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  • 水利学报
  • 2017年 第48卷 第1期
  • 出刊日期:2017-1-28
《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。

2017年第48卷第1期

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  • 基于来水不确定性的梯级水电站负荷调整耦合模型——以锦官电源组梯级水电站为例
    纪昌明,李荣波,田开华,张验科,李传刚
    针对来水不确定性引起的实际调度要求与原定发电计划的偏差问题,一方面结合风险管理内涵和梯级水电站发电调度操作规程,建立了梯级水电站安全运行预警机制,对发电计划进行滚动监测与评估;另一方面,基于误差分析技术和水库调度理论,建立了梯级水电站负荷调整耦合模型,并以预警结果为时间控制节点,构建二者的嵌套应用模式,同时提出了一种计及电网安全约束的负荷调整逐层递进求解算法。以雅砻江流域锦官电源组梯级水电站为实例进行计算,结果表明,所建模型可有效解决来水不确定性(偏小或偏大)导致的电站被迫降低出力运行或水库弃水问题,制定的负荷调整方案满足电网安全稳定运行约束和水电站水库运行要求,验证了所建模型的合理性。
    2017  Vol.  48(1):    1-12    [摘要](169)    [PDF](61)
  • 结构型钢纤维对混凝土单裂缝渗透特性的影响
    丁一宁,任县伟,李冬
    为研究纤维对裂隙混凝土渗透性能的影响,借鉴圆盘劈裂试验引入可控裂缝,并采用Supereyes数码显微镜和Image Pro Plus(IPP)图像分析软件对裂缝形态进行了分析。对于带裂缝试件,分别利用变水压和恒定水压渗透试验研究了其抗渗性能;参照达西定律及平板渗流模型,提出了在考虑纤维影响后单裂隙混凝土渗透性能的分析方法。研究表明:在圆盘劈裂试验中素混凝土试件发生脆性破坏、无法控制裂缝的发展速率,而掺入结构型钢纤维后,试件不仅表现出良好的韧性和变形能力,而且可实现裂缝扩展速率的有效控制;结构型钢纤维可提高裂缝曲折度,降低裂缝修正系数和渗透介质通过混凝土的能力。与传统变水压渗透系数相比,恒水压渗透试验得出的修正单裂隙渗透系数可较敏感地反映内部裂缝对混凝土渗透性的影响,定量分析裂缝与混凝土渗透性之间的关系。
    2017  Vol.  48(1):    13-20    [摘要](88)    [PDF](20)
  • 向家坝坝基排水孔涌水量控制标准研究
    冯树荣,蒋中明,钟辉亚,曾祥喜,李学政,丁鹏
    为实时监控坝基的渗透安全性,向家坝水电工程采用了坝基扬压力和涌水量可实时调控的坝基渗流自动化控制系统。排水孔涌水量控制标准是系统运行的关键指标之一。在对左非3坝段坝基渗流实测资料分析的基础上,采用渗流数值分析方法全面研究了左非3坝基扬压力和水力梯度分布特点,获得了坝基排水孔出流控制涌水量与孔口控制压力之间变化关系。依据排水孔控制涌水量与控制孔口压力之间的函数关系,结合坝基扬压力设计值和控制水力坡降的要求,提出了向家坝坝基可控抽排系统涌水量标准,并成功应用于工程实践中,取得了预期效果。
    2017  Vol.  48(1):    21-30    [摘要](102)    [PDF](19)
  • 面向航运和发电的三峡梯级汛期综合运用
    周建中,李纯龙,陈芳,张勇传
    针对三峡梯级汛期防洪、航运和发电综合运用问题,提出了基于运行水位-入库流量-下泄流量边界的防洪调度方式,推求了下泄流量-通航保证率间映射关系以量化航运效益,进而建立了基于多目标优化调度的汛期综合运用模型;考虑不同的防洪、航运和发电优先次序,制定了6种不同的汛期综合运用方案,结合已有的设计方案和2009年优化方案,进行了长系列历史实测径流和典型设计频率洪水的调度模拟。结果表明,相比较于2009年优化方案,依次考虑下游防洪、航运调度和发电调度的综合运用方案,能够在确保上下游防洪安全的同时,将通航保证率从79.08%提高到83.42%,汛期梯级发电量从644.27亿kW·h提高到664.42亿kW·h。
    2017  Vol.  48(1):    31-40    [摘要](90)    [PDF](27)
  • 基于增湿变形的渠道工程黄土渠基湿陷性评价方法
    张爱军,邢义川,汪海涛,郭敏霞,任文渊
    湿陷变形是黄土地区工程建设,特别是像渠道工程这样的行水建筑物必须面对的问题。我国目前实行的《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB50025-2004)在工程等级标准、上覆压力选择和湿陷等级标准等方面存在不适合渠道工程的缺陷。本文依托新疆一大型引水渠道工程(设计流量215.9 m3/s,黄土深度达到30 m),从渠道工程的特点出发,提出了基于增湿变形的渠道工程渠基黄土场地的湿陷性评价方法,以弥补现有规范的不足。实例应用表明,该方法按照实际上覆压力和增湿变形等方面进行分析,具有既符合渠道工程实际,又可以充分考虑渠道工程防渗层作用的优势。
    2017  Vol.  48(1):    41-51,60    [摘要](90)    [PDF](10)
  • 耦合改进PERT和BBNs的堆石坝施工进度风险分析
    钟登华,闫玉亮,张隽,王飞
    传统的计划评审技术(PERT)考虑的三时估计值主观性偏强,没有考虑风险因素相关性对工序活动工期的影响,影响了工期仿真与风险评价的客观性以及分析结果的可靠性。本文建立了耦合改进PERT和贝叶斯信念网络(BBNs)的心墙堆石坝施工进度风险分析模型,首先利用BBNs推理功能推算工序活动风险因素相关性,同时分析工程进度风险;其次将三角模糊数和模糊测度Me方法相结合来对PERT进行改进,引入了决策者风险偏好指标;最后将该模型应用到实际工程,得到决策者风险偏好指数-工期-完工概率分布曲线,可用于指导施工决策。工程应用结果表明:与传统的PERT方法相比,耦合改进PERT和BBNs得到的仿真结果更加可靠,可为心墙堆石坝施工进度方案设计提供理论依据。
    2017  Vol.  48(1):    52-60    [摘要](72)    [PDF](15)
  • 基于供求关系和生产函数的灌区水量使用权交易模型
    邵东国,吴振,顾文权,陈述
    随着市场在资源配置中的作用日益重要,水权交易对优化水资源配置、提高用水效率、促进节水势在必行,现已成为我国最严格水资源管理制度试点建设的重要内容之一。本文运用水资源系统分析与经济学理论,建立了基于供求关系和生产函数的灌区水量使用权交易模型,该模型以交易双方各自收益最大化为目标,由C-D生产函数和供求关系确定水资源价值,以纳什均衡价格和供需水量为约束确定交易水量和交易收益。经湖北省高关水库灌区与应城市水量使用交易应用研究,结果表明:高关水库灌区随着节水深入,2013年现状、2020、2030规划水平年在50%平水年交易水量最大,分别为3 744.78万m3、4 743.51万m3、5 829.13万m3;75%、85%干旱年交易水量分别减少到1 225.28万m3~4 180.79万m3,213.65万m3~1 570.17万m3;90%特旱年则不具备交易条件。通过双方交易,可使应城市2013、2020、2030水平年50%平水年缺水情况明显缓解,75%和85%干旱年缺水率降低;还可提高高关水库灌区净收益201.73万元~7 0541.97万元,应城市净收益88.37万元~131 669.00万元。但要根本解决应城市干旱缺水问题,需要建立灌区节水量交易收益补偿投入机制,调动节水积极性,充分挖掘当地节水潜力。这对建立健全我国水权交易机制和最严格的水资源管理制度,提高水资源利用效益与效率,指导节水型社会建设,保障城乡供水安全,具有重要意义。
    2017  Vol.  48(1):    61-69    [摘要](103)    [PDF](24)
  • 伸缩缝防渗结构聚脲基涂层剥离破坏研究
    李炳奇,张宇弛,刘小楠,李泽阳
    水工建筑物普遍存在伸缩缝渗漏破坏问题,其破坏机理亟待研究。本文基于南水北调工程实际背景,引入损伤断裂力学理论,建立了内聚力单元的有限元仿真模型,并根据防渗涂层剥离试验的反向压力-位移变形数据,给出了适合于聚脲基复合防渗体系黏接层内聚力单元的刚度和黏聚系数等参数。计算了剥离反向压力,分析了聚脲基防渗涂层厚度对剥离临界反向压力的影响,以及水压力和伸缩缝扩展位移工况下,涂层厚度、涂层弹性模量和内聚力单元切向黏接强度对涂层剥离破坏长度的影响。数值计算结果表明,剥离反向压力与剥离试验的结果基本一致,说明内聚力模型参数的合理,能够有效模拟聚脲基复合防渗涂层剥离破坏的力学机理。同时,水压力和伸缩缝扩展位移工况下的分析结果,也说明了建立的聚脲基防渗涂层破坏分析方法对伸缩缝的防渗设计具有定量的指导作用。
    2017  Vol.  48(1):    70-77    [摘要](82)    [PDF](18)
  • 近断层脉冲型地震动作用下面板堆石坝的动力响应
    邹德高,韩慧超,孔宪京,周扬
    越来越多的高土石坝正在西部地区建设或规划中,其中许多位于发震断裂带附近,遭遇近场强震的概率随着大坝数量的增加而增加,近断层脉冲型地震动作用下大坝地震响应特性亟待研究。本文选取10组台湾集集地震实测加速度时程,结合200 m级的面板堆石坝开展动力有限元分析,研究脉冲和非脉冲地震动作用对面板堆石坝的加速度、水平位移以及面板顺坡向应力的影响。结果表明,与非脉冲型地震动相比,脉冲型地震动对大坝堆石体的水平位移和面板顺坡向应力的影响较大,影响程度随着PGV/PGA(地面峰值速度/地面峰值加速度)的增大而增大。因此,在高地震区修建高土石坝时应对脉冲型地震进行专门研究,综合评价大坝的地震安全性和极限抗震能力。
    2017  Vol.  48(1):    78-85    [摘要](77)    [PDF](15)
  • 寒区不同材质垂直埋管土壤冻结深度测量差异性分析
    汪恩良,张安琪,包天鹅,刘兴超
    寒区土壤冻结深度的观测以往多采用丹尼林冻土器进行人工测量,由于受到天气、地形、低温和人为等因素的影响,往往难以开展。现多采用垂直埋管的方式对地温温度场进行测量,间接确定土壤冻结深度。本文以4种常用管材(铁管、PVC管、PMMA管、PPR管)为研究对象,分析了不同材质的垂直埋管对地温和冻结深度变化测量的差异性,得到如下结果:(1)冻融周期内,铁管、PVC管、PMMA管、PPR管测得的地温温度场有阶段性差异,土壤冻结前期和融化期差异较小,冻结稳定时期差异明显扩大,40~120 cm土层出现持续稳定差异,直接导致各管计算冻融深度的差异。(2)计算各管冻融深度过程中,冻结期采用线性内插冻融层面间起始冻结温度获得冻结锋面变化,融化期通过内插和线性外延土层温度场确定上下融化锋面变化,相比于传统内插温度场计算得到冻融深度变化的方法,能够更为真实地反映了土壤的冻结状况。(3)利用上述方法对4种不同材质管材的温度场测量结果进行插值分析,并将各管计算冻结融化深度与实际状况进行比较,得出保温材料插值计算冻深值偏小,冻融周期减少8~13 d,利用铁管温度场计算冻深值平均偏大约7.5 cm,但较保温材料能够更为精确反映土壤的冻结融化过程。(4)利用Stephen经验公式计算了试验场区冻融状况,绘制了计算冻融过程线,整个冻融过程结果与校正后人工观测结果基本吻合。
    2017  Vol.  48(1):    86-95    [摘要](63)    [PDF](11)
  • 三峡库区支流中水体的垂向掺混对于藻类生长的影响
    高圻烽,何国建,方红卫,黄磊
    三峡水库蓄水之后库区支流水华问题给当地生态环境造成了较大影响,也引起了广泛的关注和重视,然而针对这一问题尚未取得很好的解释和解决方案。本文采用EFDC模型对于2008年坝前库区干支流的三维水动力和水质进行了数值模拟,并从水体垂向掺混的角度分析支流的水华现象。模拟结果成功再现了香溪河库湾中的温度分层和异重流现象,流场、温度场的计算值和实测值吻合较好。统计结果表明:长江干支流水动力特性的差异显著,干支流垂向紊动黏性系数、垂向紊动扩散系数沿垂线分布呈现出不同的形态,且长江干流的垂向掺混强度明显高于香溪河。同时,叶绿素浓度与垂向紊动扩散系数呈显著的负相关关系,随着水体垂向紊动扩散系数的增加,叶绿素浓度逐渐降低,这一规律的发现可为采用物理方法防治三峡库区支流水华打下基础。
    2017  Vol.  48(1):    96-103    [摘要](80)    [PDF](20)
  • 梯级水电站群并行多目标优化调度方法
    牛文静,冯仲恺,程春田,武新宇,申建建
    为保障梯级水电站群多目标优化调度问题的计算效率和求解精度,提出了基于Fork/Join多核并行框架的并行多目标遗传算法。该方法以多目标遗传算法为基础,引入多种群异步进化策略保证种群间个体多样性;采用迁移机制保障子种群的信息有机互馈,提升算法收敛性和解集多样性;利用并行技术实现子种群在各内核的同步求解,提高计算效率。针对问题特点,耦合个体实数串联编码方法、混沌初始化种群策略和约束Pareto占优机制等,进一步提升方法寻优性能。澜沧江流域梯级水电站群多目标优化调度结果表明,所提方法可充分利用多核资源,提升模型计算效率与求解精度,并能获得分布均匀、合理可行的调度方案集,为水电系统多目标高效决策提供科学依据。
    2017  Vol.  48(1):    104-112    [摘要](88)    [PDF](23)
  • 用于确定双吸离心泵Suter曲线的三维内特性法研究
    王玲,黎珉,王福军,王家斌,姚春光,于泳水
    水泵Suter曲线是泵站水锤分析的必备条件之一。现有用于获取双吸离心泵Suter曲线的实测法具有难度大、成本高的特点,而间接插值估算法的精度又比较低,本文提出了一种通过水泵流场三维数值计算确定双吸离心泵Suter曲线的新方法,简称三维内特性法。该方法采用计算流体力学(CFD)技术,对双吸离心泵的水力模型进行三维造型、工况离散、流场计算及结果转化,以快速、准确地获取双吸离心泵Suter曲线,在正水泵工况、正水轮机工况、反水轮机工况、反水泵工况等工况下,计算出相应流量、转速、扬程和转矩关系。定量分析表明,相比于间接插值估算法,采用三维内特性法获得的Suter曲线中,Whx)的计算精度平均提高了39.2%,Wbx)的计算精度平均提高了26.3%;在将采用该方法获得的双吸离心泵Suter曲线用于事故停泵工况水锤分析时,计算得到的系统最大压力降低了15.0%,管线发生汽化压力的范围缩减了81.4%,双吸离心泵的最大倒流量增大了11.9%,最大倒转速降低了6.1%,与实际测试结果更为接近。该方法为提高双吸离心泵站水锤分析精度提供了一种新技术途径。
    2017  Vol.  48(1):    113-122    [摘要](87)    [PDF](16)
  • 对周筑宝先生再讨论意见的答复
    徐国宾
    2017  Vol.  48(1):    123-124    [摘要](137)    [PDF](36)

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