水力发电学报
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2024年 43卷 8期
刊出日期：2024-08-25
1
潘家铮讲座特邀论文：长寿命水工混凝土结构材料研究进展综述
Hot!
蒋金洋
DOI: 10.11660/slfdxb.20240801
混凝土是我国水利水电工程建设的关键基础材料。然而，作为一种典型的多孔介质材料，其在水工环境下易发生离子侵蚀、产物腐蚀、基体开裂等问题，导致钢筋锈蚀、结构承载力下降，难以满足西部高原、南部沿海等地区水利水电工程长寿命设计与高质量建设的发展需求。本文首先总结了严酷环境下传统水工混凝土结构材料损伤劣化机理和面临的问题与挑战。进一步地，详细介绍了水工混凝土结构材料长寿命设计方法与性能提升材料。最后，本文展望了人工智能在水工混凝土结构材料长寿命设计与应用方面的发展前景，为国家重大水利水电工程的安全运维与长效服役提供新方法和新思路。
2024 Vol. 43 (8): 1-13 [
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14
潘家铮讲座特邀论文：含磨料脉冲射流破岩效果试验研究
Hot!
刘斌, 张建成, 张波, 李彪, 王亚旭
DOI: 10.11660/slfdxb.20240802
为探究脉冲磨料水射流的破岩效果，选用五种不同强度的硬岩，开展了脉冲纯水/磨料水射流破岩试验，并以冲蚀孔尺寸为指标，将脉冲纯水/磨料水射流的破岩效果同连续纯水/磨料水射流进行了对比。结果表明：连续磨料水射流冲蚀岩体过程主要依赖磨料粒子的磨削作用，而脉冲磨料水射流则是连续的水锤效应和磨料粒子磨削作用的叠加；无磨料粒子时，连续水射流破岩主要依赖射流初期的单个水锤效应，而脉冲水射流则是多个连续的水锤压力持续冲击岩石，导致岩体表面出现破碎区。
2024 Vol. 43 (8): 14-21 [
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22
纤维增强微生物混凝土抗裂性能及自修复试验
孟永东, 程林, 徐晓蔚, 蔡征龙, 田斌
DOI: 10.11660/slfdxb.20240803
为了探究纤维对微生物混凝土抗裂性能和裂缝自修复效果的改善作用，试验优选出聚丙烯腈纤维并掺入微生物混凝土中，测试掺入纤维后微生物混凝土的力学性能、自修复养护期的裂缝透水性和裂缝残余宽度。试验结果表明，当纤维掺量为1.5 kg/m3时，混凝土试件的劈裂抗拉强度恢复至未加载体试件的95.1%；修复养护28 d后，平均裂缝宽度为0.43 mm的试件透水性系数由3.35×10-5 m/s降至3.40×10-6 m/s，降幅达89.9%；能够愈合的最大裂缝宽度为0.82 mm。在微生物自修复混凝土中掺入纤维可有效提高其抗裂性能，增强裂缝自修复效果。
2024 Vol. 43 (8): 22-31 [
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32
考虑降雨-洪水-泥沙作用下的淤地坝溃决致灾风险评估
王琳, 褚珍雄, 薛一峰, 何小亮, 黎静
DOI: 10.11660/slfdxb.20240804
淤地坝一旦遭遇极端降雨极易导致洪水漫顶溃决，将对下游人民群众造成极大威胁，亟需开展淤地坝溃决风险定量评估。现有研究忽略泥沙对溃决致灾过程的影响。本研究通过分析降雨诱发的泥沙对溃决致灾的影响过程，揭示降雨-洪水-泥沙作用下的溃决致灾机制，建立考虑降雨-洪水-泥沙作用下的淤地坝溃决致灾风险定量评估模型，将传统的“降雨-洪水”研究发展为“降雨-洪水-泥沙”，实现溃决坝体的精准判定和风险定量评估。将模型应用于王茂沟流域两次溃决案例，并评估不同重现期降雨量的溃决致灾风险。结果表明：考虑泥沙对溃决致灾过程的影响，判定关地沟3坝、背塔沟坝和康和沟3坝溃决，判定结果与实际溃决情况吻合，忽略泥沙影响则背塔沟坝的溃决判定存在差异。与忽略泥沙对溃决致灾的作用相比，考虑泥沙作用2017-7-26降雨下关地沟3坝、背塔沟坝和康和沟3坝起溃时间分别提前11 min、13 min和7 min，有利于及时发出预警，快速撤离两岸群众，提升了淤地坝预警的准确度。不同重现期降雨量下，关地沟3坝10年一遇溃决流量为4.82 m3/s，200年一遇溃决流量为5.97 m3/s。黄柏沟2坝和关地沟4坝在目前淤积情况下，可抵御200年一遇降雨。
2024 Vol. 43 (8): 32-45 [
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46
堆石坝检测坑点云切片分割提取方法
纪鹏, 吴钰, 解佳乐, 杨旭, 姚强
DOI: 10.11660/slfdxb.20240805
堆石坝压实质量的检测是大坝工程安全稳定运行的重要保障措施之一。传统的灌水法中检测坑体积的测量耗时耗力，利用三维激光扫描技术可以快速计算检测坑体积，提高压实质量检测效率，而从扫描点云数据精确提取出检测坑点云数据是确保该方法计算精度的关键环节。本文提出了一种基于点云切片分割的堆石坝检测坑点云提取方法：首先对点云数据进行切片处理，然后采用单向搜索排序方法对每个切片点集进行点排序，最后采用一种基于切片点集排序序号的聚类分割方法分割每个点云切片，从而精确提取出检测坑表面点云。利用MATLAB编程实现了基于点云切片分割的堆石坝检测坑点云的快速提取，并通过堆石坝检测坑点云数据开展试验，验证了该方法的有效性。
2024 Vol. 43 (8): 46-55 [
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56
沥青混凝土起裂韧度试验研究
曹国瑞, 卿龙邦, 刘天云, 陈礼彪, 曾俊铖
DOI: 10.11660/slfdxb.20240806
开展了沥青混凝土半圆弯曲断裂试验，获得了裂缝扩展全过程荷载-裂缝口张开位移曲线，结合线性相关陡降法研究了温度、加载速率及预制裂缝长度对沥青混凝土起裂韧度的影响。应用数字图像相关方法对沥青混凝土起裂及裂缝扩展全过程损伤变形特性进行了研究。结果表明：线性相关系数陡降法所得起裂荷载处于损伤产生时刻对应荷载范围内，验证了该方法应用于沥青混凝土起裂韧度研究的可行性。随温度和预制裂缝长度增加，起裂韧度逐渐降低；随加载速率增大，起裂韧度呈现出上升趋势。
2024 Vol. 43 (8): 56-63 [
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64
考虑水风光联合发电效益最大的水电站水库优化调度
张验科, 卢垚键, 王远坤, 武文龙
DOI: 10.11660/slfdxb.20240807
为了经济合理地充分发挥水电站水库的调节能力，促进风光资源的高效消纳，基于微观经济学生产产品时存在的边际产量递减规律，以水电站水库调节能力为可变要素，将风光资源消纳视为“固定要素”的充分发挥，建立了水风光联合发电效益最大模型，可求解得到促进风光资源经济消纳的水电站水库优化调度方案。算例分析结果表明：在入库流量、负荷需求以及水库运行状态等因素一定的条件下，模型可充分反映水电站水库参与风光出力调节时对风光资源的消纳和水风光联合发电效益的贡献，给出了不同情景下水电站水库参与风光出力调节的优化调度方案，对于在保障电力系统安全的前提下充分发挥水电站水库的调节能力和提升水风光联合发电效益具有一定的参考价值。
2024 Vol. 43 (8): 64-75 [
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基于深度强化学习的三峡电站机组负荷分配实时决策方法
徐弘玮, 徐刚, 吴碧琼, 任玉峰
DOI: 10.11660/slfdxb.20240808
本文聚焦于三峡电站厂内经济运行的关键问题——实现以最小化耗水量为目标的大规模机组实时负荷分配。鉴于传统动态规划方法在处理三峡电站大规模水电机组群时面临维数爆炸问题，进而无法满足调度决策实时性要求，本文提出基于深度强化学习的多时段机组负荷分配模型训练和决策框架。采用深度强化学习方法训练深度神经网络，通过预训练网络模型决策生成机组负荷分配计划。将群论应用到深度强化学习的状态和动作特征处理中，显著压缩了状态和动作空间，从而提升模型训练效率。研究结果表明，相比于动态规划法，基于深度强化学习的三峡电站机组负荷分配方法在保证优化解精度的同时，以不到1%的效益损失为代价，将决策耗时降低了2个数量级，为水电站大规模机组负荷分配提供了一种快速、高效的解决方案。
2024 Vol. 43 (8): 76-88 [
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喷溅水滴在白噪声激励下的运动特性
张华, 邓威
DOI: 10.11660/slfdxb.20240809
针对溅抛水滴在水舌风场的随机运动机制的科学问题，基于布朗运动的机制，提出运动于坝下游空间的挑流喷溅水滴，会受到大量气体分子的碰撞而产生随机力的物理思想，建立水滴运动随机微分方程，并应用量纲分析方法，获得了扩散系数的数学表达式，进而确立了水滴随机运动数学模型。应用该模型计算得到了随机力作用下水滴运动速度和运动轨迹的变化规律；并对溅水实验进行了数值模拟，计算得到的喷溅范围更接近于实验观测值，验证了水滴随机运动数学模型的正确性。
2024 Vol. 43 (8): 89-97 [
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平原河网水动力优化调度与水环境改善的响应关系研究
王添, 侯精明, 栾广学, 申腾飞, 张荣斌, 沈健, 孙学良
DOI: 10.11660/slfdxb.20240810
平原河网河道流动性较差是引起水环境污染严重的主要原因，引调水是改善平原河网地区水环境的重要措施之一。本文以佛山市三山围为例，基于实测资料构建了河网水动力水质耦合模型，采用15天的连续水动力水质监测数据对模型进行了验证，并将NSE和RMSE模型评价指标用于模型评价。同时结合地势、潮汐规律和景观水位等设计了4种闸控模式和7种景观控制水位，共28种模拟工况，模拟分析了不同条件下的水动力水质改善与内外江潮位变化、引排水流量及其空间分布、闸控方式和景观水位等综合响应机理。结果表明：构建的模型合理可靠。研究区域受引排水路径的影响，河道流动性差异较为显著。综合考虑河道流量分布、水流路径、分汊河道分流作用和外江污染物浓度等对河道水质的作用效果并有效结合潮汐河网的动态水环境容量和污染源排放的时空分布对水环境的改善作用将非常显著。与低景观控制水位相比，高景观控制水位的内江动态水环境容量相对较大，污染物浓度较低。景观控制水位从0.2 m上升至0.8 m时，不同引调水路径的引水流量上升28.00% ~ 64.70%，断面氨氮浓度削减了0.85 ~ 5.50 mg/L，削减比例达到28.89% ~ 67.23%。本研究为平原潮汐河网水环境优化调度研究提供了新的思路，为相关部门对平原河网的水环境改善提供了重要的参考。
2024 Vol. 43 (8): 98-111 [
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112
长江中游河岸形态特征及稳定性判别阈值
邓珊珊, 夏军强, 周悦瑶, 周美蓉, 朱恒
DOI: 10.11660/slfdxb.20240811
三峡工程运用后，长江中游河床持续冲刷，局部段崩岸现象频发，威胁中游河道防洪安全。本文基于实测数据，揭示了中游河岸形态特征参数的统计规律，并提出了河岸稳定性的判别阈值。结果表明：中游各河段内水下坡比的概率密度总体上符合对数正态分布，当外界因素（来水来沙条件变化或护岸工程实施）导致河岸稳定性降低或增强时，其实际的分布规律会偏离对数正态分布，且其偏离程度可作为判定河段整体稳定性的依据；河型变化对河岸坡比的概率密度分布规律没有明显影响，但对于相对深泓位置的影响相对较为明显；上荆江、下荆江、城汉与汉湖河段的水下坡比阈值分别为> 0.22、> 0.18、> 0.20和> 0.28，大于下层河岸土体的休止角对应的坡比（约0.16），表明只有河岸下层土体冲刷到一定程度后，崩岸现象才会发生，符合其动力学过程；各河段内深泓位置的阈值均为离河岸小于平滩河宽的距离的10%。此外，采用提出的稳定性判别阈值确定了2020年长江中游易发生崩岸的区域分布，与实际巡查结果符合较好。
2024 Vol. 43 (8): 112-122 [
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