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- 水利学报
- 2025年 第56卷 第2期
- 出刊日期:2025-02-28
《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。
- 土壤干缩开裂和卷曲分析的数值模型与若干进展Ⅱ:无网格粒子类方法与混合数值模型
- 章青,刘攀勇,顾鑫,乔延赫
- 2025 Vol.56(2):145-158[摘要](208)[PDF](113)
- 长距离输水工程竖井式高位水池水力特性研究
- 刘达,黄本胜,李明,张建民,张力方,邱静
- 2025 Vol.56(2):159-169,180[摘要](170)[PDF](82)
- 基于原型试验和封装式策略的PCCP断丝信号有效特征挖掘
- 杨光,栾博文,李波,孙锦,朱赵辉,张建伟
- 2025 Vol.56(2):170-180[摘要](148)[PDF](98)
- 典型环状河网突发水污染溯源研究
- 王家彪,赵铜铁钢,蔡思宇,赵建世,陈晓宏,王浩
- 2025 Vol.56(2):181-192[摘要](183)[PDF](90)
- 计及库容租赁与电量损益的混合式抽水蓄能电站容量电价计算
- 郭爱军,畅建霞,王义民,谢正义,杨琪,王学斌
- 2025 Vol.56(2):193-204[摘要](138)[PDF](63)
- 间断式改进暗管排水流量的计算方法
- 金铭锐,陶园,王少丽,管孝艳
- 2025 Vol.56(2):205-215[摘要](123)[PDF](55)
- 基于STL时序分解的天然径流演变规律与影响因素分析
- 赵轶琳,刘文丰,李政,徐宗学,阳坤,吴德丰
- 2025 Vol.56(2):216-226,239[摘要](148)[PDF](78)
- 淤积体对排沙漏斗水沙分离性能的影响机理研究
- 李琳,顾怀猛,谭义海
- 2025 Vol.56(2):227-239[摘要](119)[PDF](48)
- 基于深度学习集合优化模型的径流区间预测研究
- 黄靖涵,王兆才,吴俊豪,姚之远
- 2025 Vol.56(2):240-252,265[摘要](173)[PDF](85)
- 末级渠道测控闸门自由出流流量模型试验研究
- 刘恬恬,吴文勇,胡雅琪,李子明
- 2025 Vol.56(2):253-265[摘要](121)[PDF](50)
- 基于接触模型的导流洞堵头温控仿真及稳定安全研究
- 程井,肖文俊,周伟,赵兰浩
- 2025 Vol.56(2):266-276[摘要](151)[PDF](76)
- 基于洪灾综合损失评估的河道治理工程防洪效益量化方法
- 张亚东,李宗坤,葛巍,徐宏殷,陈利军,王特
- 2025 Vol.56(2):277-286[摘要](145)[PDF](340)
- 土壤干缩开裂和卷曲分析的数值模型与若干进展Ⅱ:无网格粒子类方法与混合数值模型
- 章青,刘攀勇,顾鑫,乔延赫
- 土壤干缩开裂和卷曲容易引发各种潜在的自然灾害,是学术界和工程界长期关注的问题。土壤干缩开裂和卷曲的物理力学机制极为复杂,影响因素众多,理论分析和试验研究很难再现实际环境下土壤干缩开裂和卷曲过程。虽然基于网格类的数值方法在该问题的研究中已取得一系列研究成果,但由于网格类数值方法在求解开裂问题的固有缺陷,该问题的求解仍然存在诸多困难。无网格粒子类方法在解决开裂、大变形等问题方面具有独特优势,近年来得到迅速发展,也在土壤干缩开裂和卷曲问题得到了应用。本文综述了无网格粒子类方法与各种混合数值模型在该领域的主要进展,重点介绍了本文作者构建的用于土体干缩开裂和卷曲分析的近场动力学数值模型以及相关研究成果。研究结果表明,近场动力学方法是分析土体干缩开裂和卷曲问题的一种有效方法,但土体干缩开裂和卷曲问题的数值建模和计算分析仍面临诸多挑战,未来可在热-水-化-力等多物理场耦合分析的数值模型、土体弹塑性本构关系、土体干缩开裂和卷曲的多尺度模拟、考虑土体性能参数的演化和复杂边界条件,以及发展高精度高效率的数值算法等方面开展进一步的研究。
- 2025 Vol. 56(2): 145-158 [摘要](208) [PDF](113)
- 长距离输水工程竖井式高位水池水力特性研究
- 刘达,黄本胜,李明,张建民,张力方,邱静
- 鲤鱼洲竖井式高位水池位于珠江三角洲水资源配置工程输水干线的起点,其承担着水流消能衔接和提供输水水头的作用。当高位水池内出现自由跌流时,竖井内易出现水流掺气,增加下游输水管道进气的风险。为此开展了1∶10比尺的物理模型试验和数值模拟分析,研究高位水池内的水流掺气规律和水流流态,同时结合气泡运动过程分析推导了掺气影响范围长度的半理论半经验公式,并在此基础上提出减少水流掺气的工程措施。研究结果表明,在自由跌流的作用下,高位水池内水体存在掺气区、过渡区和低扰动区的明显分层,掺气浓度在掺气区与低扰动区基本不随水深的变化而变化,在过渡区随水深增加而减小。掺气范围大小主要与跌流流量、水流落差、竖井水体速度、溢流堰直径等因素有关。受工程条件的限制,鲤鱼洲高位水池的水流落差无法改变,因而采取扩大竖井直径1.63倍与增设分流管的措施,结构优化后,竖井内掺气影响范围长度以及掺气浓度明显减小。
- 2025 Vol. 56(2): 159-169,180 [摘要](170) [PDF](82)
- 基于原型试验和封装式策略的PCCP断丝信号有效特征挖掘
- 杨光,栾博文,李波,孙锦,朱赵辉,张建伟
- 为提升分布式光纤监测系统对预应力钢筒混凝土管(PCCP)断丝信号的实时探测能力,基于封装式策略构建分析模型,挖掘利于振动模式识别的有效特征参量。应用相位敏感光时域反射(Φ-OTDR)型分布式光纤监测系统采集振动信号,针对时域、频域以及时频域建立原始特征参量集合;引入非线性收敛因子、非线性自适应权值、高斯变异扰动和Tent混沌扰动,对鲸鱼优化算法(WOA)进行改进,在此基础上,借助改进的WOA (IWOA)和层次聚类(HC),提出IWOA-HC有效特征挖掘模型。案例分析结果显示:Fisher、BPSO-HC、WOA-HC和IWOA-HC分别挖掘出61、35、32和27个有效特征参量,利用4组有效特征参量进行振动模式识别,准确率分别为71.11%、86.67%、89.44%和97.22%,IWOA-HC挖掘出的有效特征参量具备最佳的模式识别能力。本研究可为在役PCCP工程的健康诊断及灾害预警提供技术支持。
- 2025 Vol. 56(2): 170-180 [摘要](148) [PDF](98)
- 典型环状河网突发水污染溯源研究
- 王家彪,赵铜铁钢,蔡思宇,赵建世,陈晓宏,王浩
- 伴随着快速的城镇化进程,我国突发水污染问题日益突出。污染发生后,首要任务是确定污染源以实施应急处置。国内外关于突发水污染溯源的研究颇多,但普遍不适用于环状河网区,究其原因,环状河网区溯源问题具有严重不适定性,溯源计算复杂、求解难度高。为此,本文提出了一种可实现环状河网突发水污染溯源的新方法,内容包括:(1)将河网溯源分解为“河网”和“河道”两级开展;(2)利用BP神经网络算法计算河网中污染溯源所在具体河道,并由水流水质模型推算该河道出口处污染物浓度过程,实现河网级溯源;(3)采用逆向位置概率密度方法计算出污染事件具体排放位置、排放时间和排放总量,实现河道级溯源;(4)将所提出方法应用于某典型环状河网,结果表明该方法可有效识别出河网中的突发水污染源。研究成果可用于复杂河网区突发水污染的应急处置、责任明确及预案管理等,具有重要实践意义和广阔应用前景。
- 2025 Vol. 56(2): 181-192 [摘要](183) [PDF](90)
- 计及库容租赁与电量损益的混合式抽水蓄能电站容量电价计算
- 郭爱军,畅建霞,王义民,谢正义,杨琪,王学斌
- 容量电价是体现抽水蓄能电站“弥补成本、合理收益”原则的重要方式,现有核定办法主要面向纯抽水蓄能电站,难以应用于具备特有成本、收益组成的混合式抽水蓄能电站。本文首先厘清混合式抽水蓄能电站典型的成本与收益组成,包括库容租赁、增发季节性弃水电量以及抽发运行导致上下库电站电量损益等;其次,构建含混合式抽水蓄能电站的梯级水电站短期—中长期多尺度协同调峰模型,联合混合整数线性规划方法与粒子群优化算法求解;最后,与经营期定价模型耦合,提出计及库容租赁与电量损益的电站容量电价计算模型,为抽蓄电站经济性评估提供支撑。以西北某混合式抽水蓄能电站为例,结果表明:混合式抽水蓄能电站年均增发季节性弃水电量2.452亿kWh、年均库容租赁量约1063万m3,上游水电站年均发电量增加0.019亿kWh,下游水电站年均发电量减小0.057亿kWh。不考虑库容租赁与电量损益时,电站容量电价730元/(kW·a);考虑二者时,按水电电价0.30元/(kWh)、库容租赁单价0.5元/m3方案计算,容量电价为633元/(kW·a),降幅近100元/(kW·a),电站增发季节性弃水电量是降低容量电价的主要因素,库容租赁费用抬高了容量电价。研究完善了抽水蓄能电站容量电价计算体系,可为混合式抽水蓄能电站规划设计提供支撑。
- 2025 Vol. 56(2): 193-204 [摘要](138) [PDF](63)
- 间断式改进暗管排水流量的计算方法
- 金铭锐,陶园,王少丽,管孝艳
- 为应对涝渍灾害频发、耕地资源紧缺的问题,提出一种排水流量较大、占用耕地较少的间断式改进暗管排水结构。一般常规暗管渗流可以简化为二维计算,但间断式改进暗管在排水过程中存在柱体砂滤料的三维绕流,形成相对复杂的空间渗流结构。基于沙金煊的非完整井排水流量公式和常用的暗管排水流量计算公式,提出地表无积水情况下间断式改进暗管排水流量的简化计算方法,结合田间试验和HYDRUS数值模拟进行验证,并分析排水过程中各部分流量占比。结果表明,提出的间断式改进暗管排水流量的理论计算方法合理可行,间断式改进暗管排水流量的理论计算值与田间试验实测值、模拟值的平均相对误差分别为6.97%和-2.84%;随排水时间增加柱体砂滤料内部排水流量占总流量比值逐渐下降,柱体砂滤料外部进水流量占总流量比值不断增加;柱体砂滤料越高,其内部排水持续时间越长;柱体砂滤料布设间距越小,其内部排水与外部进水流量之和占总流量比值越大;间断式改进暗管排水流量计算方法在壤土、粉土中均适用。研究结果可为丰富农田排水理论和暗管工程建设提供思路与参考。
- 2025 Vol. 56(2): 205-215 [摘要](123) [PDF](55)
- 基于STL时序分解的天然径流演变规律与影响因素分析
- 赵轶琳,刘文丰,李政,徐宗学,阳坤,吴德丰
- 河川径流作为衡量区域水资源量的重要指标,其长期变化呈现出显著的时空变异特征。既往研究多针对实测径流且未剔除短期因素的影响。为揭示天然径流的变化规律,并探究其影响机制,本研究选择1979—2018年我国天然径流格点数据集与区域地面气象要素驱动数据集,针对全国218个三级流域,应用时间序列分解与传统趋势分析相结合的方法,对天然径流序列进行STL分解后分析其时空变化趋势,利用多元线性回归探究天然径流受气候变化影响的主要因素。结果表明:在218个三级流域中,原始天然径流序列呈显著变化趋势的比例仅为35.8%,经STL分解后的天然径流序列更能展现出变化趋势的显著性,趋势显著的流域占比高达75.7%;全国84.4%的三级流域天然径流呈增加趋势,且显著性明显;降雨是影响我国大多数流域天然径流变化的最主要驱动因素,长波辐射和比湿次之;北方流域的影响因素较之南方更为复杂。本研究为变化环境下全面认识我国径流规律特征提供参考。
- 2025 Vol. 56(2): 216-226,239 [摘要](148) [PDF](78)
- 淤积体对排沙漏斗水沙分离性能的影响机理研究
- 李琳,顾怀猛,谭义海
- 为揭示淤积体对排沙漏斗水沙分离性能的影响机理,开展不同厚度淤积体下的浑水模型试验,并利用声学多普勒流速仪量测三维流场,观测空气涡形态变化。研究结果表明:不同进流量下排沙耗水率均随淤积体厚度的增大而增大,泥沙截除率随淤积体厚度增加而逐渐降低,不同淤积厚度下排沙耗水率是无淤积体时的1.27~2.14倍,泥沙截除率降幅33%~57%;淤积体导致漏斗流场特性发生改变,泥沙淤积厚度增加使空气涡由无淤积时的稳定贯穿变化至频繁摆动并偏离排沙底孔,不同水沙条件下涡径减小5.95%~53.07%,使排沙耗水率增大;漏斗室内自由涡范围和强度随淤积体厚度增加而减小,设计流量下切向流速平均减小20%~55%,位于强迫涡和自由涡间的环形低流速带宽度与无淤积情况相比增大33%~40%,不利于水沙的螺旋流分离,横向环流强度减弱,不利于泥沙向底孔输移,致使淤积加剧,从而进一步削减旋流强度;径向及垂向紊动强度随泥沙淤积厚度增加分别增大10%~110%和12%~120%,致使悬移质泥沙难以沉降,截除率大幅降低。
- 2025 Vol. 56(2): 227-239 [摘要](119) [PDF](48)
- 基于深度学习集合优化模型的径流区间预测研究
- 黄靖涵,王兆才,吴俊豪,姚之远
- 由于极端天气事件趋多趋强和径流变化的复杂性,实现准确的径流预测具有挑战性,且以往研究多基于确定数值的点预测,难以考虑不确定性影响,导致预测结果缺乏实用性。本研究开发了基于气象和水文变量的径流区间预测深度学习集合模型。首先通过皮尔逊相关系数(PCC)筛选出影响径流的关键驱动变量;接着将原始数据通过变分模态分解(VMD)分解为多个模态分量(IMFs);然后利用互补集合经验模态分解法(CEEMD)对分量进行二次分解,捕捉更多的数据细节;径流的点预测结果由融合注意力机制的门控循环单元(AM-GRU)来取得,并使用改进的麻雀优化算法(ISSA)优化GRU的学习率、隐藏层维数等超参数以提升模型性能;最后,引入了非参数核密度估计(NKDE)进行径流区间预测。采用构建的组合模型VMD-CEEMD-ISSA-AM-GRU (VCIAG)对嘉陵江流域的9个水文站点进行多期预测。计算结果表明:本文模型在短期尺度表现优异,多个站点的纳什效率系数(NSE)接近1;在洪水预报方面,模型在东津沱站、武胜站、金溪站的NSE分别为0.73、0.92和0.92;此外,通过沙普利值法(Shapley)量化了输入变量对径流的影响。本研究提出的VCIAG模型不仅在径流点预测精度方面表现出色,而且在不确定性的区间预测方面也有显著优势,可为管理者提供更加准确、可靠的径流信息,从而在实践中更好地支持径流风险评估和科学决策方案的制定。
- 2025 Vol. 56(2): 240-252,265 [摘要](173) [PDF](85)
- 末级渠道测控闸门自由出流流量模型试验研究
- 刘恬恬,吴文勇,胡雅琪,李子明
- 当前农业灌溉末级渠道出口无测流设备或者设备精度偏低,获得的出口流量误差较大,以致难以实现渠系的智能配水任务。为此研制开发了一套可以精确测量末级渠道出口流量的测控闸门设备。本文分析了测控闸门的水力特性,并对测控闸门不同开度e下的流态进行了辨识,之后基于布金汉(Buckingham)定理和最小二乘法,建立了闸门结构测流模型,最后对模型精度进行了分析评价。研究结果表明:测控闸门相对开度较高时,过闸水流为堰流,反之为孔流,两者流态转变的阈值临界相对开度(e/H)c为1.033;根据测控闸门不同开度所构建的闸门测流结构的流量计算模型的相对误差平均值为4.7%,比矩形薄壁堰测流公式的计算精度平均提高26.3%,孔流模型误差小于2.9%;测控闸门的e/Hc>0.14时,为大孔口出流,孔口流量系数为0.7;反之为小孔口出流,孔口流量系数为0.846。研究成果可为末级渠道智能闸门流量监控技术的精度提升提供借鉴。
- 2025 Vol. 56(2): 253-265 [摘要](121) [PDF](50)
- 基于接触模型的导流洞堵头温控仿真及稳定安全研究
- 程井,肖文俊,周伟,赵兰浩
- 针对导流洞混凝土堵头与围岩之间的潜在滑动问题,以猴子岩水电站为例,引入有限元混合法,建立了考虑接触非线性的温度应力场全过程仿真分析模型,并在相应计算成果基础上利用有限元极限平衡法对堵头抗滑稳定安全度进行评估。为验证有限元混合法的合理性,分别基于刚体极限平衡法及弹塑性有限元法对导流洞堵头稳定安全度进行对比复核。研究结果表明:3种稳定安全复核方式下堵头抗滑稳定安全系数均满足规范要求,但基于有限元混合法的温度应力场仿真分析模型,能更真实地反映施工及运行期堵头与围岩之间的连续-非连续过程,进而更加精确地评估不同温控及蓄水方案下接触面的受力状态变化及堵头稳定安全性能。为解决全过程温控接触非线性问题的求解效率问题,从接触迭代方程的特征出发,提出了矩阵方程的简化计算方法。本文研究成果可为水库堵头及类似温控接触问题提供参考。
- 2025 Vol. 56(2): 266-276 [摘要](151) [PDF](76)
- 基于洪灾综合损失评估的河道治理工程防洪效益量化方法
- 张亚东,李宗坤,葛巍,徐宏殷,陈利军,王特
- 通过工程实施前、后洪灾经济损失对比计算河道治理工程的防洪效益时,对效益构成考虑不全,降低了防洪效益计算的合理性。本文从概念上明确了河道治理工程的防洪效益由经济效益、生命效益和环境效益构成;引入统计生命价值,提出了洪灾生命损失货币量化方法;筛选出影响洪灾中环境价值损失的关键因素,构建了环境损失率计算函数,基于生态系统服务价值,货币量化了洪灾环境影响;结合洪灾经济损失,提出了洪灾综合损失评估方法;简化了计算防洪效益的频率法,提出了考虑洪灾综合损失的河道治理工程防洪效益量化方法。研究成果为洪灾损失量化和水利工程防洪效益计算提供了有效工具。
- 2025 Vol. 56(2): 277-286 [摘要](145) [PDF](340)