当前目录
- 水利学报
- 2023年 第54卷 第10期
- 出刊日期:2023-10-28
《水利学报》创刊于1956年,是中国水利学会、中国水利水电科学研究院、中国大坝工程学会主办的综合性学术刊物,是水利行业创刊最早、国内外最具影响的学术期刊,在水利工程类核心期刊中排第一位,被国内外多家检索系统收录。《水利学报》刊登反映水利、水电、水运领域较高水平的学术论文、专题综述和工程技术总结,开展学术论文的讨论和评论,介绍国内外科技动态和消息。主要专业范围包括:水文及水资源、防洪减灾、灌溉排水、水力学、泥沙、河港水运、岩土工程、水工结构及材料、水利水电施工及监理、水力机电、水利经济、水环境、水利史研究等。
- 智慧长江建设关键技术难点与解决方案的思考与探索
- 黄艳,张振东,李琪,王权森,陈瑜彬
- 2023 Vol.54(10):1141-1150[摘要](665)[PDF](752)
- 迁移学习框架下高心墙堆石坝施工仿真参数IGOA-MLP动态预测模型
- 吕菲,钟登华,余佳,张君,张雨诺
- 2023 Vol.54(10):1151-1162[摘要](463)[PDF](513)
- 计及阶梯式碳交易的风-光-火-抽蓄联合系统日前优化调度
- 李琛玺,燕恒,张浩,郭鹏程
- 2023 Vol.54(10):1163-1176[摘要](440)[PDF](746)
- 单块石粒径对自密实混凝土断裂性能的影响研究
- 罗滔,李玉洁,杨毅,潘晓凤,金峰
- 2023 Vol.54(10):1177-1187[摘要](402)[PDF](480)
- 河道穿堤涵闸闸门溃损抢险堵漏稳定性分析
- 肖晨光,张肖,孙玉明,曹秀清,蒋尚明
- 2023 Vol.54(10):1188-1194[摘要](395)[PDF](452)
- 土石坝渗流性态分析的IAO-XGBoost集成学习模型与 预测结果解释
- 余红玲,王晓玲,任炳昱,郑鸣蔚,吴国华,朱开渲
- 2023 Vol.54(10):1195-1209[摘要](184)[PDF](502)
- 土工织物顶压蠕变特性与折减系数研究
- 李丹,易杨,罗琛,吴迪,徐超,吴建建
- 2023 Vol.54(10):1210-1220,1235[摘要](455)[PDF](490)
- 考虑水电消纳的送受端市场日前现货协同出清方法
- 张扬,申建建,程春田,赵启浩,谢蒙飞,王帮灿
- 2023 Vol.54(10):1221-1235[摘要](220)[PDF](424)
- 基于MCMC和ES-MDA方法的地下水数值模型非均 质参数场及开采量的反演研究
- 刘墉达,陈喜,高满,孟详博,刘维翰,黄日超
- 2023 Vol.54(10):1236-1247[摘要](396)[PDF](449)
- 纤维混掺超高性能混凝土抗冲磨与拉伸性能研究
- 王雄锋,陈波,张晓闯,吕乐乐,张丰
- 2023 Vol.54(10):1248-1256[摘要](427)[PDF](439)
- 基于马斯京根参数K、X的等效河道计算方法研究
- 王船海,俞悦,吴金宁,陈钢,马腾飞,曾贤敏
- 2023 Vol.54(10):1257-1265[摘要](244)[PDF](551)
- 智慧长江建设关键技术难点与解决方案的思考与探索
- 黄艳,张振东,李琪,王权森,陈瑜彬
- 以数字孪生长江为支撑的智慧长江是水利高质量发展新阶段下加快实现安澜长江、绿色长江、和谐长江、美丽长江目标的重要新型基础设施。本文围绕智慧长江建设近期目标,阐述了以数字孪生长江为支撑的智慧长江建设需求、发展背景、建设目标与总体框架。结合数字孪生长江试点项目,阐述了模型平台、知识平台以及重点业务应用建设的现状与存在的重点与难点问题。以问题为导向,重点介绍了模型通用化标准制定、数据驱动方法与机理模型的融合以及模型配置工具的应用,提出了防洪调度知识图谱构建新方法。以此为基础,阐述了具备正向模拟与反向推演功能的水工程智慧调度业务应用。最后探索了新老系统衔接与融合的实现路径,为推进智慧长江建设提供技术支持。
- 2023  Vol.  54(10):    1141-1150
    [摘要](665)     [PDF](752) - 迁移学习框架下高心墙堆石坝施工仿真参数IGOA-MLP动态预测模型
- 吕菲,钟登华,余佳,张君,张雨诺
- 施工仿真参数是影响高心墙堆石坝仿真结果准确性的关键。现有方法基于历史数据来预测未来填筑层的仿真参数,忽略了不同层之间的施工差异;同时,在新一层开始时往往存在数据不足或缺失的问题;此外,施工参数受到气象条件、机械运行状态等多因素影响而动态变化。本文利用迁移学习解决了上述问题,该方法具有通过知识迁移解决少样本建模问题的优势,同时考虑气象条件、机械运行状态等多种因素的定量影响,提出迁移学习框架下的高心墙堆石坝施工仿真参数改进蝗虫算法优化的多层感知机动态预测模型。首先,建立综合考虑多因素影响的施工仿真参数IGOA-MLP预测模型;其中,采用非线性缩减因子和柯西-高斯混合变异模式改进蝗虫优化算法(IGOA),并利用IGOA高效全局最优搜索能力来优化多层感知机(MLP)的超参数。其次,引入迁移学习策略,将训练集划分为源域和目标域,并在MLP隐藏层中增加自适应层以表征源域数据与目标域数据的差异性,实现历史工况和新工况间的知识迁移,从而解决新工况下缺少数据的问题。工程实例表明,相比于传统MLP模型以及未使用迁移学习的IGOA-MLP模型,本文所提方法的平均绝对百分比误差(MAPE)分别降低了54.68%、40.57%,证明了本文所提模型能够更准确地预测仿真参数,为仿真计算提供可靠的数据基础。
- 2023  Vol.  54(10):    1151-1162
    [摘要](463)     [PDF](513) - 计及阶梯式碳交易的风-光-火-抽蓄联合系统日前优化调度
- 李琛玺,燕恒,张浩,郭鹏程
- 在以水、风、光等清洁可再生新能源为主的电力系统中,风电与光伏出力的不确定性会导致电源侧的灵活性调节能力不足,并且难以精准量化评估系统的降碳效益。本文采用模糊机会处理功率平衡约束来表征风光出力的不确定性,耦合阶梯式碳排放成本计算方法,构建新型风-光-火-抽蓄联合运行系统日前优化调度模型。以西北地区某新能源基地为研究对象,将火电机组运行成本、弃风弃光惩罚成本、抽蓄电站运行成本以及碳排放成本构成的综合成本最低作为优化目标,采用分段线性化方法处理火电机组运行成本的凸性非线性项。实际算例优化结果表明,抽蓄电站的加入使得联合系统的总运行成本与碳排放量均大大降低,且对风-光-火-抽蓄联合运行系统引入模糊机会与阶梯式碳交易后,综合运行成本降低3.2%,碳排放量减少14.3%,弃风弃光成本下降了55.7%,验证了本文所构建的新型模型的有效性。
- 2023  Vol.  54(10):    1163-1176
    [摘要](440)     [PDF](746) - 单块石粒径对自密实混凝土断裂性能的影响研究
- 罗滔,李玉洁,杨毅,潘晓凤,金峰
- 块石是堆石混凝土的重要组成成分,其粒径对自密实混凝土的断裂破坏具有显著影响。为研究块石粒径对自密实混凝土断裂性能的影响,对预埋不同粒径(20、25、30和35 mm)单块石的自密实混凝土进行了断裂韧性试验,并结合声发射(Acoustic Emission,AE)和数字图像相关技术(Digital Image Correlation,DIC)对试件断裂破坏过程进行动态监测,对比分析了块石粒径对自密实混凝土断裂性能的影响。研究结果表明:随块石粒径的增大,自密实混凝土起裂韧度呈现出先增大后减小的趋势,失稳韧度呈现出逐渐增大的趋势,与无块石试件相比,当块石粒径为30 mm时,起裂韧度、失稳韧度分别增大了10.8%、12.5%,块石阻裂效果明显;随块石粒径的增大,试件破坏产生的AE信号逐渐增多,峰值荷载处产生的AE振铃计数分别为无块石试件的39%、47%、63%、68%,峰后累计AE振铃计数分别为无块石试件的130%、140%、148%、164%;DIC结果显示,随块石粒径的增大,DIC测试区内最大水平位移逐渐增大,当块石粒径为35 mm时,最大水平位移为无块石试件的4倍;断裂过程区(Fracture Process Zone,FPZ)最大水平应变随块石粒径增大而逐渐增大。研究结果揭示了堆石混凝土中块石粒径对自密实混凝土裂缝扩展的影响机理,证明了堆石对自密实混凝土中裂缝发展的抑制作用。
- 2023  Vol.  54(10):    1177-1187
    [摘要](402)     [PDF](480) - 河道穿堤涵闸闸门溃损抢险堵漏稳定性分析
- 肖晨光,张肖,孙玉明,曹秀清,蒋尚明
- 河道堤防上的穿堤涵闸是重要水工建筑物之一,具有泄水排涝、引水灌溉、挡水防洪等功能。汛期涵闸溃损导致的洪水非预期外泄将带来灾难性后果,严重影响保护区人民生命财产安全。本研究以2020年7月淮河姜唐湖行洪区戴家湖涵闸溃损险情为例,回溯了涵闸闸门断裂溃损过程及险情处置方案。对抛投堵漏材料进行了水下力学分析,经测算堵漏效果不佳的原因为,堤内外水头差过大导致堵漏石笼所受的水流冲力过大,无法稳定。通过堵漏稳定条件分析,得出戴家湖涵闸抢险的抛投堵漏临界稳定流速为2.76 m/s,临界稳定水头差为3.01 m,矮粗型石笼具有更强的稳定性。本研究还对大型养水盆建造及涵闸闸门溃损抢险堵漏策略等进行了分析讨论。本文研究成果可为今后涵闸抢险方案的合理制定提供可借鉴的方法。
- 2023  Vol.  54(10):    1188-1194
    [摘要](395)     [PDF](452) - 土石坝渗流性态分析的IAO-XGBoost集成学习模型与 预测结果解释
- 余红玲,王晓玲,任炳昱,郑鸣蔚,吴国华,朱开渲
- 针对现有土石坝渗流数值模拟方法计算效率较低、难以实时分析大坝渗流性态,而现有基于机器学习算法建立的代理模型又存在模型可解释性较差的问题,提出土石坝渗流性态分析的IAO-XGBoost集成学习模型,并基于Shapley加性解释(SHapley Additive exPlanation,SHAP)理论对预测结果进行解释。在采用多地质体自动建模方法和CFD技术对大坝渗流场进行计算分析的基础上,基于改进的天鹰(Improved Aquila Optimization,IAO)算法优化极限梯度提升(eXtreme Gradient Boosting,XGBoost)集成学习算法中的n_estimators、max_depth和learning_rate等超参数,进而建立基于IAO-XGBoost集成学习算法的大坝渗流性态指标预测模型,以揭示上下游水位和坝基地层渗透系数等输入特征变量与渗流性态指标模拟值间的复杂非线性映射关系。进一步地,将IAO-XGBoost集成学习算法与可解释机器学习框架SHAP理论相结合,挖掘影响大坝渗流性态指标预测结果的关键特征,并解释特征变量对渗流性态指标预测的影响。案例研究表明,IAO-XGBoost具有较高的预测精度,相比于IAO-GBDT、IAO-RF、IAO-DT和IAO-SVR算法,其预测精度分别提高了0.52%、11.64%、37.21%和25.07%;且相比于IAO-XGBoost、IAO-GBDT和IAO-RF算法的特征重要性分析方法,SHAP理论具有更强的模型可解释性,提高了预测结果的可信度。
- 2023  Vol.  54(10):    1195-1209
    [摘要](184)     [PDF](502) - 土工织物顶压蠕变特性与折减系数研究
- 李丹,易杨,罗琛,吴迪,徐超,吴建建
- 常规土工合成材料蠕变特性仅考虑筋材拉伸状态。随着土工合成材料应用愈加广泛,其受力条件也愈加复杂。为研究土工织物在受到顶压力作用下的蠕变特性,研制了顶压蠕变试验装置。采用该装置对Mirafi PET 1300土工织物进行了CBR圆形顶破试验以及40%、50%和60%三种荷载水平下的2400 h圆形顶压蠕变试验,计算了5、10、60和120 a设计年限在不同顶压面积应变下的顶压蠕变折减系数,并与常规拉伸蠕变折减系数对比,建立了顶压蠕变折减系数、设计年限与顶压面积应变三者的量化关系式,以预测顶压蠕变折减系数。结果表明,对于试验土工织物,顶压蠕变折减系数比常规拉伸蠕变折减系数大65.340%~148.496%;随设计年限的增加,顶压蠕变折减系数变化不大;在不同设计年限下,随顶压面积应变的增加,顶压蠕变折减系数保持平稳。为提升工程结构的安全性和耐久性,在土工合成材料受顶压作用情况下,建议设计采用顶压蠕变折减系数。
- 2023  Vol.  54(10):    1210-1220,1235
    [摘要](455)     [PDF](490) - 考虑水电消纳的送受端市场日前现货协同出清方法
- 张扬,申建建,程春田,赵启浩,谢蒙飞,王帮灿
- 大规模水电跨省跨区输送涉及送受端多个差异电力市场,如何协调不同市场交易促进水电消纳是我国电力现货建设面临的关键问题之一。本文提出考虑水电消纳的送受端市场日前现货协同出清方法,以直流联络线为协调因子,实现送、受端市场迭代出清框架的有效衔接;考虑直流外送计划确定巨型水电站发电能力、开停机、爬坡、上下游影响电量的边界条件,并耦合水电非线性特点和弃水控制要求,构建购电费用最小出清模型,优化送端全网日前现货出力;提出直流计划更新策略,依据电站弃水和电网断面控制,动态调整外送边界,实现受端市场迭代出清收敛。通过改进的IEEE300节点系统和云南电网实际工程验证,本文方法能够高效完成高比例水电市场现货出清,且能有效衔接市场出清结果与直流输送计划,实现流域梯级电量、水量精准匹配。
- 2023  Vol.  54(10):    1221-1235
    [摘要](220)     [PDF](424) - 基于MCMC和ES-MDA方法的地下水数值模型非均 质参数场及开采量的反演研究
- 刘墉达,陈喜,高满,孟详博,刘维翰,黄日超
- 马尔科夫链蒙特卡罗方法(MCMC)和多重数据同化集合平滑器方法(ES-MDA)近年来在地下水参数反演得到广泛应用,但对三维多层非均质含水层参数反演精度和计算效率还缺乏对比分析。本文构建了含有基于Karhunen-Loève展开的非均质参数场的潜水和多层承压水含水层案例,并建立了地下水数值模型和基于Kriging方法的替代模型,模拟含水层分层水头变化,探讨了基于替代模型的MCMC、替代模型和数值模型相结合的两阶段MCMC以及ES-MDA方法反演的含水层渗透系数以及开采量。结果表明,针对本文算例,在非均质参数和开采量的反演中,相比而言,两阶段MCMC反演参数精度更高,ES-MDA方法计算效率更高。本研究为地下水数值模型参数反演方法选择提供参考依据。
- 2023  Vol.  54(10):    1236-1247
    [摘要](396)     [PDF](449) - 纤维混掺超高性能混凝土抗冲磨与拉伸性能研究
- 王雄锋,陈波,张晓闯,吕乐乐,张丰
- 为明确钢纤维-聚丙烯(PP)/聚乙烯醇(PVA)纤维混掺对超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,UHPC)抗冲磨和拉伸性能的影响,本文通过PP/PVA纤维与钢纤维混掺、长短PVA纤维混掺等方式,研究了UHPC抗冲磨性能,阐明了纤维混掺提升UHPC抗冲磨强度的作用机制;研究了不同掺量PVA纤维与钢纤维混掺对UHPC拉伸性能的影响,测试了UHPC拉伸应力-应变曲线,分析了纤维混掺对UHPC拉伸断裂能的影响。结果表明:在1.0%钢纤维的基础上添加0.2%~1.0%的PP/PVA纤维,能进一步提高UHPC的抗冲磨强度;纤维掺量相同时,钢-PP纤维混掺UHPC的抗冲磨性能整体上略优于钢纤维UHPC、钢-PVA纤维混掺UHPC和长短PVA纤维混掺UHPC;长短PVA纤维混掺时,长短纤维体积比为3∶1时UHPC抗冲磨强度最高。钢-PVA纤维混掺UHPC拉伸应力-应变曲线表现为应变软化,钢-PVA纤维混掺UHPC较钢纤维UHPC的抗拉强度略低,钢纤维比钢-PVA混掺纤维能更好地抑制微裂缝的萌生与扩展。
- 2023  Vol.  54(10):    1248-1256
    [摘要](427)     [PDF](439) - 基于马斯京根参数K、X的等效河道计算方法研究
- 王船海,俞悦,吴金宁,陈钢,马腾飞,曾贤敏
- 河道汇流演算本质上属于水力学问题,为了简便计算发展了一系列的水文学方法,马斯京根法便是其中最经典的方法之一。本文基于马斯京根法中的参数K、X,与特征河长相结合,构建了不同类型的等效河道(矩形、抛物线型)断面下河宽、河道比降和最大水深的计算公式,并在实例中模拟出河道各断面不同时刻的水位、流速、流量等信息。通过在实际河道中验证,结果表明,该方法实现了河道大断面资料的扩充,且具有较高的精度,改进了传统的水文学河道汇流计算模式。该方法将传统水文方法与水动力方法结合起来,有利于实现少资料地区水位、流速过程模拟,为传统的马斯京根法转换为水动力模型计算提供新方法。
- 2023  Vol.  54(10):    1257-1265
    [摘要](244)     [PDF](551)