水力发电学报
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2024年 43卷 11期
刊出日期：2024-11-25
1
编辑部推荐论文：长江上游梯级水电开发的水温累积影响及生态效应
Hot!
周扬, 王宁, 温潇雄, 闫龙, 唐彩红, 朱玉龙, 张尚弘, 易雨君
DOI: 10.11660/slfdxb.20241101
梯级大坝建设阻隔了自然河流水温的连续性，导致明显的水温累积效应，产生系列的生态效应。本文通过分析金沙江下游及三峡库区沿程水温的时空变化特征，揭示了建坝前后不同尺度水温的变化特征及累积效应，并分析了水温变化对鱼类产卵的影响。研究结果表明，金沙江下游在溪洛渡和向家坝建成后沿程年均水温差变小，沿程水文站年最大水温呈下降趋势，而年最小水温显著抬升，其中1月和12月最为明显。建坝后年水温变幅缩小且水温分布天数有“聚拢”趋势，水温分布天数由M型转为V型。累积效应指标发现建坝后时间拥挤效应显著，极值水温出现时间滞后，水温推迟达1 ~ 2个月，统计了攀枝花段27种和向家坝下游段46种鱼类产卵习性，发现水温变化导致受高度影响的鱼类分别占比48%和44%。本文丰富了梯级大坝建设的水温累积效应及对鱼类产卵的影响研究，对加强管理大型梯级运行引起的温度变化与保障下游生态恢复具有一定的科学意义。
2024 Vol. 43 (11): 1-16 [
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17
汉江中下游水质时空特征及环境流量确定
何术锋, 佘星源, 林育青, 杨早立, 莫康乐, 陈求稳
DOI: 10.11660/slfdxb.20241102
近年来，汉江中下游水质问题频发，且河道内环境流量尚未明确，严重威胁沿岸用水安全。为探明汉江中下游水质时空分布特征和河道环境流量，收集调研了2015—2019年汉江中下游黄家港、襄阳、皇庄、沙洋、潜江、仙桃和汉川等7个控制断面的pH、溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、总磷5项水质指标，基于水质单因子评价方法分析了水质时空变化特征。通过建立一维水动力-水质模型，构建了基于保障各控制断面水质的环境流量计算方法；根据不同水源的输入，计算了汉江中下游河道环境流量，并提出了保障方案。结果表明，汉江中下游丰水期氨氮和枯水期总磷在皇庄以下断面均未达到Ⅱ类水标准，氨氮沿程变化不明显，总磷从上游至下游逐渐升高。环境流量保障需结合引江济汉补水工程和丹江口下泄流量，丰水期和枯水期当引调长江水分别为500 m3/s和350 m3/s时，还需丹江口水库分别下泄214 m3/s和315 m3/s才能满足河道内的环境流量。研究为汉江中下游水质安全保障和合理分配丹江口水资源提供了参考。
2024 Vol. 43 (11): 17-26 [
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27
降雨时间分辨率与插值方法对城市内涝模拟影响研究
张裕, 侯精明, 王正发, 官保君, 陈杰
DOI: 10.11660/slfdxb.20241103
为研究不同时间分辨率降雨资料对模拟结果的影响，使用不同插值方法提高降雨时间分辨率进行城市内涝模拟并确定最佳插值方法。以西安市天福和园小区为研究区域，利用GAST-SWMM耦合模型，选取纳什系数和峰值误差作为评判标准，对研究区域模拟和实测流量过程线进行对比。研究表明：经两场实测降雨过程验证，模型纳什系数分别为0.85和0.81，表明构建的一二维耦合模型精度较高；在本文设置的五种时间分辨率中，当降雨时间分辨率为5 min时，模拟精度最高，随着降雨时间分辨率的降低，模拟流量与实测流量过程线吻合程度逐渐变差，且时间分辨率为60 min时模拟结果最差；选取分形插值、拉格朗日插值、线性插值三种方法，将实测降雨数据时间分辨率从30 min和60 min插值为5 min，模拟结果均显示与实测吻合程度最好的是分形插值方法，拉格朗日插值方法次之，线性插值方法最差。本研究可为用于城市内涝模拟的降雨资料选取及处理提供依据。
2024 Vol. 43 (11): 27-38 [
摘要
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39
金下-三峡-葛洲坝梯级水库联合优化调度方案比较研究
谢雨祚, 郭生练, 钟斯睿, 汪芸, 向鑫
DOI: 10.11660/slfdxb.20241104
依据水库调度图进行模拟调度，以检验设计值的合理性并作为方案比较的基准。分别建立金沙江下游和三峡-葛洲坝6座梯级水库联合调度和多目标优化调度模型，采用基于Gaussian径向基函数的“参数化-模拟-优化”框架和Borg算法求解优化模型的Pareto前沿。对比研究结果表明：6库设计年发电量合理可靠，联合调度需考虑回水顶托影响；联合（优化）调度方案与单库调度方案对比，6库年均弃水量分别降低20.38%（30.44%），增发电量4.01%（5.45%），其中溪洛渡、向家坝和葛洲坝水库增发电量最大；发电量与蓄满率互相制约，三峡水库9月10日起蓄面临着枯水年难以蓄满的问题，建议进一步优化三峡水库汛期运行水位并考虑提前蓄水。
2024 Vol. 43 (11): 39-48 [
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49
基于三维视角的京津区域干旱事件识别
丽娜·托库, 门宝辉, 刘楠, 吕行
DOI: 10.11660/slfdxb.20241105
京津区域经济发达、人口密集，对干旱事件造成的伤害更加敏感。干旱事件的频发给京津区域社会经济和水安全保障带来挑战。本文基于三维视角的干旱识别方法，从经度、纬度和时间中提取连续的干旱事件，利用京津地区的标准化植被指数（SVCI）对其干旱事件进行识别；根据持续时间、面积占比和强度来量化干旱事件；利用Copula函数进行频率分析和重现期计算。结果表明：本文采用SVCI进行三维识别的干旱事件基本符合文献记载的事件，结果是合理可靠的；在1982—2020年京津区域共识别出干旱事件48场，其中持续3个月及以上的干旱有34场；三维Copula函数可以考虑更多干旱特征因子，较二维Copula有拟合优势。
2024 Vol. 43 (11): 49-58 [
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水电站中长期多尺度调峰能力计算方法研究
艾学山, 黄馗, 石轩语, 赵龙庆, 刘丰硕, 于洋馨
DOI: 10.11660/slfdxb.20241106
调峰能力是衡量水电站调峰性能的重要特性指标。对含风光等新能源的区域电网，开展水电站的中长期调峰能力研究对提高新能源消纳、促进电网长期稳定运行具有重要意义。以多时间尺度对应的历史典型日负荷过程为基础，利用快速搜索与发现的密度峰值聚类算法提取各尺度下的典型日负荷比例，进而确定日调峰电量的计算方法，作为确定各尺度调峰能力的依据。以调峰电量最大为目标建立相应计算期和时间尺度的调度模型，开展年内月尺度、月内旬尺度和旬内日尺度的逐层优化调度研究。以具有年调节能力的龙滩水电站为研究对象开展实例研究表明，本方法可为区域电网开展中长期电力电量平衡，合理安排梯级水电站各时间尺度的调峰电量提供决策参考。
2024 Vol. 43 (11): 59-70 [
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山区陡坡坡面产流产沙过程的降雨试验研究
童晓霞, 崔远来, 邵东国, 李建明, 丁文峰, 张冠华, 陈锦阳
DOI: 10.11660/slfdxb.20241107
为弄清雨强、土层厚度分布和土层底部透水性交互作用对山区陡坡坡面产流产沙过程影响规律，本文基于4种设计土槽进行室内模拟连续降雨试验。结果表明：地表径流率在连续降雨过程中呈明显波动上升趋势，侵蚀速率均值在连续降雨过程中呈现先增加后减小的趋势。地表径流率主要受到雨强的影响，方差贡献率达88.85%，侵蚀速率主要受到雨强以及土层厚度分布和雨强的交互影响，方差贡献率分别为46.13%和20.64%，土层厚度分布和土层底部透水性的交互作用对侵蚀速率也有一定影响，方差贡献率为9.21%。因此，除考虑雨强外，还应兼顾考虑土层厚度分布、土层底部透水性及其交互作用对产流产沙过程的影响。本研究可为山区坡面复杂下垫面条件下的坡面产流产沙机理提供理论支撑。
2024 Vol. 43 (11): 71-80 [
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主动转动水翼的空化水动力学特性研究
李彦浩, 王逸夫, 于安
DOI: 10.11660/slfdxb.20241108
在构建新能源高占比的新型电力系统中，水电机组尤其是抽水蓄能机组，频繁在工况之间转换。活动导叶和轴流转桨叶片在主动调整过程中，其空化特性与稳定工况有较大区别，其空化发展机理值得深入研究。本文采用基于滤波器修正（FBM）的湍流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型分别对两种不同水翼的转动方式下的空化水动力学特性进行数值模拟研究。对数值模拟结果中空化形态及流场速度矢量图进行分析，探究NACA0015水翼振荡运动中空泡演变和水动力参数的影响机理。结果表明，头部固定转动模式诱导的空泡尺度大于尾部固定模式，因为头部固定模式会加剧反向射流的运动。同时，当水翼头部固定时，时均汽相体积相对大于尾部固定振荡模式下的值。片空化工况下，对于两种不同的运动模式，汽相体积的总体曲线非常相似；云空化工况下，两种运动模式之间的汽相体积和空化形态曲线明显不同。
2024 Vol. 43 (11): 81-91 [
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离心泵叶轮动应力的长短期记忆网络预测与疲劳分析
乔凤权, 孙毅, 吴松泉, 张鹏昌, 方铭坤, 张方芳, 陶然
DOI: 10.11660/slfdxb.20241109
低比转速离心泵在运行时会伴随着应力集中问题，应力集中和动应力变化可能导致低比转速离心泵发生疲劳损伤。传统的有限元方法在分析应力疲劳问题时受限于预测能力不足。本文提出了一种基于长短期记忆网络（LSTM）的离心泵疲劳寿命预测方法，通过利用长短期记忆网络对额定工况和小流量工况下动应力时间序列信号进行训练及预测，并结合疲劳寿命模型对不同运行条件下的离心泵运行寿命进行预测。结果表明：LSTM模型能够准确捕捉动应力的变化趋势，额定工况下的动应力拟合效果明显优于小流量工况。额定工况下动应力预测集MAPE值相较于小流量工况下降了21.33%。预测动应力为2.28×107 Pa时，其运行寿命可达3×108的循环次数，满足高强度运行的寿命要求。本文所提出的方法能够有效提高离心泵的运行寿命预测精度，为离心泵的管理和维护提供更可靠的支持。
2024 Vol. 43 (11): 92-102 [
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磨损模型对固液两相流泥沙磨损计算影响
张自超, 常凤祥, 李嘉兴, 赵三亚, 李延频
DOI: 10.11660/slfdxb.20241110
黄河沿岸水流含有大量悬移质泥沙颗粒，极易对水轮机过流部件造成泥沙磨损。选择合适的磨损模型计算磨损深度具有重要意义。本研究采用四种磨损模型，在两种颗粒直径和两种流速条件下，对直角弯管固液两相流场进行数值模拟。通过对比计算所得的磨损深度与实验值，筛选出适用于黄河沿岸悬移质颗粒的磨损模型。结果表明：磨损区域主要位于上下游管道连接位置及下游圆周向90°、270°位置，大颗粒直径90°~ 270°磨损更加明显；综合来看，Tusla和Oka模型计算精度更高。大颗粒直径推荐使用Oka模型进行计算，其在兼顾计算精度的前提下，又因其模型中考虑了颗粒直径；小颗粒直径条件，推荐使用计算精度最高的Tusla模型来计算小颗粒磨损问题。本研究可为黄河沿岸水电站的固相两相流泥沙磨损计算提供模型选择参考。
2024 Vol. 43 (11): 103-113 [
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水电工程施工安全隐患多标签文本智能分类方法
周佳一, 郑霞忠, 田丹, 陈云
DOI: 10.11660/slfdxb.20241111
水利水电工程施工安全隐患体量大、形式多元、类型多样，同一隐患可能涉及多个类型，且隐患类型的界定存在模糊不清的现象。隐患分类多以人工经验为主导，极易导致隐患管理混淆，增加了隐患管理的难度。针对上述问题，本文提出了一种水电工程施工安全隐患文本多标签智能分类方法。首先，利用ALBERT模型对文本信息进行编码，实现非结构化安全隐患文本的高精度量化；然后，以文本量化结果为基础，考虑安全隐患中文本内容权重，利用Attention机制改进的双向门控循环单元（Bi-GRU），构建安全隐患文本多标签智能分类模型，提升施工安全隐患识别效率；最后，利用水电工程施工安全隐患文本，测试方法性能，得到方法的F1值达到了92.11%，证明了该方法的适用性，有望为水电工程施工的安全管理、事故隐患排查和分析提供信息支撑。
2024 Vol. 43 (11): 114-124 [
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