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  • 水利学报
  • 2019年 第50卷 第2期
  • 出刊日期:2019--
《水利学报》创刊于1956年,是中国水利学会、中国大坝协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。

2019年第50卷第2期

(下载当期目录)

  • 常态-碾压混凝土联合筑坝材料变形特性与抗剪强度准则研究
    李明超,张梦溪,张津瑞
    联合筑坝形式下坝体的多个部位往往存在大体积常态与碾压混凝土材料共用的情况。坝体结构中两种材料分布部位的多样性和力学性能的差异性是导致坝体出现变形协调问题的主要原因。为分析筑坝材料的变形协调特性,建立了常态-碾压混凝土复合试件细观数值模型,基于实际工程材料性能数据,采用非均质有限元法计算分析了复合试件的细观强度特性,评价了粉煤灰掺量、材料界面倾斜角对联合筑坝复合材料力学性能的影响,结果表明:混凝土复合试件强度介于两种材料之间且随粉煤灰掺量的增加而降低,侧向压应力对复合试件的强度提升较大,根据数值试验数据,提出了联合筑坝形式下复合试件的破坏准则,分析了复合试件斜剪破坏产生机制,验证了剪切破坏准则的有效性与可靠性,研究结果可为联合筑坝材料设计提供参考。
    2019  Vol.  50(2):    157-164    [摘要](144)    [PDF](167)
  • 水电工程水泥灌浆智能控制方法与系统
    樊启祥,黄灿新,蒋小春,王克祥,黄伟,杨宁
    水泥灌浆是水电工程基础加固和防渗的重要措施。面向水泥灌浆核心工艺过程控制,基于“全面感知、真实分析、实时控制”的闭环智能控制理论,本文提出了三区五阶段P-Q-C-t联动智能灌浆控制方法,通过灌浆压力P、注入率Q、浆液密度C、岩体抬动值ΔH、浆液温度T及灌浆历时t的实时联动智能控制,实现了正常灌浆和特殊情况灌浆一体化智能识别和控制。研发了智能灌浆单元机iGC和智能灌浆管理云平台iGM组成的智能灌浆系统,实现了水泥灌浆一键式闭环智能控制。在乌东德、白鹤滩等水电站的固结灌浆和高压帷幕灌浆工程中应用显示,该方法与系统提高了水泥灌浆工程的施工质量,具有较高的推广和应用价值。
    2019  Vol.  50(2):    165-174    [摘要](118)    [PDF](110)
  • 河道糙率和桥墩壅水对宽浅河道行洪能力影响的研究
    王涛,郭新蕾,李甲振,郭永鑫,周志刚,郭晓明
    为研究宽浅型河道糙率和桥墩壅水对行洪能力的影响,本研究采用了物理模型试验、数值模拟和经验公式方法分别模拟其水力特性并进行比较分析。通过物理模型试验给出了河道糙率的模拟方法,分别采用4种材料模拟河道护坡:无植被、稀疏植被、稀疏植被中间种植灌木和密集植被。其中,糙率最大的密集植被和糙率最小的无植被护坡条件下各断面水位差均值为0.03 m。结果表明:对于宽浅河道,护坡糙率较大范围的变化对河道行洪能力影响不显著。复杂边界条件和水力条件下桥墩壅水模拟结果表明:二维数学模型比经验公式和一维数学模型能较真实地反映河道边界条件、桥梁长度、桥墩形状对桥墩壅水高度的影响,模拟结果同物理模型试验值较为接近。本研究为宽浅河道安全行洪中糙率评估和桥墩壅水计算提供可靠的参数和依据。
    2019  Vol.  50(2):    175-183    [摘要](116)    [PDF](121)
  • 密度与应力水平对珊瑚砂颗粒破碎影响试验研究
    蔡正银,侯贺营,张晋勋,张凤林,关云飞,曹永勇
    珊瑚砂在剪切过程中容易发生颗粒破碎,而颗粒破碎与应力水平、初始密度以及应力路径等因素有关。为了研究密度和应力水平对珊瑚砂颗粒破碎的影响,对珊瑚砂进行了三轴压缩试验和侧限压缩试验。文中建立了三轴压缩条件下颗粒相对破碎与围压和试样初始孔隙比之间的定量关系表达式,以及相对破碎与试样平均粒径之间的关系表达式。研究表明,在三轴压缩和侧限压缩条件下,试样的相对破碎均随着应力水平(围压或竖向应力)和试样密度的增大而增大,但两种应力路径下的颗粒破碎程度有显著的不同。
    2019  Vol.  50(2):    184-192    [摘要](81)    [PDF](96)
  • 并联供水水库联合调度规则最优性条件研究Ⅱ:算法开发与实例研究
    胡铁松,曾祥,王敬,王欣,汪琴
    利用水库调度问题的特征开发高效求解算法是水库优化调度问题算法研究的核心内容。本文以两阶段调度问题与多阶段调度问题应保持最优策略集的一致性作为假设条件,基于本文上篇中并联供水水库两阶段调度问题的最优性条件(K-T条件),设计了该类水库调度问题的优化求解方法,并通过两阶段调度模型的滚动运行,实现并联水库系统长时序优化调度的目的。以辽宁省碧流河水库与英那河水库为例,开展了并联供水工程研究,结果表明:新的算法具有合理性与有效性,较由限制供水规则与参数式规则组合构成的并联供水水库联合调度规则,显著改善了用水户缺水状况,提高了供水保证率。
    2019  Vol.  50(2):    193-200    [摘要](93)    [PDF](84)
  • 水资源综合模拟与调配模型WAS(Ⅱ):应用
    桑学锋,赵勇,翟正丽,常奂宇
    针对自然-社会水循环系统特点以及水资源管理实践需求,建立一种断面流量过程、断面特征频率径流总量、区域水资源配置总量多指标模型校验方法,并以甘肃省庆阳市为例开展WAS模型(Water Allocation and Simu-lation Model)构建与应用。模型在雨落坪站水文断面调参期(1967-1985年)年径流模拟的相关系数R2为0.89,Nash系数为0.79,校验期(1986-2000年)年径流模拟的相关系数R2为0.88,Nash系数为0.76;区域多年平均水资源总量模拟与实测误差为4.1%,25%、50%、75%和90%频率年误差分别为5.0%、1.1%、5.9%和4.2%;全市水资源配置总量误差为0.35%。在此基础上,提出庆阳市各水资源分区和行政分区的水资源配置方案以及全市自然-人工水资源循环转化图;分析表明,WAS模型在描述自然-社会水循环系统动态反馈方面具有一定优势,模型可以支撑水资源精细化评价和管理需求。
    2019  Vol.  50(2):    201-208    [摘要](167)    [PDF](116)
  • 水库实时防洪风险计算及库群防洪库容分配互用性分析
    顿晓晗,周建中,张勇传,陈璐,王权森,戴领
    水库防洪调度风险分析是实时防洪决策的重要环节和依据。为评估水库实时防洪风险,本文提出一种基于长系列历史实测径流资料的防洪库容频率曲线推算方法,以此为基础建立了水库实时防洪调度风险分析模型。进一步,从三峡水库实际防洪调度需求出发,分析了三峡水库汛期不同时段实时防洪风险,研究了上游溪洛渡、向家坝水库配合三峡水库进行联合调度时防洪库容频率曲线的变化,以及上下游水库间防洪库容分配及其互用性问题。研究表明,推求的防洪库容频率曲线能帮助判断当前防洪情势,合理利用防洪库容互用性可有效降低三峡水库防洪风险。
    2019  Vol.  50(2):    209-217,224    [摘要](107)    [PDF](92)
  • 金沙江梯级水库下游水沙过程非恒定变化及其对通航条件的影响
    陈绪坚
    随着金沙江下游梯级水库陆续建设和投入运用,坝下游的水沙过程明显改变并影响通航条件。本文提出了水沙过程非恒定变化分析方法,分析了向家坝枢纽坝下水位、流量和含沙量非恒定变化特性及其对通航条件的影响。结果表明,向家坝枢纽运用后坝下水沙变化的非恒定强度较大,水位变化的变异系数可以达到0.10~0.12,流量变化变异系数可以达到0.20~0.40,虽然出库含沙量显著减小,但含沙量变异系数最大可以达到约1.0。向家坝水文站标准化年平均水位和流量约为1.0左右,向家坝枢纽坝下山区河道的通航条件总体上是稳定的,水库运用削减洪峰和增大枯水流量有利于改善坝下河道的通航条件,但水电站日调节和水库蓄水,以及泄洪增大流量和水位的非恒定性,对坝下河道的通航条件有一定不利影响。
    2019  Vol.  50(2):    218-224    [摘要](76)    [PDF](87)
  • 地震应变率下水饱和度对混凝土动力压缩效应的影响
    王海龙,银文文,程旭东,盛余飞,孙晓燕
    为揭示地震应变率下不同含水量混凝土的力学性能变化规律,采用真空饱水设备快速制备不同水饱和度混凝土试件以消除水泥进一步水化对试验结果的影响;进行了3种应变率下(10-5s-1、10-4s-1、10-3s-1)的单轴压缩试验,测试分析了应变率和水饱和度对混凝土的应力应变曲线形态、抗压强度、弹性模量以及峰值应变的影响规律与影响机理。研究结果表明,随着应变率增加,混凝土动态抗压强度增大、弹性模量增加、而峰值应变减小;随着水饱和度增加,混凝土在静载以及动载下的抗压强度绝对值减小,但动载作用时动力强度增长因子增大;应变率越高混凝土峰值应变随水饱和度增大而减小的趋势越明显。综合考虑应变率效应以及水饱和度的影响,提出了混凝土力学性能指标的经验计算公式,与试验结果有着较好的吻合度。
    2019  Vol.  50(2):    225-232    [摘要](76)    [PDF](67)
  • 基于熵产理论的水轮机尾水管涡带研究
    卢金玲,王李科,廖伟丽,赵亚萍,吉庆峰
    为了研究水泵水轮机部分负荷工况尾水管涡带产生的原因和压力脉动特性,本文以模型水泵水轮机为研究对象,对内部流动进行了全流道三维数值模拟并采用熵产理论进行了分析。计算结果分析表明:数值模拟与实验值吻合较好;固定导叶和蜗壳内的总熵产很小,而转轮和尾水管内较大,在小流量工况叶片压力面产生的流动分离会导致高熵产率分布区域的出现,并且会随着流量的进一步减小而扩大;在部分负荷出现了粗壮型和纤细形两种涡带,均呈现螺旋形,涡带的形成与叶片出口环量偏离零环量有很大关系;涡带的出现会在尾水管内形成漩涡,阻塞尾水管通道,涡带跟随转轮同方向旋转,但是转速更低,因此尾水管出现幅值较大的低频压力脉动。
    2019  Vol.  50(2):    233-241    [摘要](78)    [PDF](109)
  • 基于温度效应的作物系数及蒸散量计算方法
    王振龙,顾南,吕海深,胡永胜,朱永华,杨秒
    准确估算作物蒸散量对于制定合理的灌溉计划和提高水资源利用效率至关重要。为反映逐日需水量的动态变化,考虑温度对作物生长状态的影响,采用三基点温度(最适温度、上限温度、下限温度)计算作物系数及蒸散量,并对不同时间尺度上计算精度进行评价。利用五道沟水文实验站大型称重式蒸渗仪实验资料及气象资料,建立了全生育期冬小麦和夏玉米蒸散量模型,结果表明:通过温度模拟冬小麦和夏玉米作物系数变化拟合度均较高,相关系数均达0.80以上,平均绝对误差均约为0.10;不同时间尺度(1、3、5 d),蒸散量模型均具有良好的预报能力,冬小麦预测值与实测值相关系数分别为0.95、0.98、0.98,夏玉米为0.90、0.94、0.97。随着时间尺度由1 d升至5 d,冬小麦绝对误差由0.67 mm·d-1降至0.41 mm·d-1,预报准确率(<1 mm·d-1)由73%升至90%,夏玉米绝对误差由0.94 mm·d-1降至0.37 mm·d-1,预报准确率(<1 mm·d-1)由67%升至90%,预报精度提高。
    2019  Vol.  50(2):    242-251    [摘要](125)    [PDF](74)
  • 基于淹水时长梯度的鄱阳湖优势湿地植被生态阈值
    韩祯,王世岩,刘晓波,彭文启,葛刚,黄爱平
    2003年后,鄱阳湖和长江的“江湖关系”变化显著,湖区枯水问题严重,洲滩淹水时间缩短,湿地植被的水分需求难以得到保障,湿地退化趋势初步显现。为量化湿地植被对淹水时长的生态需求,通过耦合水动力模型和统计模型,建立植被分布面积对淹水时长的响应关系,明确了优势湿地植被的生态阈值。结果表明:湿地植被对淹水时长的响应关系符合高斯曲线,持续一定时间的淹水,是保障植被生长的必要条件;淹水时间过长,植被生长将受到胁迫。在淹水时长梯度下,湿地植被具有最适、适宜和限制区间,且存在明显种间差异:苔草对淹水的适应能力最强,适宜生态阈值为60~240 d,最适生态阈值为120~180 d,淹水超过300 d的区域,苔草生长受限;狗牙根适应能力较弱,适宜和最适生态阈值分别为30~60 d、30~90 d,淹水超过120 d的区域,狗牙根无法生存。植物面对淹水的不同生存策略,如休眠、形态结构调整等,是决定阈值种间差异的主要原因。研究结果能够为确定生态水文过程线,遏制鄱阳湖湿地退化趋势提供科学依据。
    2019  Vol.  50(2):    252-262    [摘要](79)    [PDF](117)
  • 总体矩阵法在水电站频率调节稳定性分析中的应用
    马安婷,杨建东,杨威嘉,唐韧博,冯文涛,侯亮宇
    水电站输水发电系统稳定性的分析是电站设计和运行中的关键问题。水电站输水发电系统稳定性的分析以往多采用基于传递函数法的理论分析和数值仿真,但当管道系统较为复杂时,如一洞多机输水发电系统,则不易推导系统的传递函数,也不易建立仿真模型并得到较为准确的稳定域。针对上述问题,首先推导了机组阻抗表达式,然后基于水力系统振动特性分析方法,建立输水发电系统总体矩阵,并以最大衰减因子σmax是否小于0作为稳定性的判别依据。为了验证提出方法的准确性,采用总体矩阵法对两个工程实例进行了计算分析,在单管单机模型中与基于传递函数法和Simulink数值仿真的计算结果进行了对比;在一洞四机模型中与Simulink数值仿真的计算结果进行了对比。结果表明,总体矩阵法能够准确求解复杂输水发电系统的稳定域,并可通过修改系统各个模块相应的传递矩阵排列顺序而适应不同的电站布置形式,极大地方便了水电站运行稳定性的计算与分析。
    2019  Vol.  50(2):    263-272    [摘要](55)    [PDF](57)
  • 泾河流域水沙联合分布特征分析及其不确定性评估
    马川惠,黄强,郭爱军
    径流与泥沙是非独立的二维随机变量,若要对流域实现水沙并举的科学管理方案,开展水沙联合概率分析显得尤为必要。而在联合概率分析中,水沙样本系列容量一般较小,使得联合设计值估计具有不确定性。以泾河流域为例,本文提出基于蒙特卡洛法的两变量联合设计值不确定性量化方法。该方法基于Copula函数建立水沙联合分布模型,推求两变量联合设计值的最可能组合模式,利用蒙特卡洛抽样法分析样本不确定性对水沙联合设计值的影响,计算两变量设计值置信区间。结果表明,OR重现期为20年的情况下,联合设计值95%二元置信区间表现出较大的不确定性,对流域工程设计值的确定提出了巨大挑战,且随着重现期水平的增加,联合设计值的不确定性随之增加。
    2019  Vol.  50(2):    273-282    [摘要](98)    [PDF](87)

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