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  • 水利学报
  • 2020年 第51卷 第7期
  • 出刊日期:2020-07-30
《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。

2020年第51卷第7期

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  • 大尺度生态调度研究与实践
    邓铭江,黄强,畅建霞,黄生志
    通过分析总结国内外生态调度与生态恢复研究进展、发展趋势及其特点,提出水库调度已从将“生态目标”嵌入兴利调度的简单调控过程,转变为“后坝工时代”大尺度生态调度的综合调控过程,即:全流域-大空间尺度、长系列-大时间尺度、水循环-大系统尺度。指出生态调度是生态恢复和保护最有效的措施之一,提出了干旱区内陆河流域生态保护面临的挑战和需要研究解决的关键技术。以塔里木河下游生态输水和额尔齐斯河生态调度为研究对象,通过连续20年的动态监测、资料收集、野外数据采集及实验室数据处理,对生态输水方式、生态恢复响应、生态调度策略和生态保护模式等,进行了深入研究。结果表明:①生态恢复是一个长期的过程,需对地表水、地下水、植被响应、生境条件、生物多样性等开展长期监测,以掌握其动态情况,采取更为科学有效的调控措施;②为了提高塔里木河下游生态恢复成效,研究提出在实施双通道、汊河和面状输水的同时,采用“沟汊渗灌”延伸扩大受水区范围,快速有效补给地下水,建立了基于地下水位调控的“地下水银行”及生态修复平台。③创建了额尔齐斯河“七库一干”、“三次脉冲”、漓漫灌溉等多尺度耦合的生态调度技术体系和科学化、系统化、制度化的管理体系,初步形成水河湖联通、水网通达、水势漫溢的河谷林草漓漫灌溉系统。改变以往生态调度“只放不灌”和“大水漫灌”的粗放式管理模式,丰富了生态调度的研究内涵与实践。
    2020  Vol.  51(7):    757-773    [摘要](151)    [PDF](132)
  • 冲积河流糙率由来与计算方法研究
    张红武,张罗号,彭昊,蔡蓉蓉
    为在水力学及河流学科教学与研究中减少误解,本文在系统回顾了前人明渠流速计算公式研究成就的艰辛过程中,指出教科书与文献存在的误解;并在述评糙率公式优缺点后,指出了现有方法存在的问题。认为在曼宁水流阻力公式是纯经验公式和糙率测验精度实难保证的状况下,且今后相当长时期内人们尚难科学描述沙波兴衰机理及沙粒沙波阻力转换关系,给出糙率理论公式很不现实;建立实用性公式需抓住Fr这个同其他判别沙波运动状态的参数有关联性与可替代性的首要参数;构建出可适应模型试验反映的“nFr增大而减小,Fr很小时n会较大”变化趋势的公式形式后,根据冲积河流“糙率最大值一般为糙率较小值的10倍”的实际情况与“Fr=0.5时糙率接近动平床糙率”的动床模型试验结果,确定待定系数与参考糙率,建立了糙率简便公式(21)。为提高公式精度和适用范围,以沙粒阻力因子反映沙粒肤面阻力作用,遂给出体现沙粒肤面摩擦影响的动床糙率公式(22),并通过引入浑水卡门常数适当考虑含沙量对水流能耗的影响,进一步给出了考虑床面沙粒与含沙量共同影响的糙率计算公式(23)。大量冲积河流实测资料系统验证表明,本文建立的糙率公式明显比现有公式更符合实际。
    2020  Vol.  51(7):    774-787    [摘要](69)    [PDF](49)
  • 超窄联合泵房前池水力性能优化:实例研究
    付辉,牛华寺,毛雨佳,杨若冰,郭新蕾,施春蓉
    火/核电站的泵房前池作为循环水系统的重要组成部分,关系到电站整体的稳定、安全和高效运行。本文以单进流条件下,纵横比为0.193,且进流平面扩散角达到180°的某核电站超窄联合泵房前池为研究对象,通过多方案多组次的系统模型试验,提出了半圆形扩散墩和悬空隔板相结合的水力性能优化措施,在不大幅改变原设计方案的基础上,消除了原方案前池内水体的大幅紊动、壅高和强回流等不利的水力现象,提高了泵房流道各断面流速分布的均匀性,基本实现了泵房吸水室两侧进水断面的对称进流,同时降低了泵房吸水室内的水面涡强度,使得泵房流道整体的水力性能得到优化。研究成果可为类似火/核电站泵房前池的设计和水力性能优化提供参考。
    2020  Vol.  51(7):    788-795,804    [摘要](41)    [PDF](32)
  • 适宜西北内陆区地下水功能区划的体系指标属性与应用
    王金哲,张光辉,崔浩浩,王茜,董海彪,郝静
    我国西北内陆平原区自然湿地和天然植被对地下水埋藏状况具有强烈依赖性,为增强对地下水“水位-水量”的管控能力,地下水功能区划成为迫切的需求。针对西北内陆各流域中下游平原区如何确定地下水的生态功能保护区、基本农田质量保护区和可开采资源功能区的需求,基于新创建的“干旱半干旱区地下水功能评价与区划理论方法”,本文详解了适宜西北内陆区地下水功能区划的体系指标属性组成、特征、内涵、区划原则和方法。在石羊河流域应用效验结果,一级功能区划的B1类面积占研究区总面积的30.60%、B2类面积占12.90%和B3类面积占56.50%;在B1类的一级功能区内地下水规模开采区面积占该功能区总面积的58.84%、适量开采区面积占41.16%,在B2类的一级功能区内自然湿地保护区面积占该功能区总面积的11.20%、天然植被保护区面积占48.39%、泉水水源保护区面积占9.58%以及耕地质量保护区面积占30.83%,结果符合当地地下水赋存条件和功能状况,有利于最严格水资源“水位-水量”双控管理。
    2020  Vol.  51(7):    796-804    [摘要](42)    [PDF](26)
  • 超标准洪水应急避险决策支持技术研究
    黄艳,李昌文,李安强,王强,朱思蓉
    针对传统避洪技术防洪风险动态识别能力不足、风险人群识别追踪预警手段落后、实时洪灾避险路径优化技术匮乏、应急避险决策支持平台缺乏等四大问题,融合卫星遥感、GIS、无人机摄影等多源信息,利用数值模拟、多源LBS、大数据、电子围栏、实时通讯等技术手段,研发了适应不同分漫溃情景的超标准洪水风险快速建模与预判技术、风险人群精准识别预警与实时监控技术和避险转移路径动态优化技术。在此基础上,研发了基于空天地水多源信息、实时信息驱动的防洪应急避险决策支持平台,具有应急避险信息识别精准到人、避洪要素智慧管理、转移效果全过程评估等功能。成果在长江流域荆江分洪区进行了模拟应用。
    2020  Vol.  51(7):    805-815    [摘要](68)    [PDF](57)
  • 融入Attention机制改进Word2vec技术的水利水电工程专业词智能提取与分析方法
    李明超,田丹,沈扬,Jonathan Shi,韩帅
    水利水电工程专业文本信息处理与分析以往主要依赖于人工交互,存在过程繁琐、效率低且易出错等问题。本文基于自然语言处理技术,引入Attention机制对Word2vec技术加以改进,提出了一种智能高效的水利水电工程专业词识别提取与分析方法。该方法通过组合Attention机制,改进Word2vec技术建立了专业词向量计算模型;根据所求词向量,计算词语间相似度,以词语间相似度为组合标准,组合提取水利水电工程专业词;进而结合已有的水利水电工程专业文本,验证所提取专业词的可信度,实现了水利水电工程专业词的自动提炼,构建了一套水利水电工程专业词智能识别提取与分析体系。该方法应用于实际某混凝土大坝长达229周的施工监理周报文本分析中,经过3轮识别计算与分析,获得了9034个水利水电工程专业词,准确率为87.58%,有效提升了水利水电工程专业文本信息提取分析的效率、准确率与智能化水平。
    2020  Vol.  51(7):    816-826    [摘要](45)    [PDF](25)
  • 论抽水的降落漏斗范围、影响半径与环境影响范围
    王军辉,王峰
    针对降落漏斗范围、影响半径与环境影响范围等3个既有联系又有区别的水文地质问题,从其科学性和实用性两个角度,开展了系统研究工作。首先,针对降落漏斗范围,通过一般的数学模型进行了深入的理论研究,研究结论得到了Dupuit模型和Theis模型等2个成熟井流模型的验证。然后,针对影响半径,在国内外经典文献基础上,以地下水动力学发展史为主线,对其理论基础进行了科学分析,着重分析了其模型基础和几何意义,梳理了其理论上的不足和主要存在争议之处,进而分析了其适用性和实用性,同时对非Thiem模型中的广义影响半径也进行了类似研究,得到了关于各类井流模型影响半径的一般共性认识。最后,结合抽水的环境风险评估和环境监测的需要,提出了“抽水环境影响范围”概念(包括一、二类环境影响范围)和一般求解方法,并根据实际应用需要,提出了Theis模型环境影响范围的解析解,其科学性和实用性得到了一个实际典型案例的验证。
    2020  Vol.  51(7):    827-834    [摘要](43)    [PDF](36)
  • 基于修正主应力旋转理论的抗滑桩桩间土绕流计算方法
    向先超,陈鑫,沈亚伦,瞿茹,刘佳豪
    桩间土绕流验算是抗滑桩设计三大验算流程之一,研究绕流计算方法对于在保证抗滑桩工程稳定安全的前提下,提高设计精度、节省资金具有重要意义。为弥补现有“拱结构物”假设理论的不足,引入Terzaghi松动土压力理论,建立Terzaghi松动土压力与桩间距的关系以及修正主应力旋转理论。并在Ito塑性变形理论假设基础上提出塑性变形理论适用的上限与下限桩间距,结合修正主应力旋转理论与Terzaghi土拱计算理论建立了极限桩土荷载分担比计算模型,根据所提模型计算结果获得了桩土荷载分担比与土体性质、桩间净距的关系。然后与数值模拟的计算结果进行了对比分析,并提出了桩间土绕流验算方法:定义桩间土稳定性系数为极限桩土荷载分担比与实际桩土荷载分担比之比,稳定性系数大于1表示桩间土较稳定,不发生绕流。
    2020  Vol.  51(7):    835-844    [摘要](41)    [PDF](21)
  • 基于年径流序列的五种趋势检测方法性能对比
    姜瑶,徐宗学,王静
    趋势变化是水循环过程的重要变化特性之一,准确识别水文要素变化趋势是认识变化环境下水循环演变规律的基本内容。由于当前趋势检测方法众多,且受多种因素影响,趋势检测结果存在较大的不确定性,很难判断结果的准确性。为提高对水文要素趋势分析方法的认识,研究基于3组变化特征不同且已知成分的人工生成序列,综合对比分析了5种常用趋势检测方法(累积距平法、线性回归法、MK法、EMD法和DWT法)的准确性和可靠性,并以3组不同实测年径流序列为例,进一步评价了不同方法在水文时间序列趋势检测中的性能差异。实例分析表明,累积距平法可用于水文时间序列趋势的初步分析,不宜作为判断依据。MK法与线性回归法所得结果差异不大,对趋势单调且无明显季节或周期变化的水文时间序列具有较高识别精度,适用于演变特征相对简单且趋势变化明显的年径流序列的趋势检测。EMD和DWT法可以准确地识别并分离出序列自身含有的不同尺度波动成分,从而避免序列周期、非线性变化等特征对趋势检测结果的影响,性能相对更优,对于演变机理及变化特征复杂的年径流序列的趋势分析,应优先考虑DWT法,其次为EMD法。研究成果可为水文要素的趋势分析及其方法选择提供参考。
    2020  Vol.  51(7):    845-857    [摘要](66)    [PDF](50)
  • 初始运行工况对水泵水轮机飞逸过渡过程水力特性的影响
    陈秋华,张晓曦,何思源
    飞逸过渡过程是抽水蓄能电站可能发生的一类事故工况。此过程中水泵水轮机的转速、流量和压力大幅改变,转轮流态极易恶化,可能引发剧烈压力脉动和转轮受力失衡。水泵水轮机初始运行工况是飞逸过程的重要控制因素之一,但其对此过程中机组水力特性的影响尚不明确。本文用一维管道与三维水泵水轮机耦合的数值模拟研究了某模型抽水蓄能系统中水泵水轮机从两个不同初始运行工况发生飞逸过程时水力特性的差别。结果表明,相对于流动条件较好的额定工况,由流动条件较差的部分负荷工况开始的飞逸过程更容易引起水泵水轮机运行轨迹的剧烈跳动以及流道压力脉动和转轮径向水推力的幅值突增,原因是在此过程中更易形成转轮流动失稳,机理是过渡过程中的瞬时流态保留有相应初始工况的部分流动特征,即瞬时流态的演化存在迟滞效应。因此,在当前不断拓宽抽水蓄能机组运行范围以满足电网容量调节需求的背景下,应充分考虑初始运行工况对可能发生的飞逸过程的影响。
    2020  Vol.  51(7):    858-868    [摘要](33)    [PDF](26)
  • 珠江磨刀门河口日均水位变化及影响因子辨识
    杨昊,欧素英,傅林曦,刘锋,蔡华阳,杨清书
    珠江磨刀门河口日均水位变动的态势受自然过程与强人类活动的驱动,呈现出明显的阶段性演变与季节性异变。辨识日均水位的影响因子,是河口动力学研究的重要内容,对河口治理和水资源高效开发利用具有重要指导意义。本文通过流量驱动的数据驱动模型,对磨刀门河口沿程主要站点长时间日均水位序列(1959—2016年)进行分解,分解出由地形和海平面边界共同驱动以及仅由上游马口站流量边界驱动引起的日均水位变化。地形和海平面边界共同驱动的结果表明:甘竹-灯笼山河段春夏两季日均水位变化主要由河道挖沙引起,日均水位下降(平均下降0.26 m);秋冬两季则由口门围垦与海平面边界控制,日均水位抬升(平均抬升0.07 m)。仅由上游马口站流量边界驱动的结果表明:春夏秋三季日均水位变化主要由水库蓄水主导,日均水位下降(平均下降0.13 m);冬季日均水位变化受水库调枯影响,日均水位抬升(平均抬升0.03 m);从量值上看,地形和海平面边界对磨刀门河口日均水位变动的影响大于上游水库调蓄作用。
    2020  Vol.  51(7):    869-881    [摘要](66)    [PDF](42)

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