水力发电学报
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2024年 43卷 6期
刊出日期：2024-06-25
1
水工混凝土矿化微生物固载及自修复试验研究
孟永东, 薛玉, 何竹青, 徐晓蔚, 蔡征龙, 田斌
DOI: 10.11660/slfdxb.20240601
直接内掺方式制备微生物自修复混凝土会因拌合的机械挤压摩擦、生存环境受限等因素影响矿化微生物的长期活性。本文选择巴氏芽孢杆菌为矿化微生物，以膨胀珍珠岩和陶粒为微生物载体，以水泥浆和偏高岭土浆液为载体包覆材料，通过试验优选有助于微生物释放和保护的载体及其合理粒径、包覆材料，并研究微生物固载对裂缝自修复效果的影响。结果表明：掺入定量的膨胀珍珠岩的水工混凝土试样劈裂裂缝处拉裂面积比更大，作为水工混凝土微生物固载材料时较陶粒更能有效释放矿化微生物；偏高岭土浆液较水泥浆更适合作为载体的包覆材料，其包覆的微生物14 d存活率为86.63%，有效保证了固载微生物的长期活性；对微生物进行膨胀珍珠岩固载和偏高岭土浆液包覆，修复养护90 d裂缝最大修复宽度为0.616 mm，高于直接内掺的0.453 mm，有效改善了混凝土试件的裂缝自修复效果。
2024 Vol. 43 (6): 1-10 [
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双层索引驱动的隧洞海量点云高效管理方法
张宏阳, 张礼兵, 刘全, 马刚, 胡诗言
DOI: 10.11660/slfdxb.20240602
针对隧洞表观性态监测，三维激光扫描获取的点云具有数据量巨大、非结构化以及狭长线状非均匀分布等特点，给隧洞点云数据处理极大的压力，也制约了隧洞工程点云监测应用的发展。为此，本文结合隧洞工程空间分布特点，提出一种基于双层索引结构的隧洞海量点云管理方法。该方法设计了一种基于Hough变换的隧洞水平中线粗提取方法，指导隧洞点云数据沿水平中线进行点云自动分段；而后利用“自下而上”的归并构建策略建立分段点云八叉树索引。在此基础上，利用非冗余的多层次细节（LOD）建模方法和内外存动态调度技术实现海量点云数据快速可视化。实验结果显示，本文方法有效提高了隧洞点云水平轴线提取效率，基于双层索引结构的隧洞点云管理在点云检索、海量点云数据可视化等方面表现出优异性能。
2024 Vol. 43 (6): 11-22 [
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A-Kano模型下全过程工程咨询业主需求实证研究
丁继勇, 师婷婷, 张茅, 朱俊成, 李胜喆
DOI: 10.11660/slfdxb.20240603
我国全过程工程咨询实践正处于多种模式并存、咨询内容差异较大的探索性阶段。以业主需求为导向，合理确定咨询服务内容，提升全过程工程咨询企业服务能力，是推进全过程工程咨询健康发展的关键。通过梳理相关文献，识别出12种全过程工程咨询业主需求，进而借助A-Kano模型开展正、负向满意度与重要度问卷调查，并计算出各类需求的优先级。实证分析结果表明：工程监理和造价咨询属于基本型需求；项目管理、设计及勘察属于期望型需求；招标代理、前期策划和BIM咨询为兴奋型需求；后期运营、建筑节能与绿色建筑咨询、工程检测服务以及工程保险咨询为无差异需求。基于上述结果为工程咨询企业提出转型建议，使其更好地满足业主集成化、个性化的咨询需求。
2024 Vol. 43 (6): 23-32 [
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环境化学条件对软土电渗排水影响的试验研究
张林, 胡黎明
DOI: 10.11660/slfdxb.20240604
电渗排水在软土地基加固方面具有较大的应用前景。为研究土体环境化学条件对软黏土电渗排水过程的影响，开展了一系列室内试验，从电渗系数、排水量、排水速率、含水率分布等方面进行了对比分析，深入探讨土体pH值和盐度对电渗排水过程的影响机理。试验结果表明：土体pH值对土体的电渗系数和zeta电位均有明显影响，电渗系数随着pH值的升高而升高，通过测量zeta电位可以准确获取电渗系数；随着土体初始pH值的升高，电渗排水试验后阳极附近土体的含水率逐渐降低，阴极附近土体的含水率逐渐升高；在对较酸性土体的电渗试验中则出现了阴极附近土体排水固结较快的现象，对土体的整体排水过程产生不利影响；随着土体盐度的升高，电渗系数和电渗总排水量降低，能耗增大。低盐度、偏碱性的环境有利于提高电渗加固效果。
2024 Vol. 43 (6): 33-42 [
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43
填筑料碾压变形在线直接测量方法
王祎翔, 段军邦, 张路, 吴高见, 刘天云
DOI: 10.11660/slfdxb.20240605
在线直接检测填筑料的碾压变形是连续控制压实中亟待解决的问题。本文以填筑料碾压变形为研究对象，建立了基于平面激光束的碾压变形在线测量方法和系统。该方法采用激光测距和关键点定位确定碾压相对变形。基于现场试验，分析了碾压相对变形的演变过程。该系统实现了碾压相对变形在线直接检测，得到了填筑料碾压相对变形规律。有利于推动填筑工程智能建造技术的实际应用。
2024 Vol. 43 (6): 43-52 [
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变温条件下胶粉改性沥青混凝土抗裂特性研究
付涵, 柴军瑞, 许增光, 耿凯强, 王奕璇
DOI: 10.11660/slfdxb.20240606
为探究胶粉改性沥青混凝土在水利工程环境下的抗裂性能，本文基于小梁弯曲试验及全应力-应变曲线脆性指标，探究了变温条件下胶粉改性沥青混凝土的抗裂性能。结果表明：胶粉改性沥青抗裂性能最优时的配比为80M，掺量20%；低温条件下，胶粉改性沥青混凝土的抗弯强度及峰值应变优于基质沥青混凝土；温度越低，沥青混凝土的脆性指标越大，试件越容易开裂；胶粉的加入降低了基质沥青混凝土的脆性指标，使其抗裂性能有所提升，同时改变了基质沥青混凝土在-10℃时的受力状态，其应力-应变曲线由脆性特征转变为塑性特征。本文研究有望为面板选材提供新思路。
2024 Vol. 43 (6): 53-62 [
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黄河源区下垫面变化对水文过程的影响
韩璐, 魏加华, 侯铭垒, 侯胜玲
DOI: 10.11660/slfdxb.20240607
量化评估下垫面变化对水平衡要素的影响，对揭示黄河源区径流变化归因具有重要意义。论文建立了考虑土地覆被变化（LUCC）和叶面积指数（LAI）动态变化的可变下渗容量（VIC）模型，模拟了下垫面变化条件下的降水-径流响应关系。结果表明，考虑下垫面动态变化的VIC模型能更好地模拟源区水文过程，相对误差降低8.8% ~ 12.9%。2001—2018年LAI和LUCC综合作用导致植物蒸腾量年均增加约15%，玛曲和唐乃亥断面径流分别减少约9.19%和7.17%。LAI对径流影响较LUCC大，LAI对玛曲和唐乃亥断面多年平均径流量的贡献分别为-4.80%和4.48%，而LUCC的贡献为0.16%和-3.15%。研究解释了下垫面变化是源区降水增加条件下径流变化不显著的原因，对认识气候变化和生态保护的水文响应规律有借鉴意义。
2024 Vol. 43 (6): 63-74 [
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植被密度对人工阶梯深潭掺气特性的影响研究
王宇豪, 潘露, 颜洲, 殷亮, 谌东升, 郭贵, 白瑞迪
DOI: 10.11660/slfdxb.20240608
本研究通过在一个坡度为18.4°的矩形阶梯水槽，使用双头电阻式探针，系统测量了两种植被密度下人工阶梯深潭自上游清水区到下游掺气充分发展区的掺气特性。研究结果表明：与光滑台阶和阶梯深潭相比，植被阶梯深潭对掺气发生点的位置及水深几乎无影响，建立了掺气发生点水深的计算公式。断面平均空气浓度Ce在阶梯起点到与掺气发生点距离的2.5倍的区域内逐渐增加，之后达到恒定值；断面气泡个数最大值在阶梯起点到与掺气发生点距离的4.0倍的区域内逐渐增加，之后达到恒定值，这与断面平均掺气浓度的发展规律不相同；植被密度对气泡个数分布及演进变化规律几乎无影响。
2024 Vol. 43 (6): 75-86 [
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长江向家坝建库对库区水体温热收支定量研究
刘哲洋, 黄国鲜, 任倩慧, 董炳江, 张倩倩, 朱玲玲, 蒋聘凤
DOI: 10.11660/slfdxb.20240609
向家坝等水库的修建和调度一方面为人类发展提供了宝贵的水资源和清洁能源，另一方面也改变了天然河道的温热收支过程。本研究利用水量平衡方程和能量平衡方程构建箱式模型，并辅以库区一维水动力模型来减小无坝条件下的库区河道的纵向水位分布计算误差，通过情景计算揭示了有无坝体各部分热量收支的占比及差。结果表明：水库的运行使得水体储热过程在时间尺度上更加稳定，建库后水体总热能为天然情况下的7 ~ 35倍，同时也使得库区水体具有一定的“滞温”效应，最高滞后42天；建库后库区水体接收的太阳辐射热能相较天然状态最高提升了388%，最低提升283%，蒸发耗能方面的热量损耗最高提升了391%，最低提升284%，两者热能提升的最高值和最低值均发生在2月和8月，总体效应为热能净收入增加。研究结果可为梯级水库的规划、建设和调度对温热收支的影响提供重要依据，在温热影响层面为保护库区上下游水体生态系统提供部分科学支持。
2024 Vol. 43 (6): 87-100 [
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采用PSOGSA算法的水电机组调节系统非线性鲁棒控制研究
黄紫馨, 李佰霖, 付文龙
DOI: 10.11660/slfdxb.20240610
针对含有非线性与不确定性水电机组调节系统，本文提出并设计了基于粒子群与引力搜索混合算法（PSOGSA）的非线性鲁棒H2/H∞控制策略对其进行控制。首先，建立了水电机组调节系统整体精细化模型，其中水轮机模型采用BP神经网络描述予以描述。然后，采用输出反馈线性化理论以及线性矩阵不等式（LMI）设计非线性鲁棒H2/H∞控制器，以确保系统在存在扰动情况下具有良好的鲁棒H2/H∞性能。此外，为了使控制器的控制性能最优化，通过PSOGSA算法对控制器加权函数参数进行寻优操作。最后，通过仿真表明，本文提出的基于PSOGSA的非线性鲁棒H2/H∞控制策略在提高水电机组调节系统的稳定性以及抗干扰能力上具有优势，也为实际水电机组控制应用提供一种有效的参考方案。
2024 Vol. 43 (6): 101-112 [
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水泵水轮机S特性对相继甩尾水最小压力的影响
王皓臻, 俞晓东, 林文雯, 李朋宇, 刘昌太
DOI: 10.11660/slfdxb.20240611
为探究水泵水轮机全特性曲线S特性与尾水压力最小值的联系，基于新丰抽水蓄能电站的过渡过程数值仿真模型模拟了尾水最不利相继甩工况。通过调整机组运行轨迹线附近开度线斜率，对比分析并总结S区形状变化对相继甩工况尾水压力极值的影响规律，提出了一种图形指标，能够应用在抽蓄前期设计中评价S特性对尾水压力影响优劣，并验证其准确性。结果表明，相继甩工况后甩机组流量变化率第一波下降时，机组运行轨迹线呈现完整倒S形，S区形状变化改变了机组流量变化率的大小，导致出现在靠近轨迹线S形下拐点前的尾水压力极值发生变化，给出的图形指标形状越趋近于竖向细长的规则长方形，相应的尾水最小压力的改善效果越好。
2024 Vol. 43 (6): 113-122 [
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