水力发电学报
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2021年 40卷 11期
刊出日期：2021-11-25
1
黄河下游宽滩过渡型河段水沙变化及地形调整
张金良, 刘军政, 白玉川, 徐海珏, 李岩
DOI: 10.11660/slfdxb.20211101
高村至陶城铺河段是黄河下游典型的宽滩过渡型河段，“二级悬河”发育严重。本文基于断面法和2000—2016年的水沙与实测大断面数据等资料，统计分析了小浪底水库运行后高村至陶城铺河段主槽和滩地的地形调整过程。结果表明：小浪底水库运行后，2000—2016年主槽持续冲刷，河相系数减小，断面形态更加窄深，平滩面积增幅普遍在200%以上，但是近年来调整强度明显减弱，高-孙段调整模式既有横向小幅展宽也有垂向冲深，孙-陶段调整模式以垂向冲深为主；主槽-滩区系统逐渐从沉积模式转为侵蚀模式，主槽侵蚀速率约0.07 m/a，滩区侵蚀速率在0.002 ~ 0.008 m/a之间，2000—2016年高村至陶城铺河段共累计侵蚀2.251亿m3。时间上看，滩面横比降有所增大；空间上看，滩面横比降集中分布在0.5‰ ~ 2‰之间。
2021 Vol. 40 (11): 1-12 [
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13
桥墩局部冲刷三维地形及水流结构特性试验研究
陈铭, 彭国平, 王浩, 徐栋泽, 李坚
DOI: 10.11660/slfdxb.20211102
本文开展不同水流条件下单、双墩绕流冲刷试验，基于SFM方法实现冲刷地形三维重构，并使用粒子图像测速技术获取桥墩绕流二维流场，定量分析水流结构与冲刷地形之间耦合关系。结果表明：（1）通过运动摄像重构技术可实现冲刷地形三维重构，冲刷坑为不规则倒置圆锥体，模型前方及两侧冲刷深度最大，后方呈凸起形态。（2）随水流强度增大，坑深与坑径均线性增大，坑后沙堆长度与高度均增大，沙丘“尾鳍”夹角减小。冲刷坑面积与体积均随水流强度增大而增大，且随坑深增大呈开口向上抛物线趋势增大。（3）剪切应力下切作用将形成较深冲刷坑，位于桥墩两侧大尺度流向涡向下游延伸，促进冲刷坑后方倾斜凹槽形成。尾涡分离弱化，挟沙能力降低，桥墩下游出现泥沙堆积。
2021 Vol. 40 (11): 13-24 [
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25
相关系数准则对水文相依模型的适用性及验证
霍竞群, 谢平, 桑燕芳, 王纲胜, 李雅晴, 牛静怡
DOI: 10.11660/slfdxb.20211103
相依变异是水文过程变异的一种重要表征形式，可以用自回归、滑动平均和自回归滑动平均模型进行描述，但如何有效地确定模型阶数是前提和关键。相关系数准则是针对自回归模型提出的定阶准则，该准则基于相依成分与原序列间的相关系数指标，计算其均方误差以反映模型的拟合优劣，并构造信息熵函数以衡量模型不确定性及复杂程度。本文基于相关系数定阶准则，尝试探讨该准则对于滑动平均和自回归滑动平均模型的适用性。以三阶以内的滑动平均模型和自回归滑动平均模型为例，统计试验表明：相关系数准则所判定阶数相较于其它两种常用的准则更为准确。最后选取实测水文序列对其进行验证，结果表明该定阶准则同样适用于滑动平均和自回归滑动平均模型。
2021 Vol. 40 (11): 25-38 [
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39
基于水质模拟的水质在线监测站点布设研究
萧世婷, 王忠静
DOI: 10.11660/slfdxb.20211104
随着水质监测连续化的需求增加，河流水质在线监测站布设成为不可忽视的问题。本文采用水文模拟模型HSPF对台湾淡水河流域进行水量水质联合模拟。水文模拟以9个测站比对，纳什效率系数多数大于0.7；相关系数r皆大于0.7。水质模拟以27个测站比对，生化需氧量、氨氮、悬浮固体、溶氧的修正平均百分误差多数小于25%。基于水质变化率和水质超标率提出水质敏感河段概念，并以此确定为补充布设水质在线监测站点的优先河段。研究指出，淡水河流域水质在线监测站目前仍缺乏且位置不尽合理，应优先补充三峡河的三峡大桥、景美溪的宝桥、基隆河的江北桥水质在线监测站。
2021 Vol. 40 (11): 39-51 [
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52
梯级电站补偿效益分摊方案稳定性评价及决策
李英海, 汪利, 李清清, 涂玉律, 聂盼盼
DOI: 10.11660/slfdxb.20211105
针对梯级水电站补偿效益分摊方案决策优选问题，考虑不同分摊方案的稳定性及决策者受心理因素影响的情况，引入分裂倾向（PTD）值对不同的补偿效益分摊方案进行稳定性评价，构建基于各水电站分摊比例、各水电站分摊后发电效益、各水电站PTD值的决策指标体系。进而提出一种基于后悔理论的改进理想点决策方法，对汉江中游南河流域上的三里坪、寺坪、过渡湾梯级水电站补偿效益分摊方案集进行决策优选。通过实例验证了该方法在解决梯级水电站补偿效益分摊方案决策优选问题中的合理性与可行性。
2021 Vol. 40 (11): 52-58 [
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59
空化对低比转速离心泵内流声特性的影响研究
张永学, 冀凯卓, 何涛, 袁志懿, 张金亚
DOI: 10.11660/slfdxb.20211106
为了研究空化对低比转速离心泵内流声特性的影响，采用数值模拟和实验测量相结合的方法，研究了其在不同空化数下的压力脉动和流动噪声特性，并对典型位置处的压力脉动频域特性及声压频率响应进行了重点分析。结果表明：随着空化的发展，泵内低频及宽频脉动加剧。临界空化时，1/6倍转频成为了叶轮进口处的压力脉动主频，蜗壳区域内叶频虽仍为压力脉动主频，但1/6倍转频已成为了较为显著的次频。动静干涉作用引起的压力脉动是流动噪声的主要噪声源。空化诱导的噪声为宽频噪声，且主要集中在1000 ~ 2000 Hz高频段内。叶轮旋转偶极子声源作用下的特征频率处声压级随着空化的发展而下降；蜗壳偶极子声源作用下的特征频率处声压级随着空化的发展而增大，且叶频倍频处特征频率逐渐被淹没在其高频宽频段中。该研究可为低比转速离心泵中探究流声特性变化规律、降低因空化而加剧的振动和噪声提供必要的依据。
2021 Vol. 40 (11): 59-71 [
摘要
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72
基于响应曲面法的双叶片污水泵叶轮优化分析
蒋登辉, 周佩剑, 王磊, 吴登昊, 牟介刚
DOI: 10.11660/slfdxb.20211107
为了提升污水泵叶轮的性能，本文基于响应面法对叶轮的三个主要设计参数进行三因素三水平优化。通过对比优化模型和原模型的性能曲线发现，优化模型的扬程、效率优于原模型，优化模型拥有更高的高效区间，优化模型的内部流场低压区要小于原模型，流场内部流动更为均匀。利用熵产理论分析了污水泵不同工况下的能量损失，结果表明：优化模型在叶轮内的各工况熵产要明显小于原模型，在蜗壳内的熵产分布相差不大；在小流量工况下，熵产率较高区域主要集中在叶片压力侧和叶片出口附近；随着流量的增大，流动损失逐渐减小，高熵产区向蜗壳出口及隔舌处转移，叶轮和蜗壳的动静干涉及蜗壳壁面高速流的冲击回流，造成了泵内的主要能量损失。原模型的熵产分布和优化模型较为一致，但其高熵产区域要明显大于优化模型，且数值更大。
2021 Vol. 40 (11): 72-82 [
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83
服役期水工混凝土主动控温系统设计研究
吴正桥, 卢晓春, 陈博夫, 吕从聪, 杜彬
DOI: 10.11660/slfdxb.20211108
针对服役期水工混凝土在“早期控温、后期保温”措施下温度不可控的现状，为减小表层混凝土内外温差，预防温度裂缝的发生，提出了对服役期水工混凝土进行主动控温的方法，考虑到调控过程中涉及的温湿耦合问题，以温湿应变最小原则为衡量标准，就控温系统中的控温管道埋设深度、间距及调控温度等进行了研究。研究结果表明主动控温能够有效减小环境温度骤降带来的不利应变，同时调温管道埋设深度与间距在0.3 m左右，调控温度在最大温度降幅36.5%时，调控过程中的温湿应变最小，控温效果最佳。
2021 Vol. 40 (11): 83-90 [
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91
低热水泥全级配混凝土真实强度确定方法
高小峰, 胡昱, 杨宁, 邬昆, 钟跃辉, 谭尧升, 李庆斌
DOI: 10.11660/slfdxb.20211109
真实的全级配混凝土强度参数是准确分析大坝结构工作性态的基础条件。本文提出了一种低热水泥全级配混凝土真实强度的确定方法。该方法首先采用成熟度法对现场浇筑、天然养护条件下大坝混凝土的强度试验结果展开分析，确定全级配和湿筛混凝土强度的换算关系；进而通过环境箱恒温养护条件下混凝土的强度试验获得湿筛混凝土强度的预测公式；最后结合已确定的强度换算关系，建立全级配混凝土真实强度的预测公式。该预测公式的验证与应用结果表明：预测公式可满足实际大坝工程使用需求，且可为大坝结构分析提供相较于传统方法更为真实的低热水泥全级配混凝土强度参数。
2021 Vol. 40 (11): 91-104 [
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105
基于集成GAN的边坡岩体结构面多参数模拟方法
赵文超, 韩帅, 李明超, 李明泽
DOI: 10.11660/slfdxb.20211110
结构面的随机特征是水工边坡岩体稳定性研究的关键，目前一般采用单变量或双变量的概率模型研究，难以实现多参数的联合分析。基于生成对抗神经网络（GAN）和集成学习策略，提出了一种可用于结构面多维参数联合模拟的E-WGAN算法。相比于传统方法，该算法能够准确建立参数间的相关关系，实现岩体结构面形态的精确描述和模拟。实验对一组包含三个参数(迹长、倾向、开度)的结构面进行分析，证实了传统方法的局限性；而E-WGAN算法可同时对多维参数联合建模，从而还原结构面的真实分布特征。通过建立离散裂隙网络表明，利用该算法模拟的数据生成的迹线图对出露面的还原度更高。此外，该算法可被推广至更高维度地质参数分析，应用前景广阔。
2021 Vol. 40 (11): 105-114 [
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115
基于SLAM优化的高拱坝施工仿真移动AR可视化
任炳昱, 卢逊, 王晓玲, 王栋, 王佳俊, 余佳
DOI: 10.11660/slfdxb.20211111
目前基于增强现实（augmented reality，AR）的高拱坝施工仿真可视化研究，存在可视化角度受限及系统集成度差的问题。移动AR具有交互方式多元化的优势，但存在相机注册误差较大的不足。针对上述问题，提出基于同步定位与地图构建（simultaneous localization and mapping，SLAM）优化的高拱坝施工仿真移动AR可视化方法。本文首先基于SLAM根据目标三维-二维成像关系精确计算初始化相机注册参数，并利用ARCore运动追踪实现移动中实时相机注册；同时，结合相机注册结果，将施工仿真虚拟场景与实际场景融合，实现施工仿真移动AR可视化分析。工程应用表明，基于SLAM优化的移动AR施工仿真可视化系统，初始化相机注册精度相比传感器提高了97.6%，移动中相机注册误差平均仅为0.275 m，能够实现多方位的空间决策分析。
2021 Vol. 40 (11): 115-128 [
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