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  • 水利学报
  • 2021年 第52卷 第7期
  • 出刊日期:2021-07-28
《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。

2021年第52卷第7期

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  • 黄河下游花园口-高村河段泥沙时空分布及地貌演变
    张金良,李岩,白玉川,徐海珏,罗秋实,黄哲
    小浪底水库投入运行以后,黄河下游河道地貌发生巨大变化,滩区治理面临土地保护与开发利用之间的矛盾。本文基于地形空间插值与实测资料研究了花园口-高村宽滩游荡型河段在2000—2017年间的泥沙分布特征及滩区地貌演变情况,并提出滩区改造方案。研究发现,由于小浪底水库拦沙作用,长期低含沙水流下泄导致河床形态调整加剧,主槽冲刷明显,洪水漫滩几率降低;下游河道生产堤及控导工程的修建,加上土地开发利用及其他人为活动影响,滩区逐渐从沉积模式转为侵蚀模式;花园口-高村河段在2000—2017年累计侵蚀11.373亿m3,其中滩地侵蚀约2.145亿m3。为了沿黄经济带发展与滩区生态建设,有必要采用机械放淤、填方再造等手段对下游滩区进行分区改造,优化土地资源利用。
    2021  Vol.  52(7):    759-769    [摘要](85)    [PDF](46)
  • 水电站蜗壳结构研究及应用的回顾与展望
    伍鹤皋,高晓峰,傅丹
    简要介绍了国内外三种水电站钢蜗壳埋入方式的应用和发展历程,对我国700 MW级水轮机蜗壳埋入方式的创新性成果进行了整理归纳,总结出水电站蜗壳结构研究中取得的三个重要进展,即蜗壳结构非线性数值分析方法、蜗壳外围混凝土配筋原则以及以机组稳定运行为核心的设计理念。针对当前蜗壳结构理论研究方面存在的不足,指出施工期水化热缝隙的形成机理、运行期温度作用效应、垫层材料长期力学特性、钢蜗壳-混凝土接触面脉动压力的传导特性,以及钢蜗壳和座环的疲劳失效是未来蜗壳结构研究需要重点关注的内容。在蜗壳新技术应用发展方面,介绍了预热膨胀构造初始缝隙和可融涂层构造初始缝隙两种新型蜗壳埋入方式。最后建议研究人员和设计人员应以持续和动态的视角看待蜗壳结构长达几十年的服役过程,充分重视结构老化累积的安全隐患。
    2021  Vol.  52(7):    770-780    [摘要](52)    [PDF](34)
  • 输水管道泄漏的探地雷达检测原理和现象机理分析
    郭新蕾,郑飞飞,马朝猛,柴端伍,付辉,崔海涛
    基于探地雷达检测输水管道泄漏是近年发展起来的一种很有前景、实用性很高的无损检测技术,国内在这方面的研究处于起步阶段,尚缺乏仪器设备研发和对漏水的现象、机理与反馈图像的比对研究。本文搭建了输水管道漏损雷达检测试验平台,开展了输水钢管漏水试验和检测试验,对比研究了无泄漏、有泄漏以及泄漏后、泄漏时等工况下典型测线雷达回波图像的异同,并反演了漏水工况的泄漏范围。结果表明:当管道泄漏后,泄漏水引起管道周围土壤介电常数显著变化,湿沙状态下平行管道测线雷达回波下移,呈明显的“V”型,垂直方向测线的回波双曲线形态更加陡峭,斜率更大,该畸变规律有利于锁定大致泄漏范围。“箭形回波”和“孔下回波”是区分管道泄漏时和泄漏后的雷达回波关键典型特征,尤其较为清晰的孔下回波亮斑是正在发生小泄漏的典型回波图像特征,且具有规律性。对于管道不停水泄漏的检测,如能辨识出箭形回波和孔下回波,即可实现泄漏的快速定位。试验验证了利用探地雷达检测输水管道泄漏的有效性,并为漏损探地雷达检测设备和软件的研发提供支撑。
    2021  Vol.  52(7):    781-792    [摘要](54)    [PDF](27)
  • 基于ARMA模型的水文序列相依变异分级方法及验证
    谢平,霍竞群,桑燕芳,吴林倩,李雅晴,牛静怡
    受自然和人为等因素的影响,水文情势和地理环境不断发生显著变化,不同水文要素形成的水文时间序列常呈现出一定的相依性。为定量研究水文序列中的这种相依现象,本文以自回归滑动平均模型ARMA为例,选取原始水文序列与其相依成分间的相关系数为衡量标准,提出对相依变异强弱程度分级的一种方法。先用公式推导的方式从原理上阐明相关系数与序列的自回归系数和滑动平均系数存在的关系,从而建立相关系数与序列自相关系数的联系,再选择合理阈值作为分级界限,把相关系数划分为5段区间,对应描述5种不同强弱的相依变异程度。分别以较低阶数的ARMA模型为例,通过统计试验验证了以相关系数作为分级指标的合理性。将所提方法分别应用于模拟时间序列和实测水文序列,并结合物理成因从气候变化和人类活动两个方面对实测径流序列的相依变异分级结果进行了分析与验证,结果表明该方法合理可靠。
    2021  Vol.  52(7):    793-806    [摘要](53)    [PDF](29)
  • 应对水文序列非一致性变化影响的溯源重构法研究
    秦毅,李时
    水文序列的非一致性特征导致多种常用水文分析计算方法在理论上陷入瓶颈,因尚未得到有效的解决,仍需不断探索研究。从因变量与自变量关系的角度看,引起水文变量非一致性变化的原因是影响因子自身的非一致性变化。据此,针对单个影响因子作用于水文变量的规律,提出源函数概念,依据水文变量与影响因子源函数间的统计乘积模型,构建新的函数,并据此函数将非一致性变化的影响因子的作用从原序列中剔除,实现了非一致性序列向新的一致性序列的转化。本文称该方法为溯源重构法。获得的重构序列可用于以一致性序列为基础的分析计算工作。对陕西省佳芦河流域非一致性年最大洪峰流量序列的应用研究表明,溯源重构法不仅能有效消除序列的线性、非线性趋势以及突变等三种非一致性特征,且重构序列的分布更符合原序列的抽样属性。相比于分解合成法仅能去除序列的一阶矩趋势,溯源重构法在去除一、二阶矩的非一致性上均能发挥作用。
    2021  Vol.  52(7):    807-818    [摘要](52)    [PDF](23)
  • 特高拱坝通水冷却管网智能联控原型试验研究
    林鹏,宁泽宇,李明,樊启祥,汪志林,陈文夫
    开展特高拱坝施工期通水冷却管网的智能联控研究,对确保实现精准、高效的大坝混凝土温控防裂具有重要意义。基于白鹤滩特高拱坝通水冷却智能温控实践,本文系统分析了冷却水的温度、流量、流向等参数满足特高拱坝换热防裂的适应条件,提出了混凝土温控冷却水需求的确定方法,定义了供水保证率的量化评价指标。通过在白鹤滩特高拱坝建设现场开展原型生产性试验,提出了通水冷却管网智能联控的方法,并研发了联控系统,克服了人工手动换向的不确定性,实现了对通水冷却管网温度、压力、流量的实时在线监测和通水流向的智能调控,换热效果更好。现场试验揭示了冷却水管网输送的时空规律,结果表明供水水温沿程变化主要受外界气温与管道保温影响;在制冷容量满足需求的前提下,流量供应主要受供水压力支配。本文成果促进了特高拱坝通水冷却管网智能联控全面应用,也可供同类工程设计与施工参考。
    2021  Vol.  52(7):    819-828    [摘要](41)    [PDF](18)
  • 斜式轴流泵装置出水流道偏流特性研究
    王本宏,王福军,谢丽华,王超越,苏胜利,朱泉荣
    斜式轴流泵是大流量低扬程提水领域的一种典型泵型,但其在某些工况下存在严重偏流问题,是影响斜式轴流泵站安全稳定运行的工程难题和关键科学问题。本文以浙江盐官泵站15°斜式轴流泵装置模型为研究对象,通过模型试验和数值模拟方法对装置内部瞬态流动特性进行研究,分析了不同流量工况下内部流动特征及偏流产生的原因,提出了解决偏流问题的抑制措施。研究结果表明:顺水流方向出水流道隔墩左侧流量高于右侧,最优流量工况下偏流比达2.33,有70%的流量从左侧流道流出;出水流道内的偏流是因水流在剩余环量的影响下发生偏转,通过弯管段时产生的;在出水流道弯管段设置偏流抑制措施可有效改善出水流道内部流态,抑制偏流的发生。本文研究成果已经应用到盐官泵站装置原型上,并得到了很好的应用,从而为解决大型斜式轴流泵站偏流问题,保证泵站安全稳定运行提供了参考。
    2021  Vol.  52(7):    829-840    [摘要](43)    [PDF](22)
  • 河流水冰沙耦合模型研究Ⅱ:验证与应用
    潘佳佳,HungTaoShen,郭新蕾
    北方河流冬季河冰运动会带来凌汛灾害威胁,研究流凌运动对水流、泥沙和河道的影响具有重要工程意义。本文在平面二维河冰动力学模型基础上,建立二维水冰沙耦合数值模型。基于三角形的非结构网格,采用具有迎风特性的Petrov-Galerkin型有限元法计算非恒定水流过程、非恒定非均匀沙输运和河床冲淤变化,利用无网格的SPH法计算河冰运动,基于河冰对岸滩的刮擦切应力计算岸坡侵蚀,再利用双泥沙休止角法分析不同含水层岸坡的稳定坡面。该模型创新性地耦合水沙理论和河冰理论,能模拟北方河流全季节及河冰全过程的水位流量波动、河冰运动、泥沙输移、河床冲淤及岸滩崩塌过程。通过实验条件下溃坝引起的岸坡崩塌侵蚀验证了模型的准确性和可靠性,研究结果显示该模型能再现水流、河冰、泥沙、河床及河岸间的复杂耦合作用,揭示河冰刮擦对岸滩侵蚀破坏的促进机理,可进一步支撑冬季河道防凌减灾和岸滩水土保持研究。
    2021  Vol.  52(7):    841-849,861    [摘要](50)    [PDF](20)
  • 基于输水损失动态变化特性的渠系优化配水模型研究
    廖相成,胡铁松
    渠系优化配水是灌区减少渠道渗漏损失、提高渠系水利用效率的重要节水管理措施,但当前渠系优化配水模型的渗漏损失计算方法难以真实反映渠床土壤透水性随时间动态变化的特征,导致人为的配水偏多或者偏少。鉴于此,本文探索性引入渠床土壤前期影响含水量的概念来描述渠床土壤湿润程度在渠道输配水过程中的动态变化,提出了一种新的渠道输水渗漏损失动态计算方法,在此基础上建立了一种渠床湿润状况无后效性特征的渠系优化配水模型。河套灌区骨干渠系2012年夏灌优化配水实例研究表明:与传统基于考斯加科夫公式的优化配水方式相比,新配水模型在配水初期加快了配水进程,缩短了渠床土壤自由渗漏持续时间,从而使渠床土壤尽快达到了湿润状态,而在配水末期则延缓了配水进程。配水结果显示:在不增加总干渠引水量的情况下减少渗漏损失水量1560万m3,渠道水利用效率提高1%。本文提出的渠系优化配水模型是针对渠床土壤湿润状况的动态变化进行流量过程的调控,可用于指导灌区渠系科学合理配水与集中统一调度。
    2021  Vol.  52(7):    850-861    [摘要](44)    [PDF](19)
  • 现状防御条件下历史极端大旱重演影响分析——以明崇祯大旱为例
    屈艳萍,杨晓静,苏志诚,吕娟,张伟兵
    开展历史典型场次特大干旱事件重演研究,能够为极端状况下的干旱灾害防御提供参考,具有重要的战略意义。本文提出了历史特大干旱重演影响分析方法,并以明崇祯大旱为例,开展现状防御条件下重演情景分析,估算一旦发生明崇祯大旱对供水、粮食以及经济的可能影响。研究结果表明:在现状自然地理和水利工程条件下,若发生类似明崇祯大旱,核心旱区9省市连续7年年平均缺水率为21.9%,最高为38.7%;年平均粮食减产率为27.7%,最高为39.2%;年平均因旱直接经济损失占本区域GDP比例为5.3%,最高为11.1%;占全国GDP比例年平均达到2.2%,最高为4.53%。可见,一旦发生类似历史上的极端干旱,严重缺水将会对供水安全、粮食安全和经济安全造成重大威胁,因此需要引起高度重视,做好巨灾风险应对准备。
    2021  Vol.  52(7):    862-872    [摘要](49)    [PDF](30)
  • 基于“设计标准”的大型渡槽动力计算与隔减震研究
    张多新,李嘉豪,王清云,王志强,崔越越
    以“设计标准”为圭臬,分析了大型渡槽动力学分析的几个关键技术的实现途径,并以某高烈度区待建8跨大型渡槽为研究对象,把高阻尼橡胶支座应用到渡槽结构的隔减震体系中,考虑了槽内水体与渡槽的动力相互作用,建立了大型渡槽槽体-水体-支座-槽墩-基础等结构体系的动力有限元模型。同时,采用可调节阻尼等效双线性恢复力模型对高阻尼支座进行模拟,并采用傅氏逆变换拟合了符合场地特性的人工地震波并验证了其合理性,改进了Wilson-θ法并对渡槽体系进行了动力学求解,给出了大型渡槽的位移、变形、支座滞回性能及槽间横向错动位移等动力响应,分析了高阻尼支座的隔减震效果,并结合大型渡槽结构体系的动力特性和反应谱特征,分析高阻尼支座的隔减震机理。同时,考虑到1级大型渡槽的重要性,推荐渡槽结构在承载能力极限状态计算及正常使用极限状态校核时,按分项系数的原则,叠加渡槽结构全时域全场域的最值动力响应,以期促进待建和已建渡槽工程的实施与安全运营。
    2021  Vol.  52(7):    873-883    [摘要](33)    [PDF](17)

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