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  • 水利学报
  • 2018年 第49卷 第8期
  • 出刊日期:2018--
《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。

2018年第49卷第8期

(下载当期目录)

  • 土石坝溃坝离心模型试验中水流控制与测量
    陈生水,徐光明,顾行文,钟启明,任国峰
    针对目前土石坝溃坝离心模型试验中存在的问题,研发了一套伺服水阀流量控制装置,显著提高了土石坝溃坝离心模型试验上游来水条件的控制精度,有效降低了模型试验结果的不确定性;建立了土石坝溃坝离心模型试验的水流相似准则;提出了一种采用内置于模型箱端板上的薄壁矩形量水堰测量土石坝溃坝离心模型试验中溃坝洪水流量过程的方法,并通过超重力场下的放水试验,证明了薄壁矩形量水堰的流量系数与离心机加速度无关,采用内置于模型箱端板上的薄壁矩形量水堰可准确测定土石坝溃坝离心模型试验中的溃坝洪水流量过程。
    2018  Vol.  49(8):    901-906    [摘要](147)    [PDF](156)
  • 基于流态辨识的弧形闸门过流计算
    郭永鑫,汪易森,郭新蕾,胡玮,朱锐
    过闸流量的精确计算是实现调水工程闸门自动控制、调度运行系统仿真和工程适时、适量供水的重要前提。在闸后收缩断面为低弗劳德数(约Fr<1.7)的淹没孔流条件下,现有弧形闸门过流计算的经验系数模型和量纲分析模型流量预测误差较大。基于已有试验数据分析,研究提出了闸孔淹没出流的高Fr区和低Fr区的流态辨识参数——综合能耗系数Er,定义为相对开度e/H和潜流比Xr之和,即Er=e/H+Xr,相应的流态辨识方法为:Er<1为高Fr的部分淹没孔流,Er≥1为低Fr的完全淹没孔流。针对闸孔出流的不同流态,即自由孔流、部分淹没孔流和完全淹没孔流,分别建立相应的流量计算模型,采用最小二乘辨识进行模型参数的估计,实例验证表明流态辨识模型整体的预测精度较高,80%预测流量的相对误差|EQ|<±10%,且EQ近似呈正态分布。本文提出的流态辨识方法和计算模型为过闸流量的精确计算提供了新的思路和方法。
    2018  Vol.  49(8):    907-916    [摘要](83)    [PDF](77)
  • 颗粒材料定向剪切特性的空心圆柱离散元模拟
    史旦达,杨晨捷,薛剑峰,王威
    基于PFC3D离散元模拟平台构建空心圆柱型数值模型,研究了固定主应力方向条件下颗粒材料数值试样的定向剪切宏细观力学响应,重点分析了大主应力方向角对试样单调剪切特性的影响。数值建模中,采用“分离式簇墙”技术近似模拟室内试验橡皮膜的柔性边界效应,开发了顶部扭矩层颗粒旋转速度的“动态更新法”并较好地实现了剪应力的施加。结果表明,离散元数值模型能够较好地还原室内空心圆柱砂样定向剪切试验的应力路径和应力—应变响应;大主应力方向角α的变化显著影响数值试样的剪切强度,α=60°试样的峰值内摩擦角最低,且数值模拟得到的规律与已有的实际砂土室内试验规律相一致;数值试样剪切带的宏观演化在细观上可由试样内部局部孔隙比和配位数的变化规律来表征。
    2018  Vol.  49(8):    917-925    [摘要](60)    [PDF](80)
  • 国内外河流(网)非线性动力系统防灾分形理论研究综述
    田福昌,苑希民,王秀杰,耿庆柱
    河流(网)非线性动力系统发展一般遵循“相对稳定—混沌—无序—分形自组织—恢复相对稳定”的变化规律,演变过程表现出一定的混沌分形特征。从长序列水文过程分形、洪水分期分形、河流形态演变分形、洪灾时序及频次分形、水文多尺度分形等5个方面,分析探讨了国内外河流(网)动力系统防灾分形理论研究动态及趋势展望。提出水利智能分形复合理论、流域多尺度洪灾分维动力机制、河型转化分维判别标准、河流演变复合参数分形特征与物理机制、堤防灾变系统演化分形混沌理论、水文多尺度智能分形与决策支持等方面是分形混沌学与水科学、灾害学及人工智能学交叉发展未来取得重要突破的关键方向。
    2018  Vol.  49(8):    926-936    [摘要](84)    [PDF](100)
  • 北京未来科技城LID分块配置与径流削减效果监测
    申红彬,张书函,徐宗学
    LID(Low Impact Development)完整流程包括:目标规划、配置设计、方案优选、施工建设、运行维护、效果监测以及评价改进。对于大尺度区域LID,可基于总体目标分解为不同子目标区域,并结合土地利用类型分为不同类型地块分块配置LID措施。以北京未来科技城为例,介绍了分区分块的LID配置方法,并对未来科技城LID效果开展降雨径流监测。结果表明,相比不采用LID措施情况,径流系数削减率可以达到78%;分析未来科技城雨水综合利用情况,雨水利用主要以入渗补给为主,综合利用率在85%以上。
    2018  Vol.  49(8):    937-944    [摘要](63)    [PDF](84)
  • 基于随机森林算法的土石坝压实质量动态评价研究
    林威伟,钟登华,胡炜,吕鹏,鄢玉玲,任炳昱
    坝体压实质量评价是土石坝施工安全控制的关键,其中干密度是评价压实质量的重要指标,但是施工现场通过随机试坑试验获取干密度的方法难以全面反映仓面压实质量,同时压实质量评价模型存在缺乏深入分析和量化料源参数不确定性的问题。针对上述不足,本文基于碾压实时监控系统提出了考虑料源参数和评价过程随机不确定性的压实质量动态评价模型,其功能主要包括以下3个方面:(1)采用信息熵理论量化土石坝料源参数的不确定性;(2)在影响干密度的指标中增加P5含量和湿度两个指标,反映了级配与气象要素对压实质量的影响,并在考虑料源参数不确定性影响的条件下基于随机森林算法对压实质量评价模型进行了动态求解;(3)采用插值结果可信度高的Kriging方法进行全仓面压实质量动态评价,弥补了试坑试验有限检测点难以全面反映仓面压实质量的不足。将该模型应用于某工程心墙区的压实质量评价,采用五折交叉验证和F检验等方法验证了该模型的可行性,并与BP神经网络和线性回归评价方法进行对比分析,验证了本评价方法的一致性、代表性和优越性。
    2018  Vol.  49(8):    945-955    [摘要](81)    [PDF](87)
  • 两变量洪水结构荷载重现期与联合设计值研究
    刘章君,郭生练,许新发,成静清,温天福,尹家波
    目前常用的两变量洪水重现期所判定的危险事件和表征的水库大坝水文失事情景都存在不符合实际的情况。本文以超过坝前最高水位的频率来度量防洪安全设计标准,开展两变量洪水结构荷载重现期与最可能联合设计值计算方法研究。以清江流域隔河岩水库为例,进行应用和比较研究。实例结果表明:与结构荷载重现期相比,“OR”和“AND”重现期最可能联合设计值的设计标准分别系统偏高和偏低,Kendall和生存Kendall重现期也存在不同程度的偏低或偏高。结构荷载重现期考虑了洪峰、洪量与水库调洪规则的交互作用,符合设计洪水的实质内涵,能够达到指定的防洪标准,可为水库防洪安全设计和风险分析提供更加科学合理的依据。
    2018  Vol.  49(8):    956-965    [摘要](86)    [PDF](109)
  • 基于神经网络的轴流转桨式水轮机传递系数
    刘冬,黄建荧,王昕,黄一冲,熊祺,肖志怀
    建立水轮机数学模型是研究机组稳定性,优化机组运行的基础。工程实际中,对水轮机小扰动工况的研究多采用分段线性化模型,需要求取不同工况下水轮机的传递系数。然而,传统的求取方法计算量大,得到的传递系数数量有限且在轻载工况时误差较大。本文基于外特性法和神经网络求导,研究了轴流转桨式水轮机传递系数的计算方法。利用模型综合特性曲线、飞逸曲线以及边界条件,获取水轮机模型的原始数据,训练并得到反映水轮机流量特性和力矩特性的神经网络。对包含神经网络的数学表达式进行求导,推导传递系数的计算式,它是工况点的函数。最后,对比了该方法和曲线拟合法在一些工况点处求得的传递系数,分析了各自的特点。结果表明,本文提出的基于神经网络求导的水轮机传递系数求取方法精度较高,减少了计算量,且有利于全面的认识传递系数随工况的变化情况。
    2018  Vol.  49(8):    966-974    [摘要](75)    [PDF](72)
  • 重塑黏性土及不同砂砾含量土体的起动试验研究
    王秋生,苏瑞林,高晓静
    应用冲蚀函数测定仪开展了两种重塑黏土及其砂砾含量分别为20%、40%、60%条件下的起动试验,研究了黏聚力、干密度、砂砾粒径及掺量对土体起动应力的影响。试验结果表明:纯黏性土的起动应力与黏聚力呈线性关系,但两种黏土的斜率变化较大;两种黏性土的起动应力与干密度的关系可统一用指数型表达式确定;不同砂砾含量土体的起动应力与黏性土的黏聚力、砂砾粒径和掺量有关;砂砾粒径一定时,随着掺砂砾量的增加,混合体的起动应力呈先增加后降低的趋势,而砂砾含量一定时,起动应力随着砂砾粒径的增加而增加。最后,提出了重塑黏性土-砂砾混合土体的起动应力表达式。与试验结果的对照表明,该公式可较好地对黏性土-砂砾混合体的起动应力进行预测。
    2018  Vol.  49(8):    975-985    [摘要](56)    [PDF](65)
  • 重力坝抗震性能的POA-ETA评价方法
    徐强,徐舒桐,陈健云,李静,钱坤
    本文结合耐震时程法(ETA)和静力弹塑性分析法(POA)各自的优点,提出了能够考虑结构多阶振型、地震随机性影响的POA-ETA法,并以此对混凝土重力坝进行抗震性能分析。通过分别对ETA和POA基本原理进行分析,总结了POA-ETA法的基本原理以及实施的关键步骤。采用ETA法生成不同峰值加速度的ETA时程,并以此作为激励,得到结构的动力响应。通过动力响应结果,得到结构的能力谱曲线,延性比-等效周期比,延性比-等效阻尼比曲线,并以此代入POA法中评价结构的抗震性能。本文采用Koyna混凝土重力坝模型,使用提出的POA-ETA法对坝体结构“中等破坏”、“严重破坏”两种损伤指标所对应的性能点(谱位移)值进行计算,从而对坝体结构抗震性能及抗震指标进行分析。研究表明,采用POA-ETA法可以得出不同损伤程度下的抗震性能,具有一定的适用性。
    2018  Vol.  49(8):    986-994    [摘要](61)    [PDF](68)
  • 河岸植被覆盖影响下的河流演化动力特性分析
    杨树青,白玉川,徐海珏,黄哲
    河岸植被对河道的水流运动、主槽稳定及河湾迁移等均有重要的影响,尤其是在洪水期河流的演化过程中。为分析不同密度植被护岸对河流动力过程的影响响应,本文采用自然模型实验,通过改变河岸植被种植密度及单双岸布设方式,模拟河岸有无植被种植的河流演化过程。给定相同的造床流量、坡降、泥沙粒径等水沙边界条件,设定控制变量为河岸植被覆盖率,分别为0%,20%,40%,80%。实验结果表明:(1)单岸植被覆盖其主流稳定性较两岸植被覆盖为差;(2)河岸植被越密集,水流对河床的局部扰动越强烈,河演达到稳定状态周期越长;(3)两岸植被覆盖的蜿蜒河道其稳定曲率随植被覆盖率增大而减小,较大的水流剪切力会造成较大的河湾迁移。
    2018  Vol.  49(8):    995-1006    [摘要](112)    [PDF](102)
  • 混凝土浇筑层面的渗透特性与微裂纹结构特征
    钱鹏,李曙光,徐千军
    混凝土的宏观渗透性能与其内部微裂纹结构密切相关。本文开展了一系列室内试验研究混凝土浇筑层面的微裂纹结构及渗透特性。采用不同间隔时间浇筑形成有层面的混凝土方法制备了6组混凝土试件,分别进行宏观渗透性能试验和荧光显微结构观测。试验结果表明:随着形成层面的混凝土浇筑间隔时间延长,混凝土的渗透系数、电通量、初始电流及交流电导都逐渐增大,表明混凝土浇筑层面的抗渗性能逐渐降低;荧光显微观测结果表明微裂纹长度服从对数正态分布;表征裂纹方向的渗透变量λ曲线亦随之由圆形逐渐趋向于椭圆,表明裂纹网络由各向同性逐渐趋于各向异性,同时裂纹网络的优势方向逐渐趋于顺浇筑层面方向;渗透变量曲线极值λmax与渗透系数、初始电流及等效电导隙宽呈线性正相关,相关系数分别为0.85、0.80和0.95,而λmax与交流电阻呈线性负相关,相关程度为0.76。
    2018  Vol.  49(8):    1007-1016    [摘要](56)    [PDF](69)
  • 东北寒区黑土稻田土壤水分剖面二维运动规律研究
    杨霞,邵东国,徐保利
    为揭示东北寒区黑土稻田分层土壤水分二维运动规律,选择黑龙江省庆安灌溉试验站稻田土壤开展控制灌溉水层及地下水位条件下分层土壤与均质土壤室内入渗试验。设计装置分层收集侧渗水量,定量识别分层土壤垂直渗漏与侧向渗漏,并基于HYDRUS-2D软件建立水分二维运动模型。结果表明土壤水力特性参数反演效果较好,模型模拟值与实测值吻合;土壤的分层结构抑制了水分入渗,降低了水平侧渗速率及垂直渗漏速率,分层土柱犁底层基本无侧渗输出,耕作层与底土层稳定后的侧渗速率分别为0.007和0.023 cm/h。进行水量平衡分析,分层土柱入渗稳定后侧向渗漏占总渗漏的72.45%,主要通过底土层输出(63.42%);引入“单宽侧渗量”表示不同控制条件下土壤的侧渗输出,灌溉水层的增加显著增大了耕作层与底土层土壤的单宽侧渗量,控制灌溉水层有利于减少侧渗,提高用水效率;犁底层厚度增加主要贡献底土层的单宽侧渗量,反之,地下水位埋深增大则降低了底土层的单宽侧渗量,因此维持稻田适宜的犁底层厚度及地下水位埋深有利于减少深层渗漏损失。
    2018  Vol.  49(8):    1017-1026    [摘要](59)    [PDF](68)

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