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  • 水利学报
  • 2022年 第53卷 第9期
  • 出刊日期:2022--
《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。

2022年第53卷第9期

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  • 变化环境下水库适应性调度研究进展与展望
    张玮,刘攀,刘志武,刘瑞阔,明波
    在气候变化与人类活动共同驱动的变化环境下,依赖于一致性水文条件所设计的传统水库调度运行策略,将难以满足决策者的需求。为了保障水资源安全与高效利用,水库管理者需对传统水库调度运行策略进行适应性调整。因此,变化环境下水库适应性调度作为当前水库调度领域的一项前沿课题,国内外专家学者已经开展了大量卓越的工作。本文旨在于总结近年来的水库适应性调度研究进展,包括变化环境下水库入库径流预测、水库调度规则编制以及耦合变化环境-入库径流-调度规则的框架等方面,并归纳当前相关研究中存在的问题及不足。进而,未来水库适应性调度研究发展方向,建议更多关注考虑自然-人工互馈影响的入库径流预测、水库调度运行策略的静态衔接与动态调整。
    2022  Vol.  53(9):    1017-1027,1038    [摘要](84)    [PDF](47)
  • 低热水泥碾压混凝土坝适应性智能通水策略研究
    林鹏,李明,刘科,欧阳建树,杨宗立,乔雨
    开展低热水泥碾压混凝土坝的温控特性和适应性智能通水策略研究,对干热河谷环境下大坝优质高效施工、温控防裂具有重要意义。本文首先分析了低热水泥碾压混凝土的温控防裂难度和挑战,讨论了低热水泥碾压混凝土在施工期的温度场和应力场计算方法,结合智能通水技术提出了相应的适应性智能通水策略。以乌东德水电站低热碾压混凝土二道坝的温控防裂为例,基于全坝温度场和应力场模拟,揭示了全坝不同分区温度发展规律和温度应力特征;通过应用智能通水2.0系统,在乌东德二道坝实行分区适应性通水。现场监测与仿真分析结果对比表明,采用适应性智能通水后最高温度符合率达100%,能够较好满足干热河谷环境下适应性温控防裂要求,大幅简化了施工工艺,提高了效率,电站蓄水过程监测数据显示二道坝安全有保障,研究成果可供同类工程借鉴参考。
    2022  Vol.  53(9):    1028-1038    [摘要](37)    [PDF](22)
  • 基于光学和雷达遥感信息的灌溉信号分析及灌溉面积提取方法研究-以华北平原灵寿县磁右灌区为例
    杨永民,顾涛,吴迪,龙爱华,邱建秀,刘宏鑫
    目前,灌溉面积主要通过调查统计方式获取,时效性和准确性较差,而在灌区用水管理中迫切需要掌握实际灌溉面积及其空间分布和动态变化等信息。为此,本文开展基于雷达遥感信息的灌溉信号探测识别及次灌面积提取方法研究。首先,使用水云模型结合实测土壤水分数据进行模拟,量化灌溉事件导致后向散射系数的变化。然后,提出一种基于时序差值和局部阈值法的实际灌溉面积提取方法,使用高频次的哨兵1号雷达卫星遥感数据开展华北平原灵寿县磁右灌区灌溉面积提取,并结合灌区实地调查资料对提取结果进行验证。结果表明:使用水云模型模拟显示春季小麦地块的灌溉事件可导致C波段的雷达后向散射系数变化超过1 dB,灌溉信号可被绝对辐射精度优于1 dB的雷达卫星探测;基于时序雷达后向散射系数分析显示,灌溉事件导致C波段雷达后向散射系数呈现明显的先增大后减小的时域特征,与降水事件不同,灌溉事件导致雷达后向散射系数呈现明显的局地变化特征。以本文提出的方法提取研究区的灌溉面积,结合实地调查样本检验,结果表明灌溉面积的总体提取精度为76.6%。小麦返青期第一次渠灌面积约为9.20万亩,小麦拔节期第二次渠灌面积约为10.64万亩。此外,由于井灌区和渠灌区存在明显的时差,基于雷达遥感信息可对不同水源的灌溉区进行探测,研究区井灌面积约为3.9万亩。基于高频次的雷达遥感信息可对灌区的灌溉事件进行探测,本文提出的方法可为区域次灌溉面积调查和流域水资源管理等应用提供技术支撑。
    2022  Vol.  53(9):    1039-1048    [摘要](278)    [PDF](68)
  • 多模态感知驱动下高堆石坝施工仿真参数集成深度学习模型
    张君,王金国,余佳,赵豪,张东明,王晓玲
    现有施工仿真参数建模方法主要依靠单一模态数据,且现有多模态数据采集过程存在一定的滞后性,导致仿真的实时性和准确性不足。针对上述问题,本文提出了多模态感知驱动下高堆石坝施工仿真参数集成深度学习模型。首先,在SpringBoot框架下开发了基于移动智能手机传感器的运动学和声学数据实时采集云平台,并采用低通滤波器和梅尔频谱等方法实现堆石坝施工机械多模态数据的实时采集与预处理;其次,提出了用于自动提取多模态数据特征的堆石坝施工机械精细活动状态识别深度学习模型。该模型集成了改进深度卷积长短期记忆循环神经网络(Improved DeepConvLSTM,IDeepConvLSTM)与深度卷积神经网络的优势,前者可精确感知施工机械运动方向,后者可从声音模态中感知施工机械振动状态。其中,IDeepConvLSTM在卷积层中间加入批量归一化层以提高收敛速度,并采用梯度缩放和剪裁以避免梯度爆炸的问题;进一步地,在云平台中采用大窗口移动过滤器在线处理机械活动识别结果,实现堆石坝施工仿真参数的实时建模。工程案例表明,相比于单一的运动学或声学模态的机械活动识别方法,本研究所提方法的识别精度分别提高了9.22%和23.62%。研究成果为提高堆石坝施工仿真的准确性和实时性提供了新的思路和技术手段,具有一定的应用和推广价值。
    2022  Vol.  53(9):    1049-1063,1072    [摘要](36)    [PDF](25)
  • 关于《中华人民共和国黄河保护法(草案)》的探讨
    程业棋,彭昊,史雪晴
    本文首先归纳出黄河立法必须了解的黄河治理与保护中仍面临的突出问题和困难,基于此,对《中华人民共和国黄河保护法(草案)》不完善之处进行了分析探讨,并针对有关法条阐释立法建议。例如,黄河流域生态保护和修复的基础在于通过科学规划与合理管控,以期推动黄河流域实现可持续发展;黄河生态保护对应的发展模式是绿色发展,而黄河绿色发展未必能够实现高质量发展,对于复杂难治的特殊河流,只有加强治理才能更好保护,进而实现高质量发展;对于技术支撑能力欠缺而难以作为执法依据的内容,为维持执法的权威性,条款的措辞上应留有余地;黄河立法工作应重视治理体制改革,一旦政策制订、工程审批、执法的部门相对超脱,且不再直接参与相关的企业行为,即可引入巨大的社会力量,明显提高黄河治理效率;站在保证滩区人民群众安全的高度,将滩区内居民全部外迁既不现实也不必要。
    2022  Vol.  53(9):    1064-1072    [摘要](35)    [PDF](20)
  • 风光水互补系统发电效益-稳定性多目标优化调度
    张振东,唐海华,覃晖,罗斌,周超,黄礫瑤
    风光水互补系统联合运行是解决风电、光电等间歇性能源消纳的有效方法之一,但互补系统的发电效益与稳定性存在矛盾关系,如何分析系统的出力互补特性并解析效益-稳定性关系是本研究解决的关键科学问题。本研究在雅砻江流域风光水互补示范基地上开展研究工作,采用互补系统总发电量最大、出力过程变异系数最小为目标构建效益-稳定性多目标优化调度模型,采用径流、风速和太阳辐射强度等作为输入,分析调度方案出力互补特性与目标关系。研究结果表明:效益-稳定性目标之间的关系为总发电量越大,变异系数越大,出力过程平稳性越差;互补系统在日内时间尺度上的互补关系为从夜间到日间再到夜间,光电出力从零逐渐增大再变为零,风电出力从大变小再变大,存在日内互补关系,水电能源依靠调节能力可有效互补平抑风电和光电出力。
    2022  Vol.  53(9):    1073-1082    [摘要](41)    [PDF](25)
  • 基于BP-DEMATEL算法的冰情预报因子敏感性分析
    孙亚翡,王涛,路锦枝,周中元
    冰情发展受到水文、气象、水力、河道条件和人类活动等多因子相互作用的影响,获得各影响因子的权重关系是进一步明晰冰情发展演变规律和提高预报精度的基础。本研究提出了基于BP-DEMATEL算法的冰情预报因子敏感性分析模型,应用于黄河内蒙古河段巴彦高勒水文站流凌、封河及开河冰情影响因子的分析中,得到影响冰情演变各因子的权重和不同因子之间的相互耦合关系,明确了冰情预报中关键的影响因子。采用不同权重的因子开展流凌、封河和开河的预报,结果显示利用权重值大、相关性强的预报因子开展冰情预报的预报值与实测值吻合较好。因此本研究提出的BP-DEMATEL模型开展冰情预报因子敏感性分析能够得到合理的权重值。
    2022  Vol.  53(9):    1083-1091    [摘要](27)    [PDF](21)
  • 水电坝基开挖中不同典型炮孔诱发振动的差异及其内因分析
    周海孝,高启栋,王亚琼,范勇,卢文波,冷振东
    明确水电坝基开挖中不同类型炮孔诱发振动的特性,对爆破振动安全控制具有重要的指导意义。通过现场试验比较了主爆孔、预裂孔和光爆孔三种典型炮孔诱发振动峰值(PPV)及振动主频(DF),并结合不同炮孔爆破作用边界条件的分析,借助数值模拟计算了不同爆破作用边界条件下岩石的动力响应特性,最后从爆炸能量分配与塑性区发展的角度,探讨了不同炮孔诱发振动差异的内因。研究结果表明:若单响药量与爆心距处于同一当量水平,预裂孔诱发的PPVDF均相对大于主爆孔与光爆孔,而光爆孔诱发的PPV水平及DF与主爆孔大体相当;预裂孔一般先于主爆孔起爆,抵抗线较大,且多采用径向和轴向不耦合装药,由导爆索侧向引爆,其爆破损伤区和塑性区半径较小,消耗于岩石破碎的能量较少,转化为振动能的比例较大;光爆孔的装药结构及起爆方式与预裂孔相同,但其抵抗线较小,转化为振动能的比例及塑性区大小与主爆孔大体相当;爆破作用边界条件(装药结构、起爆方式及抵抗线等)的改变会导致爆炸能量分配及塑性区发展的不同,也是引起振动差异的内在因素。
    2022  Vol.  53(9):    1092-1104    [摘要](39)    [PDF](24)
  • 海河平原区浅层地下水位健康修复目标研究
    刘蓉,赵勇,王庆明,何鑫,马梦阳,陆垂裕
    随着南水北调通水、地下水超采综合治理等措施实施,海河平原区地下水位下降态势得到初步缓解,在此背景下,如何确定地下水位修复目标十分迫切。本研究在已有生态地下水位概念基础上,提出适应于强人类活动区-海河平原区的健康地下水位概念,并将健康地下水位作为研究区地下水位修复目标。根据地下水位波动变化对生态环境的影响,将健康地下水位分为维持地表水体健康地下水位、遏制海水入侵地下水位等七类功能型健康地下水位,在现有研究方法和研究成果基础上,采用机理研究、统计分析、实践调查等方法确定各功能健康地下水位临界阈值。研究建立了兼顾地下水多功能属性的空间分布式健康地下水位量化方法,确定了海河平原区健康地下水位上限和下限。并对海河平原区现状地下水位健康状态进行诊断,依据诊断结果建立地下水管理分区,为研究区水资源管理提供支撑。
    2022  Vol.  53(9):    1105-1115    [摘要](33)    [PDF](26)
  • 高拱坝抗震安全评价指标研究——以白鹤滩拱坝为例
    秦礼君,陈健云,徐强,李静
    为研究拱冠梁中上部在地震作用下的局部稳定性,提出合理的局部抗震安全评价指标,本文以白鹤滩拱坝为例,建立三维有限元模型进行数值模拟计算。将拱冠梁中上部作为研究对象,以基于坝段的抗滑安全系数及抗滑安全系数持时作为局部安全评价指标,研究了两个指标随地震动峰值加速度(PGA)的变化规律及其沿坝段高程的分布规律,并基于指标的统计结果明确了拱冠梁中上部薄弱位置。结果表明,随着PGA的增加,拱冠梁中上部抗震安全薄弱面所在的位置是逐步降低的。PGA低于0.8g时,拱冠梁中上部位抗震安全的薄弱面位于0.79~0.83倍坝高位置;PGA大于等于0.8g时,拱冠梁中上部抗震安全的薄弱面位于0.76~0.79倍坝高位置。本文计算结果与高拱坝振动台地震破坏试验结果相近,提出的评价指标应用于拱冠梁中上部的评价效果较好,可为高拱坝中上部抗震薄弱部位的定位及大坝安全监测提供参考。
    2022  Vol.  53(9):    1116-1126    [摘要](26)    [PDF](33)
  • 融合改进符号动态熵和随机配置网络的水电机组轴系故障诊断方法
    陈飞,王斌,周东东,赵志高,丁晨,陈帝伊
    现有水电机组轴系故障诊断研究主要建立在单一传感器振动信号数据的基础上,存在故障信息缺失和传感器测点选择困难等问题。为此,提出了一种基于精细复合多元多尺度符号动态熵(RCMMSDE)和随机配置网络(SCN)相结合的水电机组轴系故障诊断方法。首先,将精细复合技术引入RCMMSDE模型中,改进了传统多元多尺度熵粗粒化不足的问题。然后,通过提取水电机组不同传感器振动信号的RCMMSDE值作为故障特征。最终,将故障特征输入SCN网络实现水电机组轴系故障的准确识别。仿真结果表明,RCMMSDE-SCN模型在两个不同数据集上分别取得了97.58%和99.17%的诊断率,验证了所提模型具有良好的诊断性能。同时,对比不同诊断模型在多元传感器信号和单一传感器信号两种不同情景下的诊断情况,表明融合多元振动信号可以有效改善水电机组轴系故障诊断模型的识别性能。本研究为融合水电机组多元传感器振动信号故障诊断提供了一种新的方法,具有良好的借鉴价值。
    2022  Vol.  53(9):    1127-1139    [摘要](24)    [PDF](19)
  • 对《浅层地热能不同开发方案对深层地下淡水咸化效应研究》一文商榷
    尚银生,尚许雯
    2022  Vol.  53(9):    1140-1142    [摘要](32)    [PDF](26)

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