水力发电学报
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2018年 37卷 9期
刊出日期：2018-09-25
当期目录
当期目录
1
特约论文：植被对明渠水流及泥沙运动的影响
程年生
DOI: 10.11660/slfdxb.20180901
近年来随着对城市水环境的治理、岸坡的护理、湿地的设计与管理及山区水资源的开发利用，有关植被水力学的研究成果呈指数性增长。目前的研究侧重于植被对水流的影响，而有关植被对泥沙运动影响的成果很缺乏。文章结合作者近期的工作，对在水力学与泥沙研究中有关植被对水流特征长度、床面粗糙度、流速分布、泥沙起动、推移质输沙率及悬沙浓度等的影响进行讨论，并提出有待进一步探讨的问题。
2018 Vol. 37 (9): 1-7 [
摘要
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8
城市湖泊对地表径流致涝控制作用模拟研究
齐文超，侯精明，刘家宏，韩浩，郭凯华，马越
DOI: 10.11660/slfdxb.20180902
为认识城市湖泊对城市内涝的影响，应用基于水动力方法的城市雨洪过程数值模型对代表区域暴雨致涝过程进行了模拟。计算了不同重现期暴雨下假定城市湖泊面积发生变化时内涝积水总量与面积，从积水总量峰值和重度内涝积水面积方面量化分析了湖泊面积和位置变化对城市内涝积水的影响。结果表明：研究区域内湖面面积由0.5024 km2减少到0.00785 km2时，其积水总量峰值增加12.71% ~ 18.21%，重度内涝面积增加11.71% ~ 25.66%；不同位置处的湖泊对区域内涝的影响程度各异，如当降雨重现期为100年、湖泊面积为0.5024 km2时，湖泊位于研究汇水面上游、中游、下游处对应的重度内涝面积分别为173460 m2、169160 m2、162628 m2，可见湖泊位于下游处对致涝径流控制效果最佳。该研究有助于城市规划与防洪排涝工作。
2018 Vol. 37 (9): 8-18 [
摘要
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19
并联水库群联合防洪预报调度方式优化研究
周如瑞，卢迪
DOI: 10.11660/slfdxb.20180903
水库群联合防洪预报调度方式对流域及城市防洪、水资源合理优化配置有重要意义。水库群联合调度不仅要考虑各水库自身约束和预报，还需考虑水库补偿关系，已有试算法经验性强、难以获得全局最优解。文章将优化技术与规划防洪预报调度相融合，提出考虑预报误差的预报调度规则的一般形式和求解思路，建立库群优化调度模型，优化求解各水库的防洪预报调度规则和汛限水位动态控制上限。以清河、柴河水库群为例进行研究，结果表明：联合防洪预报调度相比单库防洪预报调度，清河水库和柴河水库的汛限水位分别可多抬高0.4 m和0.3 m，最大可使汛期多蓄水0.62亿m3。研究结果可为水库群防洪预报调度提供参考和理论依据。
2018 Vol. 37 (9): 19-28 [
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29
黄河唐乃亥以上流域降雨偏差纠正方法研究
高超，刘莉，王紫霞，许月萍
DOI: 10.11660/slfdxb.20180904
为了提高气候模式模拟降雨的精度，采用单伽玛分布法、分段双伽玛分布法和分段三伽玛分布法对18 GCMs在黄河唐乃亥以上流域12个气象站的模拟降雨进行偏差纠正，并根据偏差纠正有效指标C、效率系数NS和相对偏差PBIAS对三种方法的偏差纠正效果进行评估和对比分析。研究结果表明：三种偏差纠正方法可以有效地消除模拟降雨与实测降雨间的偏差。经单伽玛分布法、分段双伽玛分布法和分段三伽玛分布法偏差纠正后，指标C值达0.85以上的，三种方法分别占69.4%、82%和88.4%；指标NS达0.4以上的，分别占69%、70.8%和71.3%；指标PBIAS在-1.3% ~ 2.3%的，分别占65.7%、67.6%和69.9%。综合来看，分段三伽玛分布法的偏差纠正效果最好，分段双伽玛分布法次之，单伽玛分布法最差。
2018 Vol. 37 (9): 29-39 [
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40
混流式水轮机出口旋流与尾水管涡带关系分析
钟林涛，赖喜德，廖功磊，张翔
DOI: 10.11660/slfdxb.20180905
为在设计过程中预测尾水管涡带，分析混流式水轮机转轮出口旋流与尾水管涡带之间关系，通过三维非定常雷诺时均值法对一个180 m水头段的混流式水轮机在三种典型工况下进行数值模拟分析，在数值模拟的基础上可视化尾水管涡带形状，并与模型试验的结果进行比较，验证模拟尾水管涡带方法的正确性。通过对典型工况下转轮出口速度、出口旋流数和涡带形状等来分析转轮出口旋流与尾水管涡带的关系，同时分析在尾水管锥段内旋流数轴向变化规律。结果表明：转轮出口旋流数随运行流量减小而增大，当转轮出口旋流数大于临界值时，尾水管内形成螺旋形涡带及低速区与回流；旋流数小于临界值时，尾水管内无明显涡带产生。
2018 Vol. 37 (9): 40-46 [
摘要
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47
明渠水流相似模拟超声速气体空腔流动的研究
张锦松，谭磊，刘俊，韩亚东，刘敏江
DOI: 10.11660/slfdxb.20180906
基于热力学、流体力学基本关系式，采用微积分变换，推导了超声速气体流动和明渠流动的相似模拟的基本公式，总结了相似参数的对应关系、限制条件及应用范围。基于特征线法设计了喷管，并设计搭建了明渠水流试验台，采用高速相机和压力脉动传感器，完成了明渠空腔水流流动的试验。试验结果表明，弗劳德数为2.0、流量为11 m3/h的空腔流动，其压力脉动主频为2.09 Hz。本文通过试验验证了可压缩气体流动与明渠水流流动之间的相似性，该研究方法在国防工业中具有广阔的应用前景。
2018 Vol. 37 (9): 47-53 [
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54
基于贝叶斯网络的水轮发电机组状态检修方法研究
程江洲，朱偲，付文龙，王灿霞
DOI: 10.11660/slfdxb.20180907
针对现有水轮发电机组状态检修研究大多侧重于故障诊断结果，而忽略了为检修人员提供良好的辅助维修决策的问题。文章引入贝叶斯网络，设计了一种基于传感器诊断策略与贝叶斯网络模型的状态检修方法。该方法采用传感器诊断策略对传感器监测信号进行误报警、冗余报警与潜在故障判断后，通过贝叶斯网络模型对传故障进行有效诊断，并以输出的故障可能性与故障的危险性配合进行风险评估，通过风险评估结果为检修人员对检修过程中故障排查的顺序提供合理的参考。最后，通过精准度分析、受试者工作特征（ROC）曲线、校准曲线进行模型验证，结果表明，系统运行准确度达到80%。
2018 Vol. 37 (9): 54-64 [
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水电机组振动与压力脉动峰峰值算法对比研究
张飞，刘诗琪，薛小兵，邓磊
DOI: 10.11660/slfdxb.20180908
运行稳定性参数的准确获取是水电机组状态监测与故障诊断的重要基础，其中振动与压力脉动峰峰值是众多稳定性参数中的核心。文章首先梳理了各标准中不同水电机组振动测点峰峰值计算方法，对置信区间算法概念进行了剖析，指出了工程应用与统计学概念上存在的歧义；其次采用不同噪声条件下的仿真信号对各算法适用性进行了验证；考虑现场测试信号的复杂性，采用实测信号对不同的算法性能进行了分析。研究表明：对于低频分量占主要成分的信号，±1.96倍标准差算法与仿真和实际信号峰峰值偏差大，不应采用；对于含有明显高频成分的信号，不同算法之间存在显著差异；推荐采用95%置信区间算法计算各种信号的峰峰值，该方法计算结果保守，但具有鲁棒性强、对噪声不敏感的优点。研究结果为GB/T 17189、IEC 60994及相关ISO相关标准的修订提供了技术支撑。
2018 Vol. 37 (9): 65-73 [
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基于加速度计算边坡的安全系数
介玉新，郭政豪
DOI: 10.11660/slfdxb.20180909
边坡稳定分析是土力学的经典课题之一，人们提出了很多计算边坡安全系数的方法。理论上，采用有限元法可以得到计算域内任意点的应力，比需要刚体假定的常规极限平衡法有更大的优越性。但如何利用有限元成果计算边坡的安全系数还有许多不足。通过引入加速度的概念，提出了基于加速度计算边坡安全系数的新的方法，即选择不同的强度折减系数，使得加速度的模最小的值就是对应的安全系数。这种思路概念上比较严密，且适用性更强。算例计算也表明了它能够得到满意的结果。
2018 Vol. 37 (9): 74-83 [
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84
结构反演的时空全域代理模型
胡昱，梁国贺，刘畅，李庆斌
DOI: 10.11660/slfdxb.20180910
建立基于基向量概念的时空全域代理模型，以完全代替复杂数值仿真模型进行反分析。首先利用双层本征正交分解提取系统响应场在时间、空间维度的代表性基向量，将响应场表示为基向量展开基态的线性组合，通过理论推导获得样本响应场在基态上的组合系数计算公式；然后采用径向基函数插值模型建立任意参数与其对应的基态组合系数之间的非线性映射关系。算例验证表明，该方法可针对任意时空自由度的响应场进行代理建模，与数值模型保持相同的输出量个数且可实时输出。
2018 Vol. 37 (9): 84-92 [
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堆石坝离散元模拟中缩尺碾轮等效荷载确定
刘东海，马鸿雁，孙龙飞
DOI: 10.11660/slfdxb.20180911
在采用离散元模拟堆石坝料碾压施工过程时，考虑到计算效率，需要对施工仓面进行缩减，并需缩小碾轮尺寸。与实际碾轮荷载等效是保证离散元碾压模拟与实际碾压具有相同压实效果的前提，作用于碾轮上的荷载与碾轮尺寸有关，故需准确确定作用于缩尺碾轮上的等效荷载。文章提出了以坝料孔隙率相等为依据的缩尺碾轮等效荷载确定方法。首先，采用PFC（particle flow code）软件，建立能反映堆石坝料级配、颗粒形状、接触特性的坝料二维和三维模型，并考虑到PFC二维模型孔隙率与工程实际孔隙率的差异，建立了二维模型孔隙率与工程实际孔隙率间的定量关系。然后，根据压实能力系数相同，导出缩尺碾轮等效荷载的确定公式，进而依据实际孔隙率相等的原则，对该公式进行修正，从而建立了不同碾轮尺寸与作用荷载的定量关系。实例验算表明，该方法所计算得到的等效荷载作用在缩尺碾轮上的坝料碾压效果能够与真实尺寸碾轮的碾压效果一致，从而可为缩尺情况下离散元碾压模拟提供依据。
2018 Vol. 37 (9): 93-102 [
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纳米粒子和钢纤维增强混凝土断裂能研究
张鹏，李清富，韩菊红，张天航
DOI: 10.11660/slfdxb.20180912
为了研究纳米SiO2、钢纤维和预切口小梁试件相对裂缝深度对钢纤维增强纳米混凝土断裂韧性的影响，通过三点弯曲试件断裂试验，测得了试件的断裂能以及竖向荷载与裂缝嘴张开位移和裂缝尖端张开位移的关系曲线。试验结果表明：钢纤维和纳米SiO2在一定掺量范围内可使混凝土的断裂能提高；当纳米SiO2掺量小于5%时，试件断裂能随着纳米粒子掺量的增加而逐渐增大，而当纳米SiO2掺量超过5%后，试件断裂能随纳米粒子用量增大而逐渐下降；掺纳米粒子混凝土的断裂能随着钢纤维体积掺量的增加逐渐增大，当纤维体积掺量超过2%后又逐渐减小；三点弯曲断裂小梁试件相对切口深度对断裂能有较大影响，随着相对切口深度的增大，试件断裂能逐渐减小。
2018 Vol. 37 (9): 103-110 [
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111
骨料性能对再生混凝土拉伸本构关系的影响
王雪芳，方金杰，罗素蓉，张明
DOI: 10.11660/slfdxb.20180913
骨料、界面与砂浆性能是影响混凝土拉伸本构关系的主要因素，再生粗骨料表面粘附着一层老砂浆使其性能有别于天然骨料。基于随机骨料模型建立再生粗骨料混凝土五相细观数值模型，文章在验证模型可靠性的基础上研究分析再生骨料粘附砂浆的力学性能及其厚度对再生混凝土拉伸本构关系的影响规律及其作用机理，建立再生骨料混凝土拉伸本构关系。结果表明，单轴拉伸荷载作用下再生混凝土的损伤始于界面过渡区；当老砂浆厚度较小或老砂浆强度大于新砂浆强度时，再生粗骨料粘附老砂浆对再生混凝土的拉伸性能影响较小；再生混凝土的拉伸峰值应力、弹性模量和峰值变形模量随老砂浆强度增大和厚度的减小而增大，拉伸峰值应变随老砂浆强度和厚度的增大而增大。
2018 Vol. 37 (9): 111-120 [
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