水力发电学报
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2025年 44卷 4期
刊出日期：2025-04-25
1
编辑部推荐论文：低黏粒含量黄土填料的分散性判别及其分散机理分析
Hot!
张刚, 刘鑫泽, 马文国, ISRAR Jahanzaib
DOI: 10.11660/slfdxb.20250401
黏粒含量是判别土体分散性的一个关键因素，然而针对低黏粒含量黄土的分散机理研究较少。本文采用了5种常用分散性判别方法及综合判别方法对宁夏固原的低黏粒含量黄土进行分散性判别，基于颗粒团聚理论并结合矿物成分、微观形貌和化学分析，研究了该黄土分散性的影响因素及其分散机理。结果表明：该低黏粒含量黄土为分散土；土样的交换性钠离子含量很低，说明土样的分散主要为物理分散，受化学因素影响较小。低黏粒含量黄土的物理分散机理可解释为，由于黏粒含量较低，黏粒胶结作用形成的团聚体以及团聚体凝聚形成的团粒结构的黏结作用较弱，在水的作用下，非水稳性团聚体开始分散，分散的颗粒悬浮或流失，导致土体孔隙增大或孔隙结构变化，出现了孔洞等侵蚀现象。
2025 Vol. 44 (4): 1-11 [
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12
水工沥青玛蹄脂热物性试验及影响因素研究
朱悦, 张有财, 黄常盛, 张应波, 姜仁贵
DOI: 10.11660/slfdxb.20250402
水工沥青混凝土面板材料热物性参数是影响面板温度场的重要因素。封闭层沥青玛蹄脂位于沥青混凝土面板最表层，为了建立温度场模型，需要准确获取热物性参数。本文采用瞬态平面源法和DRE-III多功能快速导热系数测试仪，得到防渗层、整平层沥青混凝土和垫层混凝土的热物性参数，分析不同沥青类型、不同油粉比和不同老化程度下封闭层沥青玛蹄脂导热系数、热扩散系数和比热容，揭示不同影响因素对玛蹄脂热物性作用机制。结果表明：不同类型沥青制作的玛蹄脂在导热系数、热扩散系数和比热容方面存在显著差异；沥青玛蹄脂的导热系数和热扩散系数与油粉比呈负相关，而比热容与油粉比呈正相关；老化对玛蹄脂的热物性参数影响相对较小，各项参数的变动均小于5%。
2025 Vol. 44 (4): 12-20 [
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21
不同温度下沥青与再生骨料的界面黏附性研究
董静, 陶胜杰, 刘云贺, 王颖, 宁致远
DOI: 10.11660/slfdxb.20250403
为研究沥青和再生骨料之间的黏附性，基于沥青与再生骨料的微观表面能理论和宏观界面拉拔试验对其进行分析研究。在室温下通过四种探针液组合，分别对再生骨料和沥青进行微观接触角测试，选取最优的探针液组合；然后在温度为5℃、10℃、15℃、20℃下，分别使用克拉玛依70号沥青、克拉玛依90号沥青和山东改性沥青对沥青与再生骨料黏连的试件进行宏观拉拔试验。结果表明：微观上，通过相关性系数分析，选择最适合的探针液组合进行分析计算，得到不同沥青种类与再生骨料之间的表面能和黏附功大小，能够反映了不同沥青与再生骨料之间的黏附性强弱；宏观上，沥青与再生骨料之间的拉拔力随温度的升高而逐渐降低，拉拔力与温度成反比，沥青与再生骨料之间的黏附性随着沥青种类的改变而变化，其中克拉玛依90号沥青的黏附性最好，其结果与微观试验相互验证。
2025 Vol. 44 (4): 21-30 [
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31
白鹤滩谷幅变形特征的多类函数自适应方法分析研究
李明熹, 史宏娟, 徐建荣, 刘渊泽, 徐卫亚
DOI: 10.11660/slfdxb.20250404
为深入理解峡谷区高拱坝谷幅变形特征，开展谷幅变形特征相关量化分析十分重要。本文基于金沙江白鹤滩高拱坝多年谷幅变形原位监测资料序列，提出一种多类函数自适应谷幅变形特征分析方法。对谷幅变形原位监测数据进行预处理及变分模态分解，通过快速傅里叶变换筛选模态分解信号，结合分位数法构建凸显度因子，标定函数项数取值范围，计算多类函数最优拟合结果，确定谷幅变形值时间序列显式表达式，求解谷幅变形速度、加速度显式模型。以白鹤滩谷幅变形典型测线数据为例，明确了工程谷幅变形特征。研究表明，该方法可实现谷幅变形、速度、加速度时间序列显式求解，提升变形特征分析结果的可信度和实用性，对深入理解高拱坝谷幅变形特征机理及工程安全具有重要理论意义和工程应用价值。
2025 Vol. 44 (4): 31-41 [
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42
水电工程施工安全隐患类别辅助校正方法
卢冰, 陈述, 曹坤煜, 陈云, 聂本武
DOI: 10.11660/slfdxb.20250405
为加强水电工程施工安全隐患排查治理，施工人员可利用随手拍工具及时上报安全隐患，但是隐患类别判定准确性存在主观依赖，人工校正耗时耗力。为避免水电工程施工安全隐患管理混淆，提出水电工程施工安全随手拍的隐患类别辅助校正NRBO-CNN-BiLSTM方法。首先，对安全隐患数据进行分词、预处理，将其转化为词向量并进行归一化处理。其次，引入注意力机制增强特征表示能力，构建以卷积神经网络和双向长短期记忆网络为主干的安全隐患分类模型。最后，设计牛顿-拉夫逊优化算法，训练最佳模型参数。通过案例结果表明：18类隐患类别分类结果P值69.19%，主要原因在部分隐患类别出现频率较低；选取6类数量均衡的隐患类别进行实验，NRBO-CNN-BiLSTM模型P值上达到了94.62%，R值为94.58%，F1值为94.59%，各项数据均优于其他分类模型，反映该模型可为隐患类别校正提供辅助。
2025 Vol. 44 (4): 42-49 [
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50
预应力预制闸墩接缝型式及抗震性能试验研究
蔡小宁, 温永昕, 李庆斌, 周亮, 巩妮娜, 杨佳乐, 刘光昆
DOI: 10.11660/slfdxb.20250406
预应力预制节段闸墩具有施工速度快、受力性能好的优点。节段之间以及节段与基础的接缝型式对结构的受力性能影响较大，本文提出新型预应力预制节段闸墩接缝型式并进行接缝抗震性能试验研究，研究接缝处的设计参数对结构抗震性能的影响。试验结果表明节段之间接缝处设置连接钢板可以有效避免节段接缝处在侧向荷载作用下开裂，保证节段墩柱的整体性，而节段-基础接缝处安装负泊松比耗能件，可有效增大结构的耗能和承载力，但同时也会引起残余变形的增大。本文所得结论可供工程设计参考。
2025 Vol. 44 (4): 50-58 [
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59
代理模型驱动的隧洞支护方案多目标优化方法
邓子昂, 张继勋, 张玉贤, 孙艳鹏
DOI: 10.11660/slfdxb.20250407
针对目前传统数值模拟方法在支护方案优化中的不足，为了兼顾隧洞支护方案的安全性和经济性，同时适用于多种地质条件，并且提高传统数值模拟方法的计算效率，本文提出基于代理模型和NSGA-III的隧洞支护方案多目标优化方法。首先，以支护参数和围岩力学参数作为输入参数，隧洞围岩变形和围岩塑性区深度作为输出参数，建立类别型特征梯度提升（CatBoost）代理模型，构建输入参数与输出参数之间的非线性映射关系，同时采用蜣螂优化算法（DBO）优化CatBoost的超参数，实现隧洞围岩稳定的高效预测，并采用沙普利加和解释模型（SHAP）分析输入参数对输出参数影响的贡献度；其次，以隧洞安全和支护成本为目标函数，支护参数为设计变量，支护参数取值范围为约束条件构建隧洞支护方案多目标优化模型，进而将代理模型结合第三代非支配排序遗传算法（NSGA-III）进行支护方案多目标优化求解；最后，将本方法用于工程实例中，结果表明，III类围岩和IV类围岩支护优化方案与原方案相比隧洞拱顶变形分别降低了1.23%，9.78%；塑性区深度分别降低了8.98%，10.53%；支护成本分别降低了17.39%，4.94%，与实际工程监测结果相符。比起传统支护优化方法，本方法更加高效智能，能够为隧洞支护方案的优化设计提供决策支持。
2025 Vol. 44 (4): 59-71 [
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72
耦合SBFEM-FEM的高拱坝系统地震响应分析
陈灯红, 梁羽翔, 刘云辉, 张心瀚, 胡昊文
DOI: 10.11660/slfdxb.20250408
高拱坝的巨大尺寸跨度以及需考虑的不同分区材料属性和坝基地形的复杂性，采用传统有限元法进行精细化建模时存在一定局限性。本文建立了一种耦合SBFEM-FEM高拱坝-地基-库水系统的地震分析数值分析模型。该模型以SBFEM理论为基础，通过蒙皮单元技术耦合八叉树SBFEM自定义单元与ABAQUS内置单元，将SBFEM半解析和网格灵活的优势与ABAQUS成熟的线性与非线性求解器和前/后处理模块相结合。以XL高拱坝为例，对其进行了地震作用下线弹性、接触非线性与材料非线性动力响应分析。结果表明：本文方法相较于传统有限元法能够有效减少计算所需资源，并且能够准确模拟高拱坝在地震作用下的非线性响应及损伤情况，对大坝以及其他建筑的抗震研究具有一定的借鉴意义。
2025 Vol. 44 (4): 72-84 [
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多站点多变量天气发生器：日降水与气温随机模拟
李新, 刘玲, 周义斌, 陈元芳
DOI: 10.11660/slfdxb.20250409
构建时空相关、物理意义明确的水文气象场对水文模拟而言至关重要。本文耦合多变量一阶自回归模型、一阶马尔可夫链和K近邻模型构建了多站点多变量天气发生器，旨在更好地反映水文气象过程的时空相关性、变量间相关性和年际低频振荡特征。基于所构建的天气发生器，对长江流域12个二级水资源分区日降水量、日最高和最低气温进行随机模拟，采用基础统计特征、相关性特征和年际变化特性等多种指标对模型进行综合评估。结果表明：除对部分站点的最大干旱期/湿润期长度和日最高及最低气温的一阶自相关系数存在一定程度的低估外，多站点多变量天气发生器能很好地重建观测气象场的各种特性指标。本文的研究结果可为分布式随机水文模拟提供参考。
2025 Vol. 44 (4): 85-96 [
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Kolmogorov-Arnold网络在长江中下游水位预报中的应用
陈思宇, 李肖男, 花续, 鲁军, 荆平飞, 宋志豪
DOI: 10.11660/slfdxb.20250410
使用Kolmogorov-Arnold网络（KAN）构建了一种数据驱动的水位预报方法，将水文变量的复杂关系分解为一系列一元函数的线性组合，从而准确地捕捉水文数据的变化趋势。以长江中下游莲花塘站和沙市站的流量与水位数据为基础，进行水位预报应用。结果表明，KAN模型七日平均绝对误差分别为0.187 m（莲花塘）和0.109 m（沙市）。以莲花塘站为例，KAN模型相较于传统的多层感知机、长短期记忆网络、门控循环单元网络和自注意力机制模型预报精度分别提高了20.1%、45.0%、16.5%和13.0%。为了进一步提升对KAN模型的理解和认识，进行了敏感性分析和简化实验。结果表明，短期内的上游流量预报对下游水位有显著影响。KAN模型能够通过极少的模型参数揭示上游流量与下游水位变化的关系，表现出显著的可解释性。
2025 Vol. 44 (4): 97-107 [
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雅鲁藏布江流域文献计量与径流演变规律
唐俊龙, 许鹏, 翁白莎
DOI: 10.11660/slfdxb.20250411
雅鲁藏布江流域作为全球海拔最高的河流系统之一，其径流变化对区域生态环境和水资源安全至关重要。本文旨在通过文献计量分析，揭示雅鲁藏布江流域研究的热点与趋势，并探讨流域径流演变情况。研究利用Web of Science核心合集和北大核心数据库，结合CiteSpace和R语言的bibilometrix包，对2365篇英文SCI论文和939篇中文期刊论文进行了分析，揭示了雅鲁藏布江研究在气候变化、生态环境及水文过程方面的研究重点，同时发现印度、中国和美国是该领域的主要研究贡献国。通过Mann-Kendall法和Yamamoto法对各子流域径流数据的突变性分析，发现不同子流域的径流演变存在显著差异，并在特定年份出现突变。文献分析与径流数据分析的综合结果进一步表明，气候变化对流域水文动态产生了深远影响，研究结论为流域水资源管理和生态保护提供了重要参考。
2025 Vol. 44 (4): 108-117 [
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小水电机组的最优导叶开度变速运行控制策略研究
朱子怡, 娄尧林, 刘舒然, 刘德有, 柯海森, 王志阳
DOI: 10.11660/slfdxb.20250412
传统恒速运行的小水电机组在偏离设计工况运行时水能利用效率较低。通过分析水轮机综合特性曲线，发现了最优导叶开度下存在水能利用效率最高的最优单位转速的规律，提出了一种适应于水头变化区间较大的高效率运行的变速控制策略。建立了水轮机、调速器、发电机与变流器的变速小水电机组数学模型，设计了一种基于最优导叶开度的小水电机组变速运行闭环控制器，数值仿真结果表明：与恒速运行方案相比，变速方案在水头为28 m时，机组出力提高了2.39%；最后在藏潭桥水电站进行了测试验证，测试结果表明，该小水电机组存在最优导叶开度和最优转速，变速控制策略在高中低水头下均可提高发电效率。该变速控制策略实现简单，易于小水电行业推广，具有较大的实际工程意义。
2025 Vol. 44 (4): 118-129 [
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伙伴关系视角下清洁能源电站一体化运营管理研究
孟祥鑫, 周华, 彭颖政, 唐文哲
DOI: 10.11660/slfdxb.20250413
水风光储清洁能源的高效配置是其大规模开发所面临的主要挑战。以往研究多集中于清洁能源容量配置的多目标优化，但在构建清洁能源电站利益相关方之间的合作伙伴关系，解决复杂电力系统中多元主体的竞争与合作，实现一体化运营管理方面，研究多为定性分析，缺乏实证数据的支撑。本文从伙伴关系的角度出发，构建了清洁能源电站一体化运营管理框架，探讨了利益相关方之间的合作伙伴关系，并通过行业调研揭示了清洁能源多能互补协调机制、清洁能源电力交易以及利益相关方间合作伙伴关系的现状。研究进一步明确了水风光储清洁能源电站一体化运营管理主要问题及成因。通过对3个清洁能源电站一体化运营管理案例的分析，本文指出了如何通过多能互补和利益相关方合作，实现清洁能源开发的经济、社会和环境目标。基于以上结果，提出了以下清洁能源电站一体化运营管理建议：建立清洁能源电站利益相关方伙伴关系，实现资源优化配置；建立电力协调集控中心，实现源网荷储整体协调；建立水风光储清洁能源电站智慧管理平台，高效实现多能互补；完善清洁能源电力交易市场，提升资源配置效率；建设小型储能电站，促进清洁能源多能互补与电力稳定；创新电站运营模式，助力乡村振兴与多元发展。
2025 Vol. 44 (4): 130-142 [
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