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  • 水利学报
  • 2019年 第50卷 第11期
  • 出刊日期:2019-11-30
《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。

2019年第50卷第11期

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  • 新时期治黄方略初探
    王浩,赵勇
    “水少、沙多、水沙调控能力不足”是治黄历史矛盾。新时期治黄矛盾发生了重大变化,“沙多”得到了大幅度控制,“水沙调控能力不足”有了一定程度的缓解,“水少”已经演化成为主要矛盾。面向新时期黄河流域生态保护和高质量发展目标,应对治黄矛盾的思路在于“增水、减沙、提高水沙调控能力”,促进流域水沙关系协调。实施西部调水是破解治黄矛盾的战略性举措,不仅可以保障黄河长治久安,支撑流域高质量发展用水需求,还能够有效提升黄淮海平原生态环境质量。基于治黄矛盾及其发展变化规律,提出了新时期治黄五大方略,即坚持生态优先的高质量发展、以水为脉的系统治理保护、应对极端灾害风险的综合预防、流域自然-社会水循环协同管控、流域和区域统筹的五大平衡控制。
    2019  Vol.  50(11):    1291-1298    [摘要](122)    [PDF](78)
  • 梯级水电站群高水头巨型机组不规则多限制区自动规避方法
    程春田,赵志鹏,靳晓雨,刘令军,钟儒鸿
    高压瞬变流使得西南地区干流梯级水电站群普遍存在多个高水头不规则限制区,这些电站和机组面临响应多个电网负荷需求任务,容易导致机组水头、出力变化频繁,因此,如何快速避开机组多个不规则限制区就成为制约西南地区水电安全经济运行的瓶颈问题。以常见的梯级水电站群响应电网调峰需求任务为背景,本文提出了梯级水电站群高水头巨型机组不规则多限制区的自动规避方法。该方法首先根据Hertel-Mehlhorn凸剖分算法,将去除不规则限制区后的安全运行区剖分为若干个凸平面多边形,然后基于凸优化理论方法和析取规划方法将不规则限制区约束构建为通用混合整数线性规划(MILP)约束形式,并采用Gurobi求解器进行优化求解。提出的方法在西南某干流流域梯级水电站群进行了方法验证,结果显示,该方法可以实现对复杂不规则限制区的自动化规避,充分发挥水电机组的调峰能力。与传统方法相比,所提方法不需要对限制区进行人工预处理,适应于调峰、调频和电力市场化交易等一般性问题,具有广泛的适应性和通用性。
    2019  Vol.  50(11):    1299-1310    [摘要](48)    [PDF](33)
  • 三峡水库运行期设计洪水及汛控水位初探
    郭生练,熊丰,王俊,钟逸轩,田晶,尹家波
    考虑长江上游水库群调蓄对三峡水库设计洪水的影响,采用最可能组成法和典型年法推求干支流控制站洪水的地区组成,构建多输入单输出(MISO)系统模型模拟向家坝至三峡水库未控区间的洪水过程,研究探讨三峡水库运行期设计洪水及汛期防洪控制水位(汛控水位)。结果表明:长江上游干支流梯级水库的调蓄作用对三峡水库设计洪水影响显著;三峡运行期千年一遇设计洪峰流量为81 136 m3/s,3、7、15和30 d洪量分别为188.2、386.3、727.4和1320.9亿m3,相比建设期设计值分别削减了18.2%、23.8%、20.6%、20.2%和16.9%;在不降低防洪标准的前提下,三峡水库运行期汛控水位(155 m)比建设期汛限水位(145 m)抬高了10 m,这不仅有利于库区航运、维护库岸稳定、保护消落区生态环境,还可增发电量、减少蓄水期对洞庭湖和鄱阳湖的影响,经济社会和生态环境效益巨大。
    2019  Vol.  50(11):    1311-1317,1325    [摘要](61)    [PDF](43)
  • 基于库容风险频率曲线的水库群联合防洪调度研究
    周建中,顿晓晗,张勇传
    水库实时防洪调度决策是一类多目标、多阶段、多约束的复杂决策问题,风险分析是实时防洪决策的重要环节和依据,本文提出一种基于防洪库容风险频率曲线的梯级水库群防洪风险共担理论及水库风险-调度-决策理论体系,并结合溪洛渡、向家坝、三峡水库实际情况,运用自主研发的梯级水库群联合防洪调度风险分析模型,分析梯级水库群在汛期不同时段的防洪风险,并将风险率引入实时防洪调度决策,以期为水库群防洪调度提供决策依据,提高联合防洪调度系统综合利用效益。研究表明,实时调度过程中考虑风险率因素能够在保证防洪安全的同时有效提高水库群综合效益,风险-调度-决策理论能够为水库群调度方案优选提供依据。
    2019  Vol.  50(11):    1318-1325    [摘要](39)    [PDF](38)
  • 地震波斜入射下混凝土重力坝的塑性损伤响应分析
    李明超,张佳文,张梦溪,闵巧玲,史博文
    我国西南强震区建设有大量混凝土坝,复杂地形条件下地震波入射角度对混凝土坝动力响应影响较大,然而,目前相关研究以线弹性模型为主,在合理考虑坝体的真实破坏状态方面存在局限性。本文以Koyna混凝土重力坝为研究对象,建立三维非线性有限元分析模型,采用了基于黏弹性边界的地震波动输入方法,结合塑性损伤模型分别分析了地震P波和SV波斜入射下坝体的动力响应,并提出地震破坏评价模型对震后坝体损伤进行评估。研究表明,地震波入射角度及波型对坝体动力响应影响较大,P波入射下位移应力和损伤在60°时达到最大,SV波入射下在0°时达到最大,证明了考虑地震波入射角的必要性;采用塑性损伤本构结合损伤评价指标合理地反映了坝体破坏程度,并针对薄弱地区提出抗震设计改进。因此,在同类型工程的安全评价中应该综合考虑地震波斜入射和筑坝材料的非线性特征。
    2019  Vol.  50(11):    1326-1338,1349    [摘要](48)    [PDF](31)
  • 三峡大坝泄水建筑物水力学原型观测与分析
    段文刚,侯冬梅,王才欢,胡晗,唐祥甫
    三峡大坝泄水建筑物具有下泄流量大(102 500 m3/s)、泄洪落差大(97.3 m)、孔口数量多(22个表孔和23个深孔)、运行水头高(90 m)、库水位变幅大(135~180 m)等特点,其泄洪运行备受关注。采用现场原型观测手段,2003年以来历时十余年,系统观测了深孔135 m、156 m、172 m和表孔162 m、172 m特征库水位泄洪消能水动力特性,重点考察了水流流态、动水压强、水流流速、水流空化噪声、通气风速、水流掺气浓度、坝下冲刷等参数,获得了宝贵的原型系列观测数据,并与模型试验成果对比分析补充完善。观测显示,泄水建筑物过流面虽有初生空化信号但未见空蚀和泥沙磨损破坏,坝下消能区冲坑最深点高程20.8 m,折算其上游坡比1∶6,表明三峡大坝泄水建筑物布置总体是成功的。
    2019  Vol.  50(11):    1339-1349    [摘要](32)    [PDF](27)
  • 微灌田间管网布置与管径同步优化及影响因素分析
    马朋辉,胡亚瑾,刘韩生,李援农
    田间管网是微灌系统的最基本设计单元,该部分规划设计的合理性直接影响到整个微灌系统的工程投资及运行费用。将田间管网作为一个整体,分别以单位面积年费用最低及控制面积最大为目标,在不限定田间管网形状及面积的情况下建立毛管单向布置及双向布置田间管网优化设计数学模型。分析了毛管管径、灌水器设计流量、灌水器间距、毛管方向地面坡度、灌水器制造偏差系数及流态指数对田间管网优化结果的影响,并对两种布置模式下田间管网的优化结果进行了对比。实例计算结果表明:较小的毛管管径、灌水器设计流量、灌水器制造偏差系数及流态指数、较大的灌水器间距有利于减小田间管网单位面积年费用,减小的百分比为0.55%~57.42%;较大的毛管管径及灌水器间距、较小的灌水器设计流量、灌水器制造偏差系数及流态指数有利于增大田间管网控制面积,增大的百分比为18.31%~925.94%;毛管双向布置田间管网在单位面积年费用及控制面积两方面均优于毛管单向布置田间管网,毛管双向布置田间管网单位面积年费用较毛管单向布置降低0.59%~9.58%,控制面积较毛管单向布置增大9.67%~186.57%。结果可为不限定面积情况下微灌田间管网的优化设计提供依据。
    2019  Vol.  50(11):    1350-1364,1373    [摘要](39)    [PDF](34)
  • 海拔高程对泄洪雾化影响的敏感分析
    柳海涛,徐建荣,孙双科,彭育
    针对海拔高程对于泄洪雾化降雨分布的影响,提出了一种改进的随机溅水数学模型。运用小湾水电站泄洪洞雾化实测降雨资料进行模型验证,两者结果吻合良好。敏感分析表明,随着海拔高程的增加,泄洪洞下游雾化降雨范围有增大的趋势,当海拔高程从50 m增加到3000 m时,泄洪雾化雨区在两岸的爬升高度增加50 m,纵向范围增大100 m;同时,降雨强度等值线分布发生坦化,在降雨强度大于400 mm/h的等值线区域,分布范围缩小,而在400 mm/h以下区域,雨区分布范围明显增大。上述研究为今后全面考虑海拔高程与气象条件对于泄洪雾化过程的影响建立了基础。
    2019  Vol.  50(11):    1365-1373    [摘要](31)    [PDF](24)
  • 级配特征对筑坝砂砾料填筑标准的影响
    杨玉生,赵剑明,王龙,刘小生
    筑坝砂砾料填筑标准具有级配相关性,在砂砾料筑坝施工质量控制中,目前仅以含砾量来表征级配对碾压干密度的影响,未考虑级配形状和最大粒径不同对砂砾料填筑标准的影响。为了研究这种影响,评估目前单一依靠含砾量来表征级配特征对干密度影响的合理性,设计了含砾量相同而级配曲线形状和最大粒径不同的两组级配曲线,结合实际施工振动碾压条件,通过现场密度桶法,研究了含砾量相同时不同级配形状特征和最大粒径对原级配筑坝砂砾料填筑标准的影响。研究表明,控制含砾量相同时,级配曲线形状对砂砾料最大、最大小干密度有一定影响,随级配参数mb的增大,砂砾料的最大、最小干密度均呈现减小的趋势。在含砾量和级配参数m相同时,不同最大粒径级配的砂砾料的最大、最小干密度也有差异。表明不同级配特征和最大粒径对筑坝砂砾料填筑标准的确定有一定影响,建议结合具体工程进一步对级配特征和最大粒径对筑坝填筑标准影响的敏感性及对施工质量控制带来的影响进行评估。
    2019  Vol.  50(11):    1374-1383    [摘要](29)    [PDF](20)
  • 砒砂岩区典型小流域复合侵蚀动力特征分析
    张攀,姚文艺,刘国彬,肖培青
    以鄂尔多斯高原砒砂岩区水力、风力、冻融交错侵蚀作用为研究对象,选择准格尔旗二老虎沟小流域作为研究流域,对侵蚀环境参数进行定位观测,统计分析水力、风力、冻融作用的年内变化过程。采用数据标准化后的层次分析法,揭示水力-风力-冻融交错作用过程,辨识高侵蚀风险发生的时阈及动力交错模式。研究表明:砒砂岩区复合侵蚀作用可分为风冻交错、风水交错和风水冻交错三个典型动力组合模式,风水交错侵蚀是该地区的主要侵蚀模式;砒砂岩区年内存在三个高侵蚀风险期,即风-冻融交错侵蚀期(2月上旬至3月中下旬),风-水交错侵蚀期(6月中上旬至8月中下旬),水-风-冻融交错侵蚀期(10月中旬至11月中下旬)。
    2019  Vol.  50(11):    1384-1391    [摘要](30)    [PDF](21)
  • 基于细观结构性能和尺度的混凝土材料层次尺寸效应解析理论
    李冬,金浏,杜修力,刘晶波,Duan Wen-hui
    本文以细观为基本研究尺度,认为混凝土材料层次尺寸效应主要根源于粗骨料、砂浆以及界面等细观结构性能和尺度的不确定性。首先,基于建立的能够考虑细观结构影响的混凝土I-型裂缝断裂破坏分析模型,采用理论解析法对不同级配混凝土宏观力学性能预测方法进行了修正;进而,提出了一套混凝土材料层次尺寸效应解析理论,并分析了混凝土宏观力学性能随细观结构性能和尺度的变化行为。分析结果表明:单轴拉伸加载条件下,强骨料夹杂混凝土中界面力学性能、骨料含量和最大骨料粒径均显著影响细观断裂裂缝中界面裂缝的占比,从而影响到混凝土宏观力学性能随细观结构性能和尺度的变化行为。
    2019  Vol.  50(11):    1392-1399    [摘要](33)    [PDF](32)
  • 基于文献计量学的国内水生态环境研究知识图谱构建与应用
    毛文山,赵红莉,蒋云钟,段浩,郝震
    近年来,水生态环境问题已愈发引起学者和社会的广泛关注。本文选取1992—2017年CNKI数据库中文核心期刊中收录的水生态环境相关文献作为样本数据。采用文献计量学中定性分析与定量研究的信息分析方法,基于知识图谱的结构性和时间性指标,以CiteSpace、SPSS信息分析软件为支撑工具,对数据进行主题词共词矩阵分析、关键词共现聚类分析和名词短语突变检测分析,绘制了展现国内水生态环境研究领域知识结构、知识演化的各类知识图谱。研究表明:①本文构建的“文献时序分析&学科分析(宏观)→主题词共词矩阵分析(微观、直观)→关键词共现聚类分析(复杂、整体)&典型聚类分析(局部)→名词短语突变检测分析(特殊)”行业文献数据分析方法是合理有效的;②国内水生态环境研究进展符合“Shneider四阶段理论”,研究主题演进路径明确,以“水环境保护研究→生态需水研究→面向生态环境的应用研究”为主,研究热点具有丰富的进程特征,各时段前沿研究脉络清晰,体现为:“流域生态水文规律研究→水生态环境管理技术研究→流域生态环境改善、恢复研究”;③通过主题词共词矩阵分析识别中文文献研究主题,弥补了中文文献数据因参考文献缺失无法通过文献共被引分析进行主题识别的不足。
    2019  Vol.  50(11):    1400-1416    [摘要](48)    [PDF](34)

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