水力发电学报
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2024年 43卷 9期
刊出日期：2024-09-25
1
特约论文：不同调水方式对巢湖水质影响模拟
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易雨君, 魏震, 郭玉明, 刘泓汐, 刘培, 徐俏
DOI: 10.11660/slfdxb.20240901
引调水工程是目前用来改善湖泊水质的重要手段，然而引调水的调水路线、来水水量以及来水水质对湖泊水质改善效果都至关重要。本文以“引江济巢”工程为例，针对巢湖的浅水湖泊特征，考虑引调水入湖后不仅对水量和水质有直接改善作用，还可能因为湖区水动力条件改变及内源释放影响水质，通过构建二维水动力水质模型，模拟不同调水路线、水量下湖区水动力条件，进一步考虑不同来水水质和底泥释放对水质改善的影响。结果显示，调水对流场的扰动在丰水年较弱、枯水年较强，流量对湖区水质影响随流量增大而增强，来水水质的优劣是决定湖区水体水质是否改善的关键。整体而言，西湖区受调水影响较小，东湖区能够对全湖水质变化起到指示作用。调水方案应基于湖泊实际水量与水质状态综合考虑调水流量与水质制定。
2024 Vol. 43 (9): 1-12 [
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13
竖井式进出水口水力特性研究进展
高学平, 袁野, 朱洪涛, 刘殷竹
DOI: 10.11660/slfdxb.20240902
竖井式进出水口是抽水蓄能电站水道系统两端控制水流的常用进出水口型式之一。竖井式进出水口双向过流，水流在短距离内经历两次90°流向转变（水平-竖直-水平），流向变化剧烈，水力条件复杂，深入研究竖井式进出水口水力特性，进而优化其体型结构，对抽水蓄能电站设计及施工具有重要意义。首先，介绍竖井式进出水口应用背景及体型特点，分析竖井式进出水口水力特性存在的问题；其次，对竖井式进出水口孔口流量分配、拦污栅断面流速分布、漩涡和水头损失等方面研究进展进行总结；最后，归纳了竖井式进出水口水力特性研究方法，探讨了今后研究应聚焦的主要方向。
2024 Vol. 43 (9): 13-26 [
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27
水波对微囊藻群体迁移分布的影响
杨振海, 曹娜娜, 杨方宇, 江伟权, 王平, 曾利
DOI: 10.11660/slfdxb.20240903
波浪作用下微囊藻群体的迁移分布规律对理解微囊藻水华暴发具有重要意义。本文采用波浪水槽实验，研究了小幅波作用下微囊藻群体的迁移轨迹、浓度分布以及聚集现象。结果表明：与静水环境中近似竖直向上的迁移轨迹不同，微囊藻群体在水波中呈周期性运动，但仍具有向上运动趋势；距水面越近，微囊藻群体受水波影响越大；波高越大，水波引起的水流挟带能力越强，微囊藻群体周期性运动范围越大，水深方向分布越均匀；较大波高条件下，漂浮于表层的微囊藻群体易于出现破碎，并被水波挟带分散至下层水体；大尺寸微囊藻群体具有较强的垂向自主迁移能力，易于聚集在水面，形成较高的表层浓度，而小尺寸微囊藻群体，自主迁移能力弱，易被水波挟带至下层水体，垂向分布相对均匀。
2024 Vol. 43 (9): 27-34 [
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35
基于临界雨量不确定性的山洪概率预报研究
梁峰铭, 王洁, 林诚杰, 刘淼, 李姣, 陈峨印
DOI: 10.11660/slfdxb.20240904
水文模型作为洪水预报和水资源管理的有效途径，其参数对山洪临界雨量的确定产生显著影响。本文以河北柳林、西台峪和坡底3个小流域为研究对象，利用径流曲线水文模型、广义似然不确定性估计法和Sobol分析法，探究在不同模型参数组下临界雨量的变化区间，并提出一种山洪概率预报方法。结果表明：水文模型的平均纳什效率系数高于0.7，大部分洪水场次的洪峰相对误差低于12%；临界雨量的不确定性区间随着降雨历时和预警等级的增加而逐渐变宽，当土壤湿度较低时影响更为显著；水文模型的曲线数和初损率是影响临界雨量的主要参数，平均贡献率分别为46.23%和14.72%；相比于临界雨量法，概率预报法的综合评价指标提高了9.8%，可为山洪灾害预警提供更多的风险信息。
2024 Vol. 43 (9): 35-46 [
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47
中国大中型水库多尺度空间格局及影响因素分析
王仕超, 李鹏, 朱俊, 赵敏, 向荟璇
DOI: 10.11660/slfdxb.20240905
大中型水库是水力发电的关键基础，研究其空间分布对水资源调配和碳减排具有重要意义。基于中国4748座大中型水库，运用空间分析方法从多个尺度深入探索其空间格局特征及影响因素。结果表明：中国大中型水库整体呈“多核中心、环带分布”的空间分布结构；全局莫兰指数为0.155，具有明显的空间关联特征。湘、粤、鄂三省大中型水库数量最多，占全国总数24.26%；在第三阶梯、年降雨量800 mm以上分布均超过50%以上，在山地、丘陵地貌类型与长江流域分布数量最多；胡焕庸人口分界线东南一侧占比达80.674%；在中国东、中、西三大经济带上具有“西多东少，东聚西散”的分布特征。空间分布格局主要受水资源总量、相关法律法规、固定资产投资等因素影响。
2024 Vol. 43 (9): 47-58 [
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59
青藏高原水塔水文功能及其调蓄机制
李梦宇, 翁白莎, 严登华, 李梦玲, 王浩
DOI: 10.11660/slfdxb.20240906
青藏高原被称为“亚洲水塔”，在水文、气候、生态等方面扮演着重要角色。当前关于水塔水文功能的认识大多停留在对储水功能阶段，对水塔调节功能及其机制的考虑尚显不足。本研究以流域保障和调节作用为视角，总结了青藏高原水塔在储水和调节方面的水文功能，详细梳理了多相态水塔的水文功能及其调蓄机制。青藏高原水塔不仅具有强大的储水功能，还具有对水塔区降水的再分配、对非水塔区径流量和径流年内分配，以及对流域降水、地表水、土壤水、地下水等水资源的调节功能。本研究为青藏高原水塔对上、下游生态水文影响评估提供了理论基础，有利于发挥水塔对流域的保障和调节作用，从而合理规划水利工程，以满足青藏高原及其周边地区的生产、生活和生态需求。
2024 Vol. 43 (9): 59-69 [
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70
基于5G技术的电站智能巡检技术及故障诊断应用
李常钊, 王秀毓, 陶智宇, 方铭坤, 张颖灵, 孙志伟, 陶然
DOI: 10.11660/slfdxb.20240907
随着电站规模扩大，传统人工巡检与工业监控相结合的电站巡检模式往往存在无法自动识别判断故障及信息反馈敏感度低等问题。结合5G技术和人工智能，引入变分模态分解（VMD）及图像灰度处理技术对电站内机组运行数据进行分析，结果表明：图像分形维数存在30 Hz与85 Hz的频率特征，幅值对应分别为0.02和0.009，为主频和次频，且远远强于其他杂频。VMD方法成功地分解了各监测点的压力脉动信号，获得了时域和频域上的各模态函数特征。通过分析尾水管处两个监测点的VMD分解结果发现，其频率成分相似且与蜗壳内部监测点的频率一致。本文的研究结果可以为电站的智能化建设提供重要支持，同时为电站运行和维护提供更有效的手段。
2024 Vol. 43 (9): 70-81 [
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连接柱处理对圆盘泵性能及内部流场影响研究
衡亚光, 罗西棚, 陈正甦, 江启峰, 张惟斌, 王川, 葛杰
DOI: 10.11660/slfdxb.20240908
本文总结圆盘泵数值模拟方面的研究，对圆盘泵连接柱区域设置了两种不同的模型方案进行数值模拟。分析了不同流量工况下圆盘泵性能及叶轮内部流场变化，并对计算结果进行验证。结果表明：方案一连接柱两侧出现明显低速区域，方案二由于连接柱周围水体旋转，因此区域速度值更大。两种方案均在叶片吸力面位置出现局部低压，因此圆盘泵内湍动能耗散主要出现在叶片及其吸力面侧，而在进、出口能量耗散较小。流体流过连接柱之后，方案二的圆周速度和绝对速度圆周分量均小于方案一，表明了圆盘泵实际运行过程中，连接柱对出口流动的阻碍作用产生的损失大于其带来的能量，导致方案二的扬程低于方案一。两种方案的计算结果与试验结果变化趋势一致，同时两种方案之间的差异较小，如果仅考虑快速计算圆盘泵性能，方案一在模型处理上更简单高效。如果要获得更全面准确的内部流动信息，方案二的内部流动情况更接近实际情况。
2024 Vol. 43 (9): 82-93 [
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针片状骨料含量对沥青混凝土骨料级配的影响研究
李炎隆, 赵栋
DOI: 10.11660/slfdxb.20240909
为研究针片状骨料含量对沥青混凝土骨料级配的影响，本文采用逐级填充法，选用骨架稳定性为衡量骨架级配优劣的唯一指标，考虑针片状含量为0%、20%、25%、30%、35%，利用垂直振动压实仪成型试件。结合加州承载比（CBR）值、骨架密度与空隙率综合评价骨架稳定性，以此确定各组粗骨料级配。采用合成级配的设计方法，将粗细集料进行全粒径骨料级配设计。结果表明，随着针片状骨料含量的增加，全粒径骨料骨架稳定性呈现先增后减的趋势，其中针片状骨料含量为30%的骨架稳定性最优，针片状骨料含量35%的稳定性最劣。
2024 Vol. 43 (9): 94-105 [
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大坝渗压混合预测的STL分解-集成学习模型
王晓玲, 王成, 王佳俊, 余佳, 余红玲
DOI: 10.11660/slfdxb.20240910
针对目前大坝渗压预测研究大多未区分影响因素对渗压不同特征成分贡献的差异，降低了模型的可解释性，且现有的预测模型大多采用单一算法，存在难以区分具有高度非线性和非稳态混合特征的渗流压力序列模式等问题，本文提出一种基于STL分解和集成学习策略的渗压可解释混合预测模型。该模型首先通过时间序列分解（STL）将原始渗压时间序列分解为季节项、趋势项和余项，以避免现有模型在渗流压力预测中模式混淆的不足；然后，不同成分的变化特征可采用多策略改进麻雀搜索算法（MSISSA）优化的核极限学习机（KELM）和卷积神经网络组合门控递归单元（CNN-GRU）组成的集成学习模型来识别；此外，还采用单次单因子法（OFAT）分析影响因素对渗流压力不同特征成分的贡献，从而改变输入因素的权重，以提高模型的可解释性。案例分析结果表明，在确保模型可解释性的同时，所提出的混合模型与基于单一算法的模型相比，预测精度平均提高了48.44%；与其他集成预测模型相比，预测精度平均提高了11.42%，验证了所提模型的有效性，为大坝渗流安全监控提供了新的建模方法。
2024 Vol. 43 (9): 106-123 [
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水工混凝土材料不可编辑文本智能解译方法研究
李明超, 刘乐平, 任秋兵, 李文伟, 吕沅庚, 李新宇
DOI: 10.11660/slfdxb.20240911
在水电工程建设过程中，产生了大量不可编辑的水工混凝土材料文档，采用人工解译的方法获取文本费时费力且精度不可控，难以满足材料数据信息化管理的需求。为此，本文提出了面向水工混凝土材料不可编辑文本的智能解译方法。首先，构建了基于像素级分割的文本检测模型HC-PSENet，融合PP-HGNet主干网络实现文本行的精确检测。进一步，基于领域知识创建专业语料库以获取字符的准确映射，以检测文本框和专业语料库为输入，建立了水工混凝土材料文本识别模型HC-CRNN，采用ResNet主干网络和改进损失函数C-CTC Loss提高字符分类准确性。最后，以自制数据集为例，引入迁移学习策略训练模型，通过消融、对比实验验证了方法的有效性和优越性。结果表明，本文提出的方法检测文本区域的调和平均数为0.985，识别文本的准确率达到90.62%，综合性能均优于经典方法，以期为混凝土材料不可编辑资源的自动化再利用提供新的技术手段。
2024 Vol. 43 (9): 124-136 [
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