水力发电学报
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2025年 44卷 3期
刊出日期：2025-03-25
1
编辑部推荐论文：以比能量和梯度函数为目标的混流式水轮机水力优化研究
Hot!
程宦, 周凌九, 王正伟, 罗洪, 唐君怀, 王钊宁, 赵永智, 冷在军, 张骁
DOI: 10.11660/slfdxb.20250301
混流式机组具备宽负荷稳定运行的能力对构建新型电力系统至关重要，目前许多电站机组在偏工况运行的稳定性较差，无法满足宽负荷灵活运行的需求。本文以云南大朝山电站5号机国产化替代项目为例，采用了一种以比能量和梯度函数为量化目标的混流式水轮机宽负荷水力优化方法，并研发出了一种“负倾反C型”新转轮，有效改善了机组在宽负荷运行中的水力稳定性。数值计算和模型试验结果表明，大朝山新转轮相比原转轮的尾水涡、叶道涡特征强度显著降低，消除了高部分负荷压力脉动，无叶区、尾水管的最大压力脉动幅值降低了50%以上，能够实现宽负荷范围内长期连续安全稳定运行要求。
2025 Vol. 44 (3): 1-12 [
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水风光储清洁能源工程科技创新现状分析
张亚坤, 杨佐斌, 陆君君, 吴泽昆, 唐文哲
DOI: 10.11660/slfdxb.20250302
实现“双碳”目标主要依靠水风光储清洁能源工程科技创新。现有研究多关注创新战略、管理制度、资源配置等一般性科技管理问题，对清洁能源项目规划设计、建设和运营创新认识不全面、不系统，缺乏针对不同清洁能源工程科技创新现状分析研究。对此，本文提出了清洁能源工程科技创新指标体系，基于定量与定性相结合的调研结果分析，揭示了水风光储清洁能源工程科技创新现状，明确了清洁能源科技创新主要问题及成因，指出了水风光储工程创新方向和范围，研究成果可为清洁能源工程在相应领域与方向的科技创新提供理论与实践指导。
2025 Vol. 44 (3): 13-23 [
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灯泡贯流式水轮发电机风路多物理场耦合分析及结构优化
宋厚彬, 王帅, 韩伟, 关志军, 邱洪波, 张钰昆, 黄晓龙, 谢文琦
DOI: 10.11660/slfdxb.20250303
灯泡贯流式水轮发电机由于紧凑的内部结构以及电磁损耗产生大量热量，亟需提升其通风散热能力。为了实现这一目标，本文对发电机内部风路结构进行优化设计。首先，基于有限元法建立了24 MW灯泡贯流式水轮发电机的二维电-磁场模型，并利用有限体积法建立了三维流-热场模型，通过电磁和温度实验对模型进行了验证。其次，对发电机原风路结构的流场和温度场特性进行了定性分析，并对通风槽道的流量分布及发电机内部的温度变化趋势进行了定量分析。再次，研究了后挡风板长度对气流和热交换的影响。最后，基于速度三角理论揭示了转子立筋的叶片安装角度影响气流的机制，通过耦合数值分析了转子立筋叶片安装角度不同的改型效果。研究结果表明，短型后挡风板可以防止空气从侧面溢出，同时确保空气重新进入冷却循环；转子立筋叶片安装角度为66°时显著改善了流场和热场，所有监测点的温度都显著降低，在两种不同的通风条件下，定子绕组温度分别降低了9%和20.4%。
2025 Vol. 44 (3): 24-37 [
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水泵水轮机调相运行排水阀故障工况水环特性
葛新峰, 程志龙, 陈裕文, 马照航, 丁珂, 赵文锐
DOI: 10.11660/slfdxb.20250304
水环特性与水泵水轮机调相工况稳定运行及间隙流道的冷却密切相关。本文基于冷却水通过水环排水管路排放路径，建立水泵水轮机及局部间隙的全流道三维模型，采用VOF气液两相流对水环排水阀正常和事故两种工况进行了三维非定常流动分析，数值模拟的压力变化结果与电站运行数据吻合。揭示了水泵水轮机调相运行时内部流动特性，在转轮主流道内为空气，其迹线形成显著的涡流特征，在无叶区流道内为气液混合，液体靠近固定导叶内壁高速旋转的圆周运动，下环空腔内流道中的气液混合物迹线呈现出螺旋向上的流动；水环排水阀打开时，无叶区较厚的水环可以通过水环排水阀排入尾水管中，以保证水环排水与冷却水供水的动态平衡；而当排水阀故障时，下迷宫冷却水会流入无叶区，无法排出，加剧无叶区水环的厚度，转轮下环与底环间隙里面充满水，过厚水环与转轮进行摩擦。
2025 Vol. 44 (3): 38-49 [
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风水光多能互补系统可解释性调度规则研究
任康, 陈琼, 陈述, 张鑫凯, 李智
DOI: 10.11660/slfdxb.20250305
风水光电多能互补系统改变了水电站的运行条件，导致传统水电调度规则已不再适用。以黄河上游风水光多能互补系统为研究对象，提出了基于自动超参数优化的可解释性决策树调度规则提取方法，提取了同时考虑新能源消纳和河流生态保护的多能互补系统调度规则集。结果表明：多能互补系统的发电量和河流生态保护目标呈现出竞争关系；考虑风水光多能互补系统的综合发电效益时，入库流量是最重要的预测因素；基于自动超参数优化的决策树调度规则提取模型在3种精度评价方面均表现较好，表明基于决策树提取的多能互补系统调度规则精度较高。研究成果可为考虑河流生态保护与发电综合利用需求的多能互补系统运行调度提供参考。
2025 Vol. 44 (3): 50-61 [
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京津冀地区水-能-粮-碳纽带关系及安全探究
刘楠, 门宝辉, 丽娜·托库, 文滢, 王红瑞
DOI: 10.11660/slfdxb.20250306
为寻求碳中和背景下水-能-粮系统的协同发展，本文从单系统的可靠性、双系统间的协调性及多系统间的可持续性这3个维度构建水-能-粮-碳系统安全评价模型，采用改进的指标相关性客观赋权法（CRITIC）对2000—2022年京津冀地区水-能-粮-碳系统安全水平进行评估，探究碳排放因素纳入水-能-粮系统前后系统安全的变化规律，同时识别水-能-粮-碳系统安全的主要障碍因子。结果表明：2000—2022年京津冀地区水-能-粮系统安全水平的平均值从0.354上升至0.535；碳排放量纳入系统后，2022年水-能-粮-碳系统安全水平为0.508。2020年碳减排政策实施后，系统安全在一定程度上得到了提升。能源生产弹性系数、废气中SO2排放量、粮食生产波动指数、粮食进出口量差值、民用汽车拥有量以及水力发电比例为共同影响京津冀地区水-能-粮-碳系统安全的主要障碍因子。
2025 Vol. 44 (3): 62-75 [
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射流表面黏附液滴变形的倒向随机微分方程
赵腾飞, 张华
DOI: 10.11660/slfdxb.20250307
针对射流表面黏附液滴变形动力学机制的科学问题，在给定终值条件下，建立射流表面黏附液滴运动变形的倒向随机微分方程，研究具备怎样的初值才能达到液滴预定的目标。研究表明：在射流表面单个黏附液滴的变形过程中，其拉伸的概率约50%。同时，该过程中液滴产生长轴拉伸，短轴拉伸；长轴拉伸，短轴回缩；长轴回缩，短轴拉伸；长轴回缩，短轴回缩四种变形模式的概率分别为18.9%、31.2%、18.7%、30.5%；在液滴群拉伸变形过程中，液滴会经过短轴收缩的变形过程，即液滴群整体有断裂的趋势。且改变终了时刻大小，以及终了时刻液滴形态和长轴增长率并不会引起液滴群变化趋势的改变。研究结果对探索液滴变形过程具有重要意义，为研究射流表面黏附液滴的变形提供了新的方法。
2025 Vol. 44 (3): 76-86 [
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深度学习驱动的无人机河道巡检异物监测及定位技术研究
郑荣添, 陈泽同, 管孝汉, 王浩, 刘荣林, 假冬冬
DOI: 10.11660/slfdxb.20250308
随城市规模扩大，河道岸线不断遭到侵占，河道过流能力和水环境均遭受严重破坏，对于复杂河道急需高效监管方法。本文采用无人机获取河道及两岸影像，使用生成对抗网络进行数据增强，基于YOLOv5深度学习算法和坐标转换的定位算法，对五种典型河道异物进行识别与定位。其中目标识别算法在主干网络引入注意力机制，同时采用EIOU-Focal Loss作为模型损失函数，以提升模型的检测精度与收敛速度。结果表明经过数据增强后，模型识别的平均精度均值（mAP）最高提升了9.9%。消融实验的结果表明综合改进后的模型具有最高的检测精度，mAP最高达到0.96，较原始模型提升11.6%。定位结果表明算法目标物实际平均误差不超过3 m，具有较高精度。本文利用改进后模型对福建地区闽江河段的无人机影像进行了检测识别，改进后模型对目标物检测具有更高准确性，为相关研究提供参考。
2025 Vol. 44 (3): 87-98 [
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海岸带高潮位所致洪水发生几率预测——以江苏沿海长期海潮观测为例
刘苏宁, 冯曦, 郭东升
DOI: 10.11660/slfdxb.20250309
全球变暖导致海平面加速上升已成为人类社会面临的重大挑战，过去须由风暴潮触发的海岸带淹没灾害，未来可能在天文大潮主导下即可发生。本文通过江苏沿海长期潮位站（连云港和吕四）的历史观测潮位数据，系统分析了海岸带高潮位所致洪水（HTF）的发生规律。研究首先建立了HTF发生天数和可能引发海岸洪水的超阈值水位之间的关系，其次探究了上述统计方法对于超阈值水位取值范畴、样本总量、样本时间序列连续性，以及相对海平面上升速率的敏感性。结果表明：所建立的HTF天数预测模型较稳定；当确定超阈值水位（通常依据行业标准）后，HTF发生频次对于超阈值水位的取值范畴并不敏感；而随着实测数据样本量的增加（大于等于14年逐时潮位），未来HTF的预测结果趋向稳定，预测结果对于样本年份的连续性、时序性均不再敏感；最后，相对吕四港，连云港站对于海平面上升速率更为敏感。本研究主要方法和结论可为江苏至中国沿海应对未来由海平面变化主导的淹没灾害提供理论支撑。
2025 Vol. 44 (3): 99-108 [
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考虑弃真和纳伪问题的压实质量抽样方案优化方法
王友乐, 缪正建, 王峰, 杨蒙, 钟翔熹
DOI: 10.11660/slfdxb.20250310
我国现行规范体系下，基于计数抽样原理的统计模型是土石坝压实质量保证的常用模型。其中，限定的密度检测抽样不合格率控制值是其核心控制指标。然而，计数抽样统计模型中难以避免地会出现“弃真”、“纳伪”两类统计错误。为强化质量保证，需进一步研究抽样方案的优化问题。考虑施工方与移交方的风险承受能力，本文分别建立了优先保护移交方原则及兼顾双方验收风险控制的统计模型，并给出了基于蒙特卡罗法的实现方案及考虑采样点分布情况的空间布置优化方法。工程案例验证了所提出抽样方案优化方法的可操作性。该优化方法能有效规避两类统计错误及采样点空间自相关性影响，充分保障施工方及移交方的合理权益。
2025 Vol. 44 (3): 109-118 [
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温度对沥青混凝土力学性能影响的三轴试验研究
高磊, 张延亿, 李泽发, 邓刚, 李远林, 张茵琪
DOI: 10.11660/slfdxb.20250311
为探究温度对沥青混凝土试样力学性能的影响，选取4种试验温度实施沥青混凝土静三轴试验。研究结果显示，温度对沥青混凝土力学特性具有显著影响。相同的加载速率和围压条件下，随着温度上升，偏应力呈现下降趋势；低围压低温段和高围压中温段两种条件下，试验温度对沥青混凝土最大偏应力值的影响更为显著；相同的加载速率和温度条件下，随着围压增大，偏应力呈现上升趋势，最大偏应力值随围压增大逐渐提升，基本呈现为线性关系；邓肯张模型可以较好地模拟偏应力出现峰值前沥青混凝土的应力应变过程，但不能反映峰值后沥青混凝土的应变软化特性，邓肯张模型参数k、n、c和φ均对试验温度较为敏感。
2025 Vol. 44 (3): 119-127 [
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地下洞室有限空间内施工机械调度优化仿真
陈云, 李骏熙, 晋良海, 胡其林, 聂本武, 郑霞忠
DOI: 10.11660/slfdxb.20250312
水利水电工程的地下洞室，常由于施工空间受限，严重影响洞内施工机械调度和协同。本文通过建立工期最短、成本最小的双目标优化函数，剖析地下洞室机械数量、工序时间、工序逻辑等约束，构建基于多智能体的有限空间地下洞室施工仿真模型，模拟复杂施工流程和施工机械的排队服务过程，分析施工机械在运行过程中的并行操作与潜在冲突，针对施工机械数量的变量调整，对比不同机械配置下的施工进度与成本，验证施工机械调度优化方案。引江补汉输水隧洞实例分析表明：25 t自卸汽车为最优装载量；随着隧洞掘进深入，有限空间内自卸汽车最优清渣数量呈动态递阶减少趋势，而非有限空间内呈现动态递阶增加趋势；优化后与原方案相比工期提前149.3天，费用节约3502万元，为施工组织设计和现场管理提供了决策支持。
2025 Vol. 44 (3): 128-138 [
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