显。不同耦合数据需调整超参数方案，灰狼优化算法可满足需求。本研究为提高耦合模型径流模拟能力提供了新思路和新方法。
2024 Vol. 43 (1): 24-34 [
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35
有效不透水面分布对城市雨水径流的影响
郑自琪, 庞博, 李钰, 陈浩铭, 周斯聪
DOI: 10.11660/slfdxb.20240104
城市区域不透水面分布错综复杂，汇流路径多样，不透水面有效性及其产流机制成为城市水文学的热点问题。研究以北京市主城区为对象，构建了基于汇水路径的有效不透水面的识别方法，拟合出总不透水面与有效不透水面的经验公式，定量识别了不透水面有效性对北京市主城区雨水径流的影响。结果表明：考虑不透水面有效性能显著提升模型模拟精度，针对不同城市化阶段，在各种重现期降雨情景下设置不同有效不透水面比例并进行模拟，发现有效不透水面对低重现期降雨产流过程的影响远大于高重现期降雨产流过程，且城市化前期有效不透水面增加会导致较大洪峰增长率，而城市化后期影响减小。研究可为优化城市地面格局，减缓城市洪涝灾害损失提供科学参考。
2024 Vol. 43 (1): 35-46 [
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入库口湿地干湿状态影响下的洪水模拟研究
杜淼磊, 吴剑, 彭勇, 杨玉林, 李敏, 崔允东, 王浅宁
DOI: 10.11660/slfdxb.20240105
水利工程的修建直接影响了流域水文响应过程，增加了流域洪水模拟的难度和不确定性。本文以新立城湿地为研究对象，建立特征指标体系将历史洪水按照湿地蓄水状态划分为湿地干旱、湿润状态下洪水，分析湿地干湿状态下入库洪水的水文特征，通过调整新安江水文模型参数以概化入库口湿地的影响，对入库洪水进行模拟。研究结果表明，采用前期雨量和洪水出现次数可较好地将湿地蓄水状态划分为干旱、湿润两种状态，考虑湿地干湿状态影响后新安江模型对湿地干旱、湿润状态下两类洪水的模拟效果均较好，洪水模拟精度可达甲级水平，能较为准确地模拟出入库口湿地干湿状态影响下流域入库洪水，可为同类其他流域水文建模提供思路。
2024 Vol. 43 (1): 47-58 [
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融合EEMD-CNN的水电机组磨碰故障声纹识别模型
肖博屹, 曾云, 刀方, 邹屹东, 李想, 拜树芳
DOI: 10.11660/slfdxb.20240106
水电机组声纹信号包含大量反映内部机械状态的有效信息，为了准确提取水电机组磨碰故障声纹特征，提出一种基于聚合经验模态分解（EEMD）与卷积神经网络（CNN）相结合的水电机组磨碰声纹识别模型。首先将水电机组噪声信号进行EEMD分解，得到若干本征模态分量（IMF）和残余分量（Res），然后将得到的IMF和Res与原噪声信号构建融合特征向量；以融合特征向量为输入，碰磨故障输出，正常和碰磨故障试验数据为样本，训练CNN深度学习神经网络，得到水电机组磨碰故障识别器，识别水电机组磨碰故障。结合水机电耦合平台和实际机组试验磨碰数据，验证了所提方法对水电机组碰磨故障识别效果，平均准确率达到99.8%，且该方法识别效果显著优于其他几种识别模型。
2024 Vol. 43 (1): 59-69 [
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复杂地质条件下沥青混凝土心墙坝风险识别方法
宋锦焘, 孟庆耀, 刘云贺, 李炎隆, 杨杰
DOI: 10.11660/slfdxb.20240107
针对复杂地质条件下沥青心墙坝风险识别问题，本文从“三高一深”复杂地质条件、沥青混凝土心墙和传统土石坝三个风险维度，系统建立沥青混凝土心墙坝风险指标体系。针对主客观信息融合不充分问题，本文采用三角模糊层次分析法（TFAHP）确定风险指标主观权重，通过指标重要性评价法（CRITIC）确定其客观权重，并利用博弈论法（GT）计算最优组合权重，构建基于TFAHP-CRITIC-GT组合赋权模型的沥青心墙坝风险智能识别方法。实例分析表明，新疆奴尔沥青心墙坝工程复杂地质条件风险指标权重占比0.516，是该工程的重要风险因素。综合考虑复杂地质条件风险对于准确识别沥青心墙坝风险因素具有重要工程意义，本文提出的指标体系及识别方法对于西部地区复杂地质条件大坝风险识别及评价研究具有推广价值。
2024 Vol. 43 (1): 70-83 [
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SSA-XGBoost与时空特征选取的大坝变形预测模型
张孟昕, 陈波, 刘伟琪, 漆一宁, 张明
DOI: 10.11660/slfdxb.20240108
针对目前部分单测点模型未考虑大坝监测数据空间关联性、难以描述大坝变形整体响应特性的问题，以及传统回归模型未考虑环境量与变形量的非线性关系导致预测精度较低的问题，本文提出了一种预测模型，包括对监测数据进行基于自适应噪声完备集合经验模态分解-小波包降噪，结合弹性网络对考虑了空间关联性的变形效应量因子进行特征选取，辅以交叉验证特征因子的有效性，并使用麻雀搜索算法提高计算效率。基于锦屏一级拱坝实测变形数据，探究了考虑空间关联性的最优因子集，并通过对比多种模型的MSE、RMSE等参数验证了本文方法的有效性，在大坝变形性态分析中具有一定应用价值。
2024 Vol. 43 (1): 84-98 [
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混凝土坝面作业场景智能识别ResNet50-SEMSF方法
陈述, 孙孟文, 陈云, 曹坤煜, 李智, 聂本武
DOI: 10.11660/slfdxb.20240109
为提高混凝土坝面作业场景识别工作效率，提出了一种混凝土坝面作业场景智能识别方法（ResNet50-SEMSF）。将采集的坝面施工现场监控视频分割为图像，分析混凝土坝面作业人、机、料、环境等实体要素图像特征，界定坝面作业典型场景；以残差网络（ResNet50）为骨干网络结构，引入挤压激励（SE）注意力机制，关注不同通道间特征关系，提升坝面作业场景图像中多目标实体要素关键特征表达能力；融合下采样多尺度特征，保留坝面作业场景图像低级特征和高级语义信息，增强模型对图像不同层次特征的理解能力，克服尺度变化、目标变形等问题。对比分析其他3种卷积神经网络模型试验结果，使用梯度类激活映射（Grad-CAM）可视化方法，解释ResNet50-SEMSF模型对场景类别中实体要素信息的关注程度。结果表明：ResNet50-SEMSF识别效果明显优于ResNet50、MobileNetV2、VGG16等经典网络模型，表明ResNet50-SEMSF模型用于混凝土坝面作业场景智能识别的可行性，为混凝土坝面施工安全管理工作提供参考。
2024 Vol. 43 (1): 99-108 [
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Rowe剪胀方程及一种新的推导方法
介玉新
DOI: 10.11660/slfdxb.20240110
剪胀性是岩土材料的重要特性之一。Rowe剪胀方程是一种经典的剪胀方程，它形式简单，所需假定较少，能够反映粗粒土、岩石乃至混凝土的剪胀性。在国内外受到广泛关注，且有很多的改进和发展。但在通常的Rowe剪胀方程的推导中，有一些概念尚需要商榷，所引入的锯齿面也容易引起误导。本文对Rowe剪胀方程及其发展改进进行梳理，提出了参考面的概念，并给出了一种新的推导方法。新的推导方法比传统方法在概念上更为严密，对两种推导方法的探讨也有助于加深对Rowe剪胀方程的理解。
2024 Vol. 43 (1): 109-123 [
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基于参数随机反演的拱坝位移监控指标拟定方法
贾冬焱, 马春辉, 杨杰, 冉蠡, 仝飞
DOI: 10.11660/slfdxb.20240111
针对传统混凝土拱坝位移监控指标拟定中未考虑大坝材料参数不确定性的问题，结合贝叶斯推断理论、粒子群优化和长短时记忆网络提出一种基于随机反分析结果的拱坝位移监控指标拟定方法。利用粒子群方法优化长短时记忆神经网络作为代理模型；基于不同监测点实测位移值和代理模型计算位移值建立联合似然函数；在已知材料参数先验分布下，通过贝叶斯推断获得材料参数的后验分布；利用材料参数的后验分布计算监控指标的水压分量，结合实测位移数据确定混凝土拱坝位移监控指标。工程实例分析表明：通过贝叶斯推断方法，可以反演得到准确的材料参数后验结果；以混合法确定的位移监控指标充分利用了材料参数的随机反分析结果，具有更好的预警效果。
2024 Vol. 43 (1): 124-133 [
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水下振动台竖向动水附加质量特征与机理试验研究
郑人逢, 牛志伟
DOI: 10.11660/slfdxb.20240112
工程结构与水体耦合抗震研究需求越来越大，推动了水下振动台的建设与发展，水下振动台竖向动水附加质量及特征直接影响其设计和自身性能。本文通过试验方法，共设计135个工况，台面负载20 t惯性质量块，分别考虑不同激励量级、不同频率、不同水深，研究水下振动台竖向动水附加质量特征，并试探从机理层面进行解释。试验结果表明：激励量级与动水附加质量之间相关性较为复杂，不同频率之间存在分组现象，水深比（水深/台面直径）可作为水下振动台设计重要参数，不同水下振动台动水附加质量最小值频率拐点不同。试验研究为水下振动台设计以及模型试验可靠性等提供参考。
2024 Vol. 43 (1): 134-142 [
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输水工程中淡水壳菜侵蚀混凝土的机理研究
张社荣, 闫军涛, 马梓奡, 张吉康, 王超, 王枭华
DOI: 10.11660/slfdxb.20240113
淡水壳菜附着在输水建筑物内壁会导致混凝土性能劣化，研究淡水壳菜附着规律与侵蚀混凝土的微观机理对建筑物防护对策的制定具有重要价值。本文研究了淡水壳菜在输水建筑物内部附着规律、足丝入侵机制、体长空间差异性；通过原位混凝土硬度、侵蚀深度测试，分析了淡水壳菜对混凝土物理性质的影响；基于侵蚀前后混凝土微观形貌、化学元素变化及XRD衍射图谱，解析了淡水壳菜对混凝土侵蚀的微观机理，提出了侵蚀后混凝土的物相转化机制。结果表明：淡水壳菜附着密度在渡槽内部自入口到出口呈现出衰减规律；在倒虹吸内部附着密度呈现出沿程波动特点，但总体稳定。淡水壳菜平均垂向分离力与体长呈正相关关系；淡水壳菜体长在大尺度空间上表现为“南方长，北方短”特点，相差10 mm，体长分布形式符合高斯分布。淡水壳菜长期附着下，混凝土硬度降低、侵蚀深度有所增加；微观形貌疏松多孔，Ca、Fe等元素流失；混凝土的侵蚀产物主要为二氧化硅。
2024 Vol. 43 (1): 143-152 [
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