水力发电学报
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2020年 39卷 5期
刊出日期：2020-05-25
1
特约论文：土质心墙土石坝变形协调控制发展与展望
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邓刚, 皇甫泽华, 武颖利, 张延亿, 陈辉, 张茵琪, 杨玉生
DOI: 10.11660/slfdxb.20200501
回顾了高心墙坝历史上出现的心墙渗透破坏和水力劈裂、坝顶纵向裂缝等主要事故，探讨了事故的可能原因，提出了注意岸坡基岩约束、快速蓄水的影响及严格控制坝壳密度等变形协调控制要求。分析了心墙坝变形协调有关的相互作用及其三维特性和长期特性，提出了岸坡约束差异变形水力劈裂机理和顺岸坡变形协调性判据。总结了心墙坝变形协调控制的认识转变、预测能力和控制手段发展过程，梳理了变形协调控制要求由表面沉降变形协调向表面沉降协调和内部沉降变形协调联合过渡，再从空间变形协调向长期空间协调发展的技术脉络，对进一步技术发展作出了展望。
2020 Vol. 39 (5): 1-16 [
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17
颗粒形状对岩土颗粒材料传力特性的影响机制
邹宇雄, 周伟, 陈远, 曹学兴, 马刚
DOI: 10.11660/slfdxb.20200502
颗粒材料广泛存在于堆石坝、路基等工程中，颗粒形状是影响其力学特性的主要因素之一，值得深入研究。本文采用连续离散耦合方法（Combined Finite and Discrete Element Method，FDEM）进行椭球颗粒集合体的三轴数值剪切试验。为进行颗粒材料的传力特性分析，本文基于密度聚类算法对颗粒接触区域的节点力进行聚合，识别了颗粒间的接触信息，分析了颗粒形状对宏细观力学响应的影响。在宏观力学响应上，随着形状逐渐偏离球形，颗粒体系的偏应力明显增大，且伴随着更强烈的剪胀行为。在细观力学响应上，颗粒形状改变会明显增多颗粒体系的接触数目；在加载后期，超强接触力和极弱接触力比例增大，接触力大小分布不均匀性增强；组构各向异性程度增大，其中接触法向与枝向量各向异性增幅最为显著。
2020 Vol. 39 (5): 17-26 [
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27
风力作用下的大坝浇筑空间冲突频率研究
陈述, 田亚, 袁越
DOI: 10.11660/slfdxb.20200503
大风易导致混凝土垂直运输机械振荡，增大缆机运输作业对仓面作业的影响范围，提高大坝浇筑空间冲突频率，造成安全事故。为刻画风力作用下的大坝浇筑空间冲突频率，本文分析风力对吊罐运行影响，构建吊罐事故工况下坠落运动方程，界定吊罐坠落的影响空间；根据浇筑仓面尺寸，剖析仓面机械物理工作空间变化规律；提出交叉作业时间重叠的循环网络仿真方法，确定吊罐影响空间和仓面机械工作空间的重叠时间；结合不同风速出现的频率，采用联合概率表征风力作用下的大坝浇筑空间冲突频率。实证表明：本文提出的模型可有效预测和量化风力作用下的大坝浇筑空间冲突频率；相较于未考虑风力的情景，风力作用下的大坝浇筑空间冲突频率明显增大。
2020 Vol. 39 (5): 27-35 [
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36
电力系统补充电站多目标规划模型研究与应用
纪昌明, 赵亚威, 马皓宇, 张验科, 苏阳悦
DOI: 10.11660/slfdxb.20200504
针对电力系统缺电情况下的电力电量平衡，考虑补充水电站或火电站两种形式，以运行期内总费用现值最小与补充电站装机容量最小为目标，建立补充电站多目标规划模型。采用约束法将目标2转换为在上下限区间内取值的约束条件，使原多目标问题转化为电力系统经济规划单目标优化问题，并利用改进的逐步优化算法对模型进行求解，有效缓解了模型维数灾问题，并得到了高质量的Pareto近似最优解集，最后基于理想点法从中挑选出最佳方案作为最终决策。云南地区电网实例研究表明：所建模型能够同时考虑补充电站类型、装机容量以及电力系统经济规划，采用的算法能够确定符合实际情况的合理补充电站方案，对电力系统补充电站有一定参考价值。
2020 Vol. 39 (5): 36-50 [
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51
变化环境下东北半干旱地区径流演变规律分析——以洮儿河流域为例
刘启宁, 辛卓航, 韩建旭, 孙艳, 张晓静, 张弛
DOI: 10.11660/slfdxb.20200505
受气候变化和人类活动影响，众多河流的径流量发生了改变，深入解析历史径流变化成因并探究未来径流演变趋势，是流域水资源科学管理的必然需求。本文以洮儿河流域为研究区，基于SWAT模型定量揭示历史径流变化原因，并结合未来气候情景，探究未来径流演变趋势。结果表明：洮儿河流域历史年均气温呈显著上升趋势，降水、径流均呈现一定下降趋势；气候变化和人类活动分别是洮儿河流域上游和下游径流变化的主要成因。在未来BCC-CSM2-MR（CMIP6）气候模式下，三种不同排放情景的未来期年均径流量相比于基准期变化-10.14% ~ 16.86%，未来水资源利用将面临更大挑战。研究成果可为深入理解流域历史径流变化成因及未来水资源演变趋势提供科学依据，为流域水资源规划和管理提供决策支持。
2020 Vol. 39 (5): 51-63 [
摘要
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64
耦合前馈控制策略的明渠线性最优控制方法
杨迁, 孔令仲, 宋培兵, 雷晓辉, 王浩
DOI: 10.11660/slfdxb.20200506
针对线性最优控制算法无法根据分水变化信息提前制定调控策略的问题，本文基于明渠简化积分时滞模型提出了计划分水情况下的前馈策略和耦合此策略的线性最优控制方法。将方法应用于由南水北调中线干线工程的最后6段明渠组成的案例渠池的仿真模型中对方法有效性进行分析，研究结果表明方法中的前馈策略能在仅引起较小水位变幅的情况下快速调整节制闸流量到合理范围，且方法中的最优反馈控制能合理地逐步消除水位偏差。相比于单独使用线性最优控制算法，此方法能达到提前并快速进行流量响应，达到缩小由于流量不平衡引起的水位偏差的效果。
2020 Vol. 39 (5): 64-71 [
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72
三峡大坝修建后荆江河段的悬沙浓度分布特性
贺莉, 陈东, 段光磊, 彭玉明
DOI: 10.11660/slfdxb.20200507
三峡大坝修建后，荆江河段的床沙和悬沙均粗化，而且近底区域（<10%水深）经常出现悬沙浓度远大于垂线均值的情况（即“拖尾”现象）。经典Rouse公式不能很好地描述具有“拖尾”现象的悬移质含沙量的垂向分布特性。对于在荆江河段模拟实测悬沙浓度并进一步计算断面输沙量，目前缺乏一个可靠的评价。本文根据沙市和监利两站在三峡大坝修建前后的实测悬沙浓度资料，深入分析了Rouse公式和韩其为不平衡输沙公式在荆江河段应用存在的问题。结果显示，垂线平均悬沙粒径大于0.1 mm和具有“拖尾”现象的悬沙浓度分布是三峡大坝修建后出现的悬沙浓度分布新特性。悬沙变粗和不平衡输沙的影响导致Rouse公式不再适合用其模拟浓度。此外，这两类悬沙浓度曲线的近底含沙占垂线单宽输沙率的比例均较大，佐证了近底观测的必要性。
2020 Vol. 39 (5): 72-80 [
摘要
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81
超声测流在渐缩流道中的应用及其准确度分析
苗起森, 胡鹤鸣, 毛劲乔, 张鹏, 刘源
DOI: 10.11660/slfdxb.20200508
多声道超声测流装置用于圆形管道或矩形方涵时具有成熟的数学模型，用于泵站入口的渐缩流道时，由于流道截面积的变化和内部流速分布的复杂性，大大提升了流量测量的难度。本文利用CFD模拟了前柳林泵站渐缩流道的内部流场，分析了超声测流装置的声道流速分布特征，比较了渐缩流道中两种不同流量计算模型的测量准确度。结果表明，渐缩流道中应用矩形流道算法导致的流量计算误差大约在3% ~ 4%之间，矩形优化算法OWIRS的准确度提升并不适用于渐缩流道，通过修正G-L方法计算截面的位置可以提升测量准确度。实际测量中声道缺失会导致明显的流量系统偏差，利用曲线拟合的方法可以在一定程度上使偏差得到补偿。
2020 Vol. 39 (5): 81-89 [
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eDNA技术及其在河流生态系统的研究进展
王玉蓉, 文茄汀, 张建民
DOI: 10.11660/slfdxb.20200509
eDNA指从环境样品中提取到的一切DNA的总和。eDNA技术是通过对eDNA的鉴别来对环境中生物的种类、群落结构及生活习性等进行定性或定量分析的技术。它是一种具有经济高效、灵敏度高、对生态系统干扰低等优势的监测分析新技术。本文在叙述eDNA技术的概念、技术流程、分析方法的基础上，主要综述了该技术在入侵及珍稀濒危物种的监测、生物量估计、生物多样性的调查、水质和水污染评价及河流健康评价中的研究现状及应用，并总结了该技术相较于传统手段的优势。最后提出了eDNA技术目前为止存在的一些问题及未来的主要研究方向。
2020 Vol. 39 (5): 90-98 [
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潮汐和季风作用下渤海湾水交换研究
陶磊, 孙健, 刘海英, 李原仪, 尚建程, 林斌良, 聂振华, 袁德奎
DOI: 10.11660/slfdxb.20200510
渤海湾毗邻我国北方重要的经济带——环渤海经济圈，高污染负荷使其面临巨大的环境压力。水交换能力是影响渤海湾环境容量的重要动力学因素，其中潮汐和风应力是渤海湾水交换的关键驱动因素。本文针对渤海湾的水交换问题建立了基于欧拉观点的水龄模型，通过对比潮汐单独作用下与潮汐和季风共同作用下渤海湾内水龄的时空分布特征，研究了这两个因素在渤海湾水交换中的作用。研究结果表明，季风使得渤海湾与外海的水交换明显加快，是影响渤海湾物理自净能力的重要因素。对渤海湾水龄的季节变化分析表明，冬季渤海湾与渤海中部水交换较强，夏季较弱。
2020 Vol. 39 (5): 99-107 [
摘要
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108
叶片式气液混输泵研究进展综述
肖文扬, 谭磊
DOI: 10.11660/slfdxb.20200511
气液混输是石油、天然气开采运输的核心技术，叶片式混输泵具有结构紧凑、运行工况宽、耐磨损等优点。我国叶片式混输泵的研究起步晚，发展较慢，系统深入的研究相对较少，设计理论尚不成熟。叶片式气液混输泵的能量特性受入口含气率、转速及介质黏性的影响。本文总结了叶片式混输泵在不同运行条件下的混输性能，介绍了叶片式混输泵的结构特点，阐述了叶片式混输泵的设计方法和性能优化的研究现状，综述了叶片式混输泵内部的两相流态发展规律、气液相间力作用机理及压力脉动变化规律的研究进展，并对叶片式混输泵未来的研究方向进行了展望。
2020 Vol. 39 (5): 108-120 [
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