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  • 水利学报
  • 2018年 第49卷 第12期
  • 出刊日期:2018--
《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。

2018年第49卷第12期

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  • 三峡水库坝下游河道断面形态调整模式与机理研究
    李明,胡春宏,方春明
    2003年三峡水库蓄水运用后,长江中下游河道对新水沙条件的自适应调整十分复杂。本文重点关注河道横断面形态调整问题,分析表明,在减沙效应影响的河段内,河道总体冲刷过程中断面形态的变化可以分为3种模式:整体下切型、平移调整型和复合调整型。针对长江中下游大部分为受控型河道的现状,提出采用形心相对深度指标对断面形态变化进行定量分析。结果表明,在河道冲刷过程中,断面形态既存在冲滩为主的坦化现象,也存在冲槽为主的锐化现象。结合水沙条件变化分析,阐述了3种断面形态调整模式的水沙作用机理,指出在新水沙条件下河道转变为冲刷型后,断面形态的调整方向由主流区的强冲刷效应所主导,且因中水流量级的造床作用凸显,洪水流量级的造床作用被明显削弱。在原始深槽走向与优势流量级主流倾向位置差别较大的河段,河道横断面优先表现出平移调整模式;在深槽走向相对平顺的河段,河道横断面的调整以复合调整模式为主,呈现出冲深淤浅的锐化特征。
    2018  Vol.  49(12):    1439-1450    [摘要](1333)    [PDF](912)
  • 水资源综合模拟与调配模型WAS(I):模型原理与构建
    桑学锋,王浩,王建华,赵勇,周祖昊
    针对自然-社会水资源系统的复杂互馈机制科学问题,以及水资源管理应用需求,将水文学数值模拟和水资源适应性调配相结合,研究构建了概念性半分布式水资源综合模拟与调配模型WAS;提出了模型架构、单元划分、动态互馈模拟、计算公式和运行策略等WAS模型原理及方法,为自然-社会水资源复杂系统的模拟与科学调配提供支撑。
    2018  Vol.  49(12):    1451-1459    [摘要](988)    [PDF](960)
  • 平底抛物线形复合渠道水力最佳断面及实用经济断面统一设计方法
    王正中,陈柏儒,王羿,赵延风
    大中型渠道常采用平底抛物线形复合渠道断面形式进行设计,但任意幂律指数的平底抛物线形复合渠道的湿周计算理论上无解析解,致使任意幂律指数的平底抛物线形复合渠道的水力最佳断面及实用经济断面无统一设计方法。现有的文献,仅研究了给定幂律指数情况下的平底抛物线形复合渠道断面,并没进行全局范围内的研究。本文首先采用高斯超几何函数给出了任意幂律指数的平底抛物线形复合渠道湿周的解析计算式,再以水面宽度与水深的比率、渠部底宽与水深的比率及水深为变量,利用拉格朗日乘数法建立了平底抛物线形复合渠道的水力最佳断面求解方程;进一步根据实用经济断面与水力最佳断面的关系建立了平底抛物线形复合渠道的实用经济断面求解方程。本文不仅给出了全范围内连续变化的任意幂律指数的平底抛物线形复合渠道的水力最佳断面及实用经济断面统一设计方法,直接计算公式及数据表格,而且得到了平底抛物线形复合渠道的水力最佳断面中的最优幂律指数为3,从而取得全局水力最佳断面。本文结果可供大中型渠道规划设计参考应用。
    2018  Vol.  49(12):    1460-1470    [摘要](955)    [PDF](992)
  • 局部冲刷坑发展过程的泥沙输运特性
    齐梅兰,石粕辰
    为揭示水流作用下沙质河床结构物周围床面冲刷过程中的泥沙输运特性,采用三维紊流、考虑推移质和悬移质运动的河床变形数值模拟,研究了清水冲刷和动床冲刷条件下,墩柱型结构物局部冲刷过程中悬移质和推移质泥沙输运贡献及其与马蹄涡流特征量、床面切应力以及泥沙悬浮指数的相关性。研究发现,清水冲刷条件下,悬移质输运占比较小,推移质泥沙输运占优;动床冲刷条件下,悬移质输运的贡献随悬浮指数的减小迅速增大;冲刷过程中悬移质和推移质输沙率与床面切应力变化趋势一致,结构物周围局部切应力的大小与马蹄涡涡量呈正相关关系。
    2018  Vol.  49(12):    1471-1480    [摘要](1023)    [PDF](871)
  • 并联供水水库联合调度规则最优性条件研究Ⅰ:理论分析
    曾祥,胡铁松,王敬,王欣,汪琴
    水库群联合调度规则最优性条件是科学制定水库群联合调度策略的理论基础,也是确定水库群蓄放水次序的重要依据。先确定水库群系统总供水量进而优化其在各个水库中的供水任务分配是水库群联合调度中最常见的做法,因而由总供水量确定规则和供水任务分配规则(蓄水量空间分布规则)构成的水库群联合调度规则也是最常见的调度规则。本文以并联水库群系统中这类调度规则为研究对象,采用库恩-塔克条件(K-T条件),给出了这类常用调度规则的最优性条件及其对应的时段可利用水量阈值范围,提出了水库蓄放水优先次序的划分标准。研究结果表明:由总供水量确定规则和蓄水量空间分布规则构成的水库群联合调度规则适用条件较差,而且仅当水库群系统中每个水库可利用水量与系统总可利用水量始终维持在给定的阈值范围内时,并联系统调度运行的最优性才能得到保障。
    2018  Vol.  49(12):    1481-1488    [摘要](969)    [PDF](823)
  • 低影响开发措施的内涝削减效果研究——以济南市海绵试点区为例
    李娜,孟雨婷,王静,俞茜,张念强
    本文使用中国水利水电科学研究院自主研发的洪涝仿真模型和洪水风险分析软件(FRAS)对低影响开发(LID)措施的内涝削减效果进行研究。在洪水风险分析软件原降雨产流模型中增加了SCS法,与地面二维水力学模型实时耦合,更精细地反映了LID措施的产汇流过程。结果表明:(1)在5、10和20年一遇24h设计暴雨条件下,LID组合措施在试点区、小流域和街区3个尺度上均能一定程度削减内涝面积,也能在流域尺度上削减径流总量和洪峰流量。措施在5年一遇降雨下内涝削减效果最为显著,径流总量和洪峰流量削减率分别达6.5%和9.7%,在措施布设较为密集的街区内涝面积削减率达48.96%;(2)10年一遇24 h设计暴雨条件下,流域尺度上单项LID措施内涝削减效果各有特点。各措施对积水量的削减效果在降雨过程中均呈先增大后减小的趋势,措施对内涝面积的削减效果排序为下沉绿地 > 透水路面 > 绿色屋顶;(3)措施内涝削减效果与措施类型、措施规模、地形、下垫面条件和措施布设位置密切相关,低影响开发设计时应利用水文水力学模型进行多种方案的模拟分析,合理设置LID措施。
    2018  Vol.  49(12):    1489-1502    [摘要](924)    [PDF](908)
  • 高坝泄流诱发事故闸门的爬行振动研究
    梁超,张金良,练继建,刘昉
    事故闸门承担着上/下游发生事故时在动水中紧急落门,以封堵水流、防止事故扩大的重要任务,然而闸门无法完全落门并伴随爬行振动的工程问题屡屡发生,不仅导致无法封堵水流,在紧急情况下可能造成严重损失,而且使相关结构受到强烈的冲击荷载,对启闭设备及闸门的长期安全运行极为不利。从系统控制理论的基本观点出发,将由动/静摩擦力转换导致的非线性摩擦特性从闸门动水落门过程中剥离出来作为一个单独的环节,并合理选取被控量与参据量,构建了负反馈控制系统模型以描述上述工程问题。通过理论模型与工程问题互相印证、闸门爬振位移时程模拟和闭门持住力反演,表明理论模型是合理有效的。基于所提出的理论模型,阐明了闸门无法完全落门并伴随爬行振动工程问题的发生机制,为旨在避免上述工程问题的闸门改造方案提供了理论指导。
    2018  Vol.  49(12):    1503-1511,1522    [摘要](888)    [PDF](937)
  • 冲泻区形态动力学耦合模型研究Ⅱ:模型建立与验证
    邓斌,蒋昌波,陈杰,杨树清
    利用已建立的分段输沙率公式和实验数据,基于一维非线性浅水方程和床面变形方程,考虑两类共6种输沙率公式,增加床面剪切应力和渗流源项,建立适用于冲泻区水沙动力特性的岸滩形态动力学耦合模型。采用典型算例对模型可靠性进行了数值验证,结果表明,耦合模型中采用TVD-WAF格式和分段输沙率公式在计算形态变化时取得了较好的数值精度。进一步模拟了冲泻区内岸滩形态的变化特征,计算得到的水深、岸线轨迹和岸滩剖面变化结果与实验结果吻合较好,并讨论了不同摩阻系数和有无渗流对岸滩形态的影响规律,结果表明冲泻区形态动力学模型不能忽略床面摩阻和渗流的影响,本研究提出的分段输沙率公式适应于冲泻区的泥沙输运研究。
    2018  Vol.  49(12):    1512-1522    [摘要](895)    [PDF](759)
  • 高致密增韧水工混凝土的制备及其性能研究
    唐欣薇,何奇滨,周元德,张楚汉
    为使所制备的材料具有良好的体积稳定性和抗渗透能力,对基胶凝材料进行微观性能分析,选择性能适宜的化学外加剂进行浆体的流变性能设计。考察了外加剂的分散作用、引气作用、调凝作用和养护制度对浆体填充能力和凝结速率的影响,并采用颗粒堆积算法,调节和优化了浆体的颗粒堆积与流动能力之间的关系。通过掺入微细钢纤维,提高了混凝土的韧性,抑制混凝土的收缩变形。同时,开展系列室内试验对制备的高致密增韧水工混凝土材料进行力学性能、耐久性及体积稳定性研究。试验结果显示:高致密增韧水工混凝土的抗压强度及劈裂抗拉强度分别可达109.66和17.60 MPa。其通电6 h的电通量不超过130 C,28 d碳化深度不超过2 mm,冻融质量损失率不超过0.2%,强度损失率不超过2%,42 d干缩变形量不超过0.17‰。高致密增韧水工混凝土表现出良好的力学性能、优异的耐久性及体积稳定性。
    2018  Vol.  49(12):    1523-1531    [摘要](861)    [PDF](881)
  • 水库型堆积层滑坡位移方向协调性参数及其失稳判据研究
    郭璐,贺可强,贾玉跃
    水库型堆积层边坡位移受库水位循环涨落及降雨的影响,具有波动与震荡的特点,然而其位移变化与突变多为库水位涨落及降雨所引起,并非一定缘于边坡稳定性降低。因此,运用传统单维度位移预测参数与判据分析该类滑坡稳定性时,经常会引起误判。针对传统单维度位移预测参数与失稳判据的局限性,本文根据滑坡全息论的基本原理,提出垂直位移方向率这一水库型堆积层边坡稳定性评价的位移方向协调性参数,并深入分析与确定了水库型堆积层边坡弹性压缩变形阶段和塑性失稳变形阶段该参数与其稳定性演化的定量关系。在此基础上,根据数理统计趋势位移分析原理,建立了边坡稳定性判据准则,并运用新滩边坡F系列监测点实际位移数据进行了垂直位移方向率的稳定性计算与分析。预测分析结果与该边坡实际稳定性演化阶段相吻合,说明垂直位移方向率参数在水库型堆积层滑坡稳定性评价与监测预警中具有一定的有效性。
    2018  Vol.  49(12):    1532-1540    [摘要](939)    [PDF](909)
  • 水泵水轮机极小开度反水泵工况压力脉动与内流特性分析
    乐振春,肖业祥,桂中华,曾崇济,朱伟
    混流式水泵水轮机普遍存在S特性区,水轮机工况启动时机组常不能由空载直接带负载,容易进入反水泵区,导致机组并网困难。本文以模型水泵水轮机为对象,对极小导叶开度下的多个反水泵工况点进行了整体流道三维流动计算,探讨极小导叶开度下反水泵区机组的非定常流动特性。数值计算采用SAS SST-CC湍流模型,5个定常工况点计算的外特性曲线与模型试验数据吻合较好。对流量较小的工况进行非定常计算,旋转转轮9个叶道各8个测点的压力脉动结果显示,相似位置测点间的压力脉动混频幅值和频率均存在明显差异,峰峰值的差异最大达到4.2%,说明此时转轮内的流态分布很不均匀。测点离导叶越近,低频脉动的主频从0.19 fn逐渐增加到1.07 fn;动静干涉引起的20 fn脉动幅度会逐渐增强,但转轮出口位于出流与入流过渡区的测点趋势则不同。结果显示在反水泵工况区运行,转轮各叶道间的流态分布极不对称,充满了严重的流动分离和漩涡。
    2018  Vol.  49(12):    1541-1549    [摘要](871)    [PDF](750)
  • 丹巴水电站右1#坝段坝基稳定二维地质力学模型验证性破坏试验
    杨庚鑫,杨宝全,张林,陈媛,陈建叶
    丹巴水电站将是国内首座建在深厚覆盖层上坝高超过40 m的闸坝工程,坝址区以第四系深厚覆盖层为主,最大厚度达127.66 m,坝基覆盖层自上而下总共分为5层,其变形模量较低,压缩性大,这样的地质条件会使坝与地基产生较大的不均匀沉降,直接影响到闸坝与坝基的稳定安全性,需要开展坝基稳定问题的深入研究。针对上述地质问题,本文选取地质条件最为复杂的右1#坝段,采用地质力学模型试验方法,全面模拟了坝址区的深厚覆盖层、深层浅层固结灌浆及回填层等加固方案,通过超载法破坏试验,研究了坝与地基的变形分布特征,获得了正常工况下坝体最大竖向位移为7.60 cm,满足规范要求,揭示了破坏机理与破坏形态,提出了超载法试验安全系数为:起裂超载安全系数K1=1.2,非线性变形超载安全系数K2=1.6~1.8,极限超载安全系数K3=2.0~2.4,综合评价了右1#坝段的安全性。试验成果可对工程的设计、施工和加固方案优化提供参考依据。
    2018  Vol.  49(12):    1550-1558    [摘要](834)    [PDF](781)
  • 2018年总目次
    2018  Vol.  49(12):    1559-1564    [摘要](1076)    [PDF](1017)

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