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- 水利学报
- 2023年 第54卷 第5期
- 出刊日期:2023-05-28
《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。
- 梯级水库汛期运行水位协同浮动调度模型方法
- 周研来,郭生练,王俊,熊立华,刘攀,陈华
- 2023 Vol.54(5):507-518[摘要](105)[PDF](75)
- 大场景视频监控下大坝运输车改进多目标多视觉卸料识别模型研究
- 曾拓程,王佳俊,王晓玲,张雨诺,康栋
- 2023 Vol.54(5):519-529,540[摘要](76)[PDF](53)
- 低水头大型水利枢纽汛期运行水位动态控制方法研究与应用——以长洲水利枢纽为例
- 赵璧奎,邱静,黄本胜,谭超,刘达
- 2023 Vol.54(5):530-540[摘要](74)[PDF](53)
- 黄河凌汛和伏汛引水对库布其沙漠北缘生态格局及其耗水变化影响研究
- 王军,李建昆,苗平
- 2023 Vol.54(5):541-553[摘要](67)[PDF](57)
- 水库型水源地浮游植物不同种类季节演替动态模拟研究
- 丁玲,吴兴华,徐凌云
- 2023 Vol.54(5):554-562[摘要](62)[PDF](49)
- 水流挟沙力公式的理论剖析与检验
- 侯琳,张红武,赵君驰,李琳琪
- 2023 Vol.54(5):563-574,586[摘要](80)[PDF](53)
- 确定裂隙岩体渗透系数张量的一维环单元模型研究
- 王俊奇,汪志刚
- 2023 Vol.54(5):575-586[摘要](57)[PDF](43)
- 基于原型试验的输水工程PCCP断丝信号智能识别与分析方法
- 张野,袁思敏,李炎隆,温立峰,司政,孙凯宇
- 2023 Vol.54(5):587-598[摘要](66)[PDF](32)
- 四川泸定Ms6.8级地震大岗山特高拱坝变形特征分析
- 黄会宝,陈刚,江德军
- 2023 Vol.54(5):599-609[摘要](64)[PDF](45)
- 水中运行设备共振幅频特性研究
- 徐洪泉,周叶,廖翠林,曹登峰,邹志超
- 2023 Vol.54(5):610-620[摘要](58)[PDF](34)
- 基于特征值分析法的含双调压室抽水蓄能电站小波动稳定分析
- 龚涛,张健,龚奕斌,陈胜,刘熠
- 2023 Vol.54(5):621-632[摘要](102)[PDF](70)
- 梯级水库汛期运行水位协同浮动调度模型方法
- 周研来,郭生练,王俊,熊立华,刘攀,陈华
- 水库汛期运行水位协同浮动旨在不增加防洪风险前提下,挖掘中小洪水利用潜力,提升流域水资源利用水平和供水保障能力,已成为防洪与水资源高效利用领域的研究热点和难点。从防洪库容置换与风险防控出发,基于动态预见期和预泄能力约束,嵌套运用预泄预蓄法和库容补偿法,解析了梯级水库汛期运行水位协同浮动关系;考虑帕累托最优解集和最优前沿的动态变化特性,建立了面向动态多目标的梯级水库汛期运行水位协同浮动调度模型;把环境变化检测、随机再生种群和基于参考点的帕累托前沿预测策略引入智能算法,提出求解调度模型的动态多目标智能算法,基于风险效益评价指标以评估调度方案,为梯级水库汛期运行水位协同浮动运用提供技术支撑。
- 2023  Vol.  54(5):    507-518
    [摘要](105)     [PDF](75) - 大场景视频监控下大坝运输车改进多目标多视觉卸料识别模型研究
- 曾拓程,王佳俊,王晓玲,张雨诺,康栋
- 运输车卸料识别对保障大坝施工安全、优化运输配置具有重要意义。然而,大坝施工中多采用全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)进行运输车活动状态分析,存在设备成本高、识别精度低等缺点。目前,通过布设高清摄像头进行坝面大场景施工监控成为趋势,但尚未见基于机器视觉的运输车卸料识别研究。针对上述问题,提出大场景视频监控下大坝施工运输车卸料识别改进多目标多视觉任务模型。首先,采用ByteTrack实现大场景监控视频中多辆运输车目标检测与追踪,记录其行驶轨迹;其次,High Resolution Net(HRNet)被用于运输车头部和尾部的关键点检测,进而结合行驶轨迹判断运输车前进、停止和后退等行进状态;再者,通过Destruction and Construction Learning(DCL)细粒度分类方法判断运输车料斗的抬升状态;最后,结合ByteTrack、HRNet和DCL的多目标多视觉任务的分析结果判定运输车卸料状态。以两河口施工视频监控为例进行验证,提出的卸料识别模型在34帧时卸料状态识别平均准确率为87.3%,卸料时间判断精度为90.3%,验证了本模型的可行性和有效性。
- 2023  Vol.  54(5):    519-529,540
    [摘要](76)     [PDF](53) - 低水头大型水利枢纽汛期运行水位动态控制方法研究与应用——以长洲水利枢纽为例
- 赵璧奎,邱静,黄本胜,谭超,刘达
- 水库汛期运行水位动态控制是促进雨洪资源利用、缓解水库防洪与兴利之间矛盾、提高水电站综合效益的重要手段。本文以长洲水利枢纽为例,针对低水头大型水利枢纽调度过程中面临库区上游淹没制约、下游尾水顶托、机组出力受限等多约束问题,构建了适用于此类工程的防洪与发电多目标联合优化调度模型,提出基于淹没临界控制线的调洪演算方法和发电流量逐次分配优化求解方法。通过长系列模拟演算和多方案对比分析发现,与常规方案相比,采用运行水位动态控制方案可以使枢纽汛期平均发电水头提升6.88%、平均发电量增加8.75%,经济效益显著。研究方法对低水头大型水利枢纽防洪与发电联合优化调度具有借鉴意义。
- 2023  Vol.  54(5):    530-540
    [摘要](74)     [PDF](53) - 黄河凌汛和伏汛引水对库布其沙漠北缘生态格局及其耗水变化影响研究
- 王军,李建昆,苗平
- 为减轻黄河几字弯防凌防汛压力,内蒙古将凌汛和伏汛现水引入了库布其沙漠北缘,使下垫面生态格局发生变化的同时,区域水文循环过程也受到影响,尤其是下垫面耗水过程。为深入明晰库布其沙漠北缘生态格局及其耗水变化的驱动内因,本文利用遥感影像分析了引水前后生态格局演变特征,基于遥感蒸散发理论详细阐明区域耗水时空变化机制,并评价变化背景下气象因子(气温、降水、湿度与风速)与区域耗水的相关程度。结果表明:①黄河凌汛和伏汛水显著影响了库布其沙漠北缘生态格局,引水后沙地面积占比由72.5%缩至15.8%,湖泊、湿地占比从零增至27.5%、4.5%;②基于METRIC模型与Dalton蒸发理论计算陆面蒸散发和水面蒸发的相对误差分别为9.2%、9.3%,区域耗水结果具有较高可信度,引水前(2013年)、引水初(2016年)、引水后(2020年)作物生长季(4—10月)蒸散发为156.22、231.12和528.58 mm,凌汛和伏汛引水对区域耗水影响持续增强;③黄河凌汛和伏汛引水改变了蒸散发与气象因子(气温、降水、风速、湿度)相关关系,蒸散发与气温、湿度的正相关性持续增大,呈正相关关系的区域占比由引水前73%、28%分别增至95%、76%。
- 2023  Vol.  54(5):    541-553
    [摘要](67)     [PDF](57) - 水库型水源地浮游植物不同种类季节演替动态模拟研究
- 丁玲,吴兴华,徐凌云
- 针对水库型水源地——金泽水库运行初期的水生态环境特点并结合浮游植物调查结果,基于Mike3软件的Ecolab模块二次开发,构建了可描述硅藻、蓝藻、绿藻3种不同藻类以及沉水植物、浮游动物、碎屑等在水体中相互作用过程的生态动力学模型,模型经验证与实测资料吻合较好。对不同种类浮游植物随季节的动态变化过程进行模拟,结果表明:金泽水库运行初期浮游植物不同种类季节演替表现为春季以硅藻、绿藻为主,8—9月蓝藻大量增殖,10月蓝藻生物量快速回落后以绿藻和硅藻为主的特点;浮游植物生物量在春季(4—5月)和秋季(8—9月)有两个峰值,且春季峰值高于秋季,冬季生物量最低,温度是影响金泽水库浮游植物群落生消演替的重要环境因子。浮游植物生物量的空间分布表明,不同库区的流速和光照条件差异对浮游植物群落的空间分布起到重要的作用,同时,库区沉水植物和浮游植物生长的竞争关系以及沉水植物的克藻效应有效抑制了浮游植物的增殖。
- 2023  Vol.  54(5):    554-562
    [摘要](62)     [PDF](49) - 水流挟沙力公式的理论剖析与检验
- 侯琳,张红武,赵君驰,李琳琪
- 为提升河流动力学学科水平,给学术研究及工程应用选取水流挟沙力公式提供依据,本文系统回顾典型水流挟沙力公式的研究进展,针对各公式依据的原理、推导过程、技术细节、影响因子等环节进行阐释分析,指出其亮点与不足,修正了水流挟沙力的定义。结合大量实测资料检验和公式适用性的评价,发现尽管资料率定能提高公式精度,但对于理论有缺陷的公式却不能体现河床和水流的自动调整作用。进一步分析认为,张红武挟沙力公式合理地将挟沙效率系数与水流阻力系数作为综合系数处理,能避免不少公式存在的水流挟沙力同水流阻力呈正比的理论错误,并通过挟沙系数为c(a+bSv)m的形式,体现了不同大小含沙量对挟沙效率的影响,能够保证公式具有普遍的适用性和高精度。
- 2023  Vol.  54(5):    563-574,586
    [摘要](80)     [PDF](53) - 确定裂隙岩体渗透系数张量的一维环单元模型研究
- 王俊奇,汪志刚
- 裂隙岩体的渗透张量确定一直是渗流领域研究的重点。本文基于广义达西定律,提出一种新型空间一维环单元模型来计算三维裂隙岩体的渗透张量,该模型简化了以往复杂的三维面状流模型。通过解析法和数值模拟法对一维环单元模型的合理性进行验证,并利用面单元模型校核该模型的精度。结果表明:对于同一裂隙岩体,环单元模型计算得到的渗透张量,与现场压水试验校核过的数据相比,误差在合理范围之内,与面单元模型计算得到的结果相比,基本相同;环单元模型是一种可行、精度高且实用的简化模型,比面状流模型简单,在计算渗透张量时能极大地减小运算规模,优化了算法。研究成果可为确定裂隙岩体的渗透张量提供新思路。
- 2023  Vol.  54(5):    575-586
    [摘要](57)     [PDF](43) - 基于原型试验的输水工程PCCP断丝信号智能识别与分析方法
- 张野,袁思敏,李炎隆,温立峰,司政,孙凯宇
- 在引调水工程中,钢丝断裂易导致预应力钢筒混凝土管(Prestressed Concrete Cylinder Pipe,PCCP)出现结构破坏和功能失效。本研究通过智能学习模型分析原型试验信号特征并判别断丝类型。采用内径3.4 m,长度5 m埋置式PCCP开展断丝原型试验,利用分布式光纤传感器分别对切割断丝、腐蚀断丝和敲击噪声信号进行实时监测,并基于短时傅里叶变换和深度学习模型重构断丝信号,最终利用支持向量机建立了断丝信号识别模型。以Inception-ResNet-v2重构信号的断丝识别模型最低和最高准确率分别为92.9%和100%,之后利用t-SNE证明了信号重构的有效性。本研究结合不同智能学习方法实现了PCCP断丝类型的有效判别,为其长期运行断丝监测及预警分析提供了新的手段。
- 2023  Vol.  54(5):    587-598
    [摘要](66)     [PDF](32) - 四川泸定Ms6.8级地震大岗山特高拱坝变形特征分析
- 黄会宝,陈刚,江德军
- 大岗山双曲拱坝坝高210 m,坝址位于鲜水河、安宁河和龙门山三条断裂带交汇处附近,其抗震设防加速度为557.5 cm/s2,是世界上抗震设防标准最高的高拱坝。在泸定Ms6.8级地震中,大坝强震监测系统记录到了完整的地震波形,且顺河向最大峰值加速度达到586.63 cm/s2,是目前国内已建200 m级高拱坝中唯一经历近场强震考验的大坝。依据大坝震后变形宏观现象和监测原观数据,对大坝坝体与地基系统变形进行了分析。结果表明:震后大坝整体向下游变形,径向位移增量在-1.53~20.04 mm之间,弦长拉伸增量在15.27~23.50 mm之间,大坝横缝在地震过程中存在开合过程,低高程横缝存在一定残余张开,增量在-0.08~0.46 mm之间,变形整体协调。同时,大坝左右岸坝肩、坝基置换块、大坝与基础等部位存在一定的残余错动,这是导致大坝产生较大残余变形的主要原因,但大坝坝体本身仍处于弹性工作状态,最终在新的平衡位置上保持稳定,表明大岗山拱坝经受住了本次强震考验。相关成果可为震后大坝安全评估、高拱坝抗震设计及研究提供参考。
- 2023  Vol.  54(5):    599-609
    [摘要](64)     [PDF](45) - 水中运行设备共振幅频特性研究
- 徐洪泉,周叶,廖翠林,曹登峰,邹志超
- 在水力机械等淹没水中设备的运行中,常遇到剧烈振动造成设备损坏等故障,多认为由共振引起。本文首先对单自由度简谐振动系统自由振动、强迫振动方程的稳态振动解进行无量纲化处理,计算出不同阻尼比条件下的共振频率比、共振幅值比,发现阻尼比、共振频率比、共振幅值比三者之间存在一一对应的单调变化关系,并据此提出了分别测量设备在水中及空气中的自由振动频率,假定空气中自由振动频率为设备固有频率,再依次确定水中阻尼比和共振幅值比的反求式估算方法。本研究采用敲击法进行了混流式水轮机模型转轮水中及空气中自由振动频率测试,发现其水中自由振动频率比空气中低,其水中一阶自由振动频率与空气中一阶自由振动频率之比约为0.758~0.872;如假定该值为水中自由振动频率比,可计算出相应的水中阻尼比为0.652~0.490,共振幅值比约为1.01~1.17。本研究还进行了中间固定两侧悬臂梁在空气及水中的真实共振试验,在两侧悬臂梁计算固有频率附近均发生明显共振,发现水中共振频率比空气中明显降低,用反求法获得的水中共振幅值比小于2,水中共振幅值对空气中初始振动幅值放大倍数也非常小,进一步说明水中共振时对激振幅值的放大作用非常有限。
- 2023  Vol.  54(5):    610-620
    [摘要](58)     [PDF](34) - 基于特征值分析法的含双调压室抽水蓄能电站小波动稳定分析
- 龚涛,张健,龚奕斌,陈胜,刘熠
- 为研究含上、下游双调压室的抽水蓄能电站输水发电系统小波动稳定性,基于状态空间法推导了系统稳定分析的状态矩阵方程,运用相关因子分析法确定了系统的特征值与状态变量的对应关系,结合状态矩阵特征值研究了系统小波动振荡特性。结果表明:状态矩阵特征值存在4对共轭复根,表明系统存在4个振荡环节,共轭复根实部反映了振荡环节的衰减趋势,虚部反映了系统振荡环节的振荡角频率;上、下游调压室内水位波动共同引起机组转速尾波低频振荡,增大两调压室面积可以降低转速尾波振荡角频率,增加尾波振荡衰减指数,有利于系统低频振荡稳定性;系统小波动振荡稳定性与调速器参数密切相关,较小调速器参数组合导致导叶开度变化和压力管道流量变化之间产生相位差,在调节过程中不断放大,系统振荡失稳,增大调速器参数可以增大机组转速主波振荡衰减指数,降低主波振荡角频率,提高系统高频振荡稳定性。
- 2023  Vol.  54(5):    621-632
    [摘要](102)     [PDF](70)