水力发电学报
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2024年 43卷 4期
刊出日期：2024-04-25
1
特约论文：碳中和背景下全球水电发展态势与中国角色
Hot!
陈观福, 汪新槐
DOI: 10.11660/slfdxb.20240401
自《巴黎协定》签署以来，推动实现全球碳中和已成为国际社会的广泛共识。能源电力的绿色低碳发展是实现碳中和目标的关键，而水电作为具有高度灵活性的可再生能源，将在未来全球能源结构转型中扮演重要角色。由于经济发展水平、水能资源禀赋和开发程度不一，当前世界各国水电呈现不同的发展态势。在当前全球能源转型、应对气候变化、环保政策影响以及地缘政治冲突的复杂背景下，全球水电的发展面临着机遇和挑战。中国在水电开发方面取得了举世瞩目的成就，引领了全球水电发展。为此，全球水电行业需要共同发出声音并积极采取措施，深入推进能源革命，从多方面制定发展策略，推动全球水电持续发展，并作为未来新型能源体系的骨干继续发挥作用，助力碳中和目标的顺利实现，促进人与自然和谐共生。
2024 Vol. 43 (4): 1-11 [
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12
编辑部推荐论文：北京“23•7”特大洪水复盘分析
Hot!
麦合木提·图达吉, 童瑞, 徐宝宁, 周睿杨, 龚傲凡, 曾净, 季明峰, 戚友存, 倪广恒, 田富强
DOI: 10.11660/slfdxb.20240402
本文分别采用地面雨量站和雷达反演降雨数据，利用北京山区洪水预报模型对北京“23?7”暴雨洪水开展了复盘分析。结果表明，雷达反演降雨与地面雨量站测量结果一致性较强，可较好地反映降雨的时空变异性；同时，利用二者分别驱动水文模型后所得的预报效果也基本一致，说明在水文预报工作中雷达反演降雨可作为地面站网的可靠替代品。本文改进的考虑北京山区产流特点的水文模型可对大部分预报断面做出较高精度的模拟。北京山区水文过程具有很强的非线性，基于不同量级历史洪水率定的水文模型参数具有不确定性，为了适应产汇流和洪水演进规律的变化，提高洪水预报的可靠性，预报实践时需要结合实况数据及时优化模型参数，完善洪水预报方案。
2024 Vol. 43 (4): 12-22 [
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23
碳中和背景下我国电力碳排放水平分析
杜效鹄, 周兴波, 周建平
DOI: 10.11660/slfdxb.20240403
电力低碳化转型对我国实现碳中和目标具有全局性战略意义。在总结我国近10年电力低碳化发展历程的基础上，以人口、城市化、经济总量与经济结构为边界条件和驱动力，分析预测未来40年电力增长过程和阶段性发展目标；以系统安全、供需平衡为约束，分析了化石电力占比、终端电力消费比重、核电发展规模以及碳捕集、利用及封存（CCUS）等因素对碳排放水平的影响；预计电力碳排放峰值将出现在2035年前后，达到60 ~ 65亿吨，随后逐年降低，到2060年降至10亿吨以内，辅以CCUS技术，可实现电力零排放。最后，针对需求持续增长与低碳转型长期并存的矛盾，提出未来电力发展须以安全供给为前提，优先开发可再生能源电力、多能发展、更大范围多能互补协调开发和互补运行的建议。
2024 Vol. 43 (4): 23-33 [
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长江流域旱涝急转演变特征及其社会经济暴露度
孟长青, 董子娇, 王远坤, 张余庆, 钟德钰
DOI: 10.11660/slfdxb.20240404
旱涝急转是指干旱和洪水之间的快速转变，对农业生产和人类安全造成巨大威胁。本研究基于月尺度的旱涝急转量级指数，分析了长江流域历史和未来四种旱涝急转事件，并通过滑窗法构建了旱涝急转量级的时变函数，揭示了未来旱涝急转风险变化。同时，结合共享社会经济路径量化了人口和经济受旱涝急转风险变化影响的程度。结果显示，历史时期长江流域中下游旱涝急转事件频发，旱–涝和涝–旱事件每10年发生10 ~ 12次，而旱–涝–旱和涝–旱–涝事件每10年发生3 ~ 4次。未来旱–涝–旱和涝–旱–涝事件预计大幅增加，其中长江上游部分地区增长了约7倍。对于历史基准期50年一遇的旱涝急转事件，未来发生概率将增加5 ~ 10倍，给长江流域的人口和经济带来重大影响。
2024 Vol. 43 (4): 34-49 [
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50
侧式进/出水口水头损失系数多元线性回归分析
高学平, 陶文杰, 朱洪涛, 刘殷竹
DOI: 10.11660/slfdxb.20240405
进/出水口水头损失是抽水蓄能电站输水系统水头损失的重要组成部分，准确计算水头损失是评估电站运行经济效益的重要需求。本文通过数值模拟方法研究了14个实际侧式进/出水口的水头损失系数；利用多元线性回归方法，建立了基于侧式进/出水口体型参数计算水头损失系数的回归方程，分析了侧式进/出水口体型参数对其水头损失系数的影响规律。结果表明：侧式进/出水口体型参数对水头损失系数的影响程度，对出流工况较显著，而对进流工况不显著；出流工况，侧式进/出水口体型参数对水头损失系数的相关性，扩散段长度、扩散段分流墩中墩缩进距离、水平扩散角、垂向扩散角、分流墩墩头中边孔宽度比和反坡段坡比为正相关，调整段长度和防涡梁段长度为负相关；利用回归方程得到的水头损失系数与数值模拟方法的结果吻合较好。本文建立的回归方程为计算侧式进/出水口水头损失系数提供了新方法。
2024 Vol. 43 (4): 50-61 [
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62
基于水体交换能力的调水工程对底栖动物群落影响研究
方青青, 王国强, 张尚弘, 王运涛, 张思远
DOI: 10.11660/slfdxb.20240406
水文条件的改变会引起水生态系统的波动变化，大型调水工程的实施会改变水生生物群落结构。本研究分别调研了南四湖和东平湖在调水工程实施前后一段时间的大型底栖动物群落结构，模拟分析了调水工程引起的湖泊水龄变化特征，从水体交换能力的角度探讨了大型调水工程对湖泊中大型底栖动物群落的影响。结果显示，调水工程运行一段时间后，东平湖中大型底栖动物群落在年尺度上从由小体型的水生昆虫类主导转变为由大体型的软体动物主导，南四湖中软体动物的优势在调水工程实施之后更加凸显。在季节尺度上，软体动物占比通常在调水期（非雨季）减小，而在非调水期（雨季）增大。调水工程的实施改变了湖泊水动力场特征，在年尺度上增强了湖泊水体交换能力，调水入流与入湖径流的叠加使湖泊水体的高流速时间变长，这不利于小体型物种稳定生长，进而导致在年尺度上大体型软体动物的占比逐渐增大。此外，调水工程的实施主要是提升了非雨季湖泊的水体交换能力，但增加调水后的非雨季湖泊水体交换能力仍然小于雨季，这也导致软体动物占比在调水工程实施前后均呈现在雨季减小在非雨季增加的规律。
2024 Vol. 43 (4): 62-72 [
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喷针开度对冲击式水轮机转轮水力性能影响研究
李彦浩, 刘子实, 肖业祥, 梁权伟, 刘洁, 王钊宁
DOI: 10.11660/slfdxb.20240407
冲击式水轮机是一种适用于中高水头段水力资源开发的流体机械，在我国西南地区高水头水力资源的开发中有着广阔的应用前景。本文以西藏紫霞水电站冲击式水轮机模型机转轮为研究对象，在5个不同的喷针开度下分别进行了转轮内部三维非定常多相流动数值模拟，分析了喷针开度对转轮水力性能与内部流动特性的的影响。预测结果显示转轮水力效率随开度上升而先上升后下降，在设计开度下水力效率最优。在0.75 ~ 1.60倍设计流量区间中，转轮水力效率的变化幅度小于1%。根据3个典型开度下转轮水斗内部非定常流动过程的对比分析，发现大开度工况时，水斗缺口处会发生水膜流的漏流现象，喷针开度越大时的泄漏量也越大，从水斗缺口处的漏流现象是其水力损失加剧的主要流动原因。研究为紫霞水电站230 MW大型冲击式水轮转轮水斗的水力优化设计提供了重要参考。
2024 Vol. 43 (4): 73-80 [
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梯级水电短期调度模型及其求解的蝗虫视觉进化神经网络
王宇驰, 张著洪
DOI: 10.11660/slfdxb.20240408
融合梯级水电站短期调度中电网调峰与发电量相互制约的因素，探讨水电调度模型的设计及求解的改进型蝗虫视觉进化神经网络。调度模型设计中，依据水量平衡方程，在充分考虑机组出力限制、不规则震动区等与水头相关的复杂约束及尾水顶托影响下，构建以调峰效果与发电效益为性能指标的厂网协调短期调度模型。神经网络设计中，在已有蝗虫视觉神经网络基础上引入视觉残留机制、半波整流机制，以及在兴奋层引入局部均值滤波，获得能输出全局和局部学习率的改进型蝗虫视觉神经网络，进而借助混沌映射及山瞪羚优化算法设计状态更新策略，随后顺次连接此视觉神经网络及更新策略，获得能自适应调节参数的改进型蝗虫视觉进化神经网络。比较性的数值实验显示，该神经网络求解13个基准事例中7 ~ 13个事例及应用于贵州北盘江梯级电站的3种场景中至少2种场景下具有显著优势。
2024 Vol. 43 (4): 81-96 [
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水电机组轴系-调速耦合系统动态特性分析
时有松, 张舸, 程建, 李银斌, 张东峰, 郑阳
DOI: 10.11660/slfdxb.20240409
水电机组轴系-调速耦合系统动态特性尚未揭示，制约机组调节优化控制。为此，建立了水电机组不同运行模式轴系-调速耦合系统非线性数学模型，研究分析了耦合系统的非线性动态响应特性。首先，采用Hopf分岔理论分析调速系统稳定域和分岔特性。进一步，仿真分析机组不同运行模式轴系-调速耦合系统的时频动态响应特性。结果表明：机组孤网和并网运行调速系统均存在超临界Hopf分岔，机组并网模式调速器参数稳定域较孤网模式增大。机组并网模式调速系统机组、电网频率动态响应存在多频特性，轴系振动会引发调压室水位动态响应超超低频振荡。并网与孤网模式相比并网模式系统动态响应超调量增大，调节时间缩短。机组孤网和并网运行轴系振动均为多频拟周期振动，但孤网模式轴系振动特性更复杂。
2024 Vol. 43 (4): 97-111 [
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112
基于E-WOA与AnyLogic耦合的土石方调配机械配置优化
黄建文, 王明良, 王兴霞, 王宇峰, 姜海龙, 李丽芳
DOI: 10.11660/slfdxb.20240410
机械配置是土石方调配工程的核心，合理的机械配置是工程施工成本、进度和质量的有效保障。为了精确、高效地寻求出最优的机械配置方案，提出了增强型鲸鱼算法（E-WOA）与AnyLogic耦合的土石方调配机械配置优化方法。首先，通过系统分析土石方调配流程，建立总费用最小的优化模型；其次，采用AnyLogic仿真平台构建了基于多智能体的仿真模型，全面描述设备（挖掘机、自卸汽车、推土机、碾压机）、道路、平台（卸料平台、停车平台）等实体元素之间的交互关系和动态过程；最后，引入收敛速度快、全局性强的E-WOA算法与AnyLogic进行耦合，开发仿真控制器实现耦合模型对优化问题的求解，并结合工程实例进行了分析。结果表明该方法可以节省11.11%的时间和27.34%的费用，为土石方调配工程施工管理决策提供借鉴。
2024 Vol. 43 (4): 112-124 [
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