水力发电学报
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2025年 44卷 6期
刊出日期：2025-06-25
1
编辑部推荐论文：多源数据融合的辫状河流地貌演变研究
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张子浩, 孙健, 韩凯, 黄哲, 林斌良, 李治
DOI: 10.11660/slfdxb.20250601
雅鲁藏布江干流河谷内沙洲遍布、汊道交织且迁移变化频繁，辫状河流地貌特征显著。本研究结合现场观测与卫星遥感等多源数据，通过人工神经网络模型对卫星遥感影像进行了分类监督处理和地貌识别，统计并分析河流与洲滩几何参数，研究了充分发育辫状河段的地貌特征参数对流量过程的响应机制和定量关系。研究结果表明，辫状河流地貌参数对流量变化敏感，呈现明显的季节性变化特征；洲滩数量随流量增加而增加，而洲滩面积则随流量增加而减少；此外，洲滩辫状指数（BIb）与流量正相关变化，而汊道辫状指数（BIr）呈现“洪峰期降低-退水期回升-枯季再降低”的非单调变化。研究成果丰富了复杂河流地貌演变规律，为高原河流开发利用提供科技支撑。
2025 Vol. 44 (6): 1-11 [
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三峡库区泥沙絮凝沉降试验研究
王乐, 陈庆霞, 王大宇, 关见朝, 张磊, 黄海, 张尚弘
DOI: 10.11660/slfdxb.20250602
三峡库区原型沙测试表明，约80%淤积泥沙粒径小于20 ?m，然而，大量的黏性细沙在库区沉降时是否会形成絮团尚不清楚。为此，本研究设计了一种同轴旋转双筒絮凝沉降装置，近似模拟库区水沙状况，以非接触方式观测了泥沙絮凝沉降过程，运用图像技术识别沉降颗粒的大小与沉速。结果显示，试验观测到的颗粒沉速与同粒径纯泥沙颗粒的沉速差异显著，且部分沉降颗粒的直径远大于初始输入沙的最大粒径，表明库区泥沙颗粒会形成絮团；基于此，构建了泥沙絮凝体沉降时的雷诺数与阻力系数的关系，运用分形理论求得了絮凝体密度，建立了絮凝体有效密度与粒径的关系，提出了絮凝体沉速的计算方法，且计算与实测沉速符合较好。
2025 Vol. 44 (6): 12-21 [
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22
高位水池动态耦合影响下的泵站前池涌浪分析
李雨晴, 张健, 俞晓东, 陈胜, 仇为鑫
DOI: 10.11660/slfdxb.20250603
水力过渡过程中泵站前池最高涌浪决定了前池的设计顶高程，最低涌浪决定了前池的设计底高程。若设计不当，将出现前池溢流或拉空现象。确定前池涌浪极值，对保障输水工程的安全运行具有重要意义。本文针对描述长距离供水系统泵站前池涌浪变化的非线性动力方程，基于KBM法推导了前池涌浪极值的显式计算公式。同时，利用数值计算验证了显式计算公式的精度，并对精度进行了敏感性分析。研究结果表明，最高涌浪显式计算式与MOC数值仿真结果的相对误差在1%以内，最低涌浪显式计算式与MOC数值仿真结果的相对误差在2.5%以内，且形式简单，便于工程设计采用。
2025 Vol. 44 (6): 22-31 [
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32
考虑波动性的水-风-光能高维互补性评价方法
苏华英, 徐航, 张俨, 王融融, 卢勇, 程春田
DOI: 10.11660/slfdxb.20250604
水-风-光能互补性的量化对联合发电系统的规划和优化调度具有重要意义。然而，现有互补性评价指标较少关注对水风光三维互补能力的评价，且这些指标或因仅考虑了整体的变化趋势或出力序列内连续时间段的变化量，或因忽视了波动相位差所带来的影响，使其在很多场景下出现无法准确量化互补性的问题。本文深入考察了水风光波动性的关联，将连续时间段的波动状态分类，提出了一种新的多维多时间尺度互补性评价指标。随后通过多个典型场景验证了所提出的指标能够准确量化水风光序列互补性，并将评价结果与现有互补性指标进行比对以显示其优越性。最后以乌江流域水风光一体化可再生能源综合开发基地为例，对所提指标在区域风光规划建设的应用方法进行说明，并综合月、日和小时三种时间尺度给出了风光装机容量的最优比例为0.74/0.26。
2025 Vol. 44 (6): 32-41 [
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42
京津冀地区湖库漂浮式光伏开发潜力及节水降碳成效
袁田, 田巍, 门宝辉
DOI: 10.11660/slfdxb.20250605
为了缓解京津冀地区土地紧张的现状，提高城市群的能源开发率，本文分析了京津冀地区湖库的漂浮式光伏开发潜力，以密云水库为例推广至京津冀地区，通过构建漂浮式光伏发电模型，结合相关气象数据进行模拟仿真，得到以下结论：密云水库构建漂浮式光伏模型时，光伏电站的模拟发电情况符合年内温度和辐射量的分布规律，模型在京津冀地区具有普适性；京津冀地区的湖库面积开发率为5%时，模拟年发电量达到5.07×109 kW·h，约为京津冀地区光伏发电总量的20%，具有极大的开发潜力；京津冀地区构建漂浮式光伏每年能够减少排放288.57万t的二氧化碳，节约62.4万t标准煤，节水量达到319.39万m3，减少湖库大面积蒸发造成的水资源浪费。漂浮式光伏电站既可以提高闲置水体的利用率，又可以缓解经济高度发展的城市群的能源压力和水资源紧张现状，对京津冀地区的光伏能源开发起到促进作用，为京津冀地区的光伏能源发展提供新的思路。
2025 Vol. 44 (6): 42-49 [
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中小流域径流预报的图神经网络模型——以福建沙溪流域为例
王明阳, 王恩志, 罗火钱, 高帅, 张文倩, 魏加华
DOI: 10.11660/slfdxb.20250606
中小流域径流预测精度与实测降雨站点密度、分布及历史数据序列长短有关。为提高中小流域山洪预警预报精准度，本文基于图论重新定义了福建沙溪流域2000—2014年间具有显著降雨径流关系的小时级降雨-径流模型的数据结构，利用图神经网络构建“端到端”降雨-径流数据动态映射模型，通过图卷积神经网络模型（GCN）、图注意力机制模型（GAT）和切比雪夫图神经网络模型（Chebnet），对未来不同预见期的径流过程进行预测。以平均绝对误差（EMAE）为评价指标，对未来2 h的预测结果与长短期记忆模型（LSTM）、门控循环单元（GRU）和人工神经网络（ANN）的预测结果进行比较。结果表明，Chebnet和GAT模型对沙溪流域预测未来1 h和2 h降雨-径流过程的非线性数据拟合能力更好，相比LSTM和GRU预测精度提高了37.3% ~ 64.71%；Chebnet模型对未来15 h内的径流预测效果较为稳定，在提高精度和适用性的同时，大幅降低了时效性的影响。本文对中小流域径流预报预警具有一定指导意义和参考价值。
2025 Vol. 44 (6): 50-61 [
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62
三峡水库分期旱限水位研究
樊金涛, 刘攀, 吴碧琼, 张海荣, 周丽婷, 张行南
DOI: 10.11660/slfdxb.20250607
随着社会经济的发展和全球气候变暖，长江流域极端干旱事件频发，此时三峡水库保障长江中下游用水安全面临严峻挑战。旱限水位作为水库启动抗旱应急响应的重要依据，对提升长江流域抗旱减灾能力有重要意义。本文给出了三峡水库旱限水位的定义内涵与分期分级，基于参数模拟优化法构建旱限水位多目标优化模型，采用智能优化算法求解。结果表明：三峡水库汛期旱限水位的设置，较非汛期更为重要，分期6/10—7/31、8/1—9/9、9/10—30的一级旱限水位分别为154 m、156.9 m、164.8 m。增设旱限水位后，三峡水库在蓄水、发电、供水、航运效益方面均得到不同程度提升，多年平均、枯水典型发电量分别增长1.29%、6.54%。本研究为三峡水库制定旱限水位，开展抗旱补水调度提供了技术支撑。
2025 Vol. 44 (6): 62-71 [
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非一致性极值降雨空间聚类和频率及对气候因子响应研究
曾杭, 周洋, 李建柱, 杨琦, 黄佳期
DOI: 10.11660/slfdxb.20250608
随着全球气候变化影响，极值降雨序列的空间聚类演变和气候响应特征对流域暴雨风险估计有非常重要的意义。本文以湘江流域为研究区域，采用基于变差函数F-madogram的围绕中心点划分（PAM）聚类算法将流域极值降雨序列分为3个聚类分区；筛选出与各聚类分区大部分站点相关性显著的气候驱动因子，以各聚类中心站点为代表，构建基于贝叶斯的非一致性极值降雨频率计算模型。结果表明：极值聚类算法相较K均值聚类法更适用于极值降雨序列；以气候因子为协变量的时变矩模型表现最优，且其不确定性区间最小；当前一年北大西洋涛动为负相、同年西太平洋海面气压升高和东太平洋海面温度上升时，湘江流域上中下游夏季极值降雨频率增加，为湘江流域极值暴雨风险估计和预测提供科学依据。
2025 Vol. 44 (6): 72-88 [
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水平射流泥沙冲刷对扑翼获能特性的影响
保燕东, 曾云, 李伟忠, 张官习, 赵燚
DOI: 10.11660/slfdxb.20250609
为研究泥沙冲刷对扑翼获能特性的影响，本研究采用离散相模型建立了二维水平射流泥沙冲刷扑翼模型，分析了泥沙的直径、质量流量和流速对扑翼获能特性的影响。结果表明，当泥沙的直径为1 mm、质量流量为0.50 kg/s和流速为1 m/s时，扑翼的能量获取效率达到最大值44.92%，相比于Kinsey文献中计算的扑翼效率38.8%提升了6.12%。在泥沙冲刷过程中，扑翼与泥水相互作用增强，导致了压差增大，有利于推动扑翼的起伏运动。同时，泥沙冲刷也加速了尾迹涡脱落，翼尾缘扰动激烈，增强了扑翼从流体中捕获能量的能力，扑翼获能特性得到提升。
2025 Vol. 44 (6): 89-97 [
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98
防渗帷幕灌浆数据的信息挖掘与利用
刘倩, 朱杰兵, 张帆, 张宏伟, 张宜虎, 丁长栋
DOI: 10.11660/slfdxb.20250610
随着新建抽水蓄能电站日渐增加，其上水库面临的地质问题也越来越复杂，对灌浆工程质量评价也提出了新的要求。由于地下工程的隐蔽性与复杂性，使得当前灌浆理论的发展难以满足指导灌浆工程实践的需求；人工智能技术虽然对处理此类模糊关系问题有明显优势，是大数据时代岩土工程领域发展的新趋势，但当前多以地质信息作为主要输入参数，受技术手段、工期、成本等条件限制，短期内难以打破样本量不足的瓶颈问题，而易于获取的海量帷幕灌浆数据却未被充分利用。本文以五岳抽水蓄能上水库的库岸防渗帷幕灌浆工程为研究对象，基于该工程三序共1104个灌浆孔累计4350个段次的灌浆数据，结合有限的地质资料，采用描述统计方法和空间分析方法，深入挖掘了灌浆数据本身所蕴含的信息，并对灌浆质量进行评价。结果表明：通过灌浆量的描述统计特征可基本识别新鲜基岩、一般裂隙岩体、裂隙密集带岩体以及灌浆质量不达标风险较大的岩体；灌浆量与地质条件存在一定的相关性，但因地质条件空间展布特征与裂隙填充物情况不同，所影响的灌浆次序也有所不同；仅凭首序孔（Ⅰ序孔）的灌浆情况，不能直接判断其所在区域的灌浆质量或灌浆效率；相比有限数量的检查孔数据，高密度分布的海量灌浆数据能够更全面地评价灌浆质量。充分挖掘灌浆数据蕴含的信息，可为海量灌浆数据的充分利用提供新思路、新方向，对推动灌浆工程智能化发展具有重要意义。
2025 Vol. 44 (6): 98-108 [
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掺砾相变黏土心墙冬季施工多热源联合控温优化
梁健羽, 刘东海, 岳雪琴
DOI: 10.11660/slfdxb.20250611
掺砾相变黏土可避免心墙冬季施工期间土料发生冻融破坏，如何以低成本高效提升掺砾相变黏土这一新型筑坝材料的防冻控温性能是需解决的重要问题。为此，本文针对掺砾相变黏土心墙冬季施工提出了一种多热源联合控温优化方法。首先，分别提出了在掺砾相变黏土的生产过程和心墙铺筑后通风加热及红外辐射的增温工艺；然后，以增温工艺总耗时和总耗能最小为目标，构建多源联合控温的多目标优化模型；进而，给出了基于改进三向理想解排序（BMW-TOPSIS）的非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）的多热源优化方法。实例分析表明，多年平均风速1.8 m/s下土体初温为4 ℃的掺砾相变黏土的联合控温优化解为：加热机温度和底部热源温度分别取16.5 ℃和15.6 ℃，以0.70 m/s的行进速度红外辐射2遍。本文方法可在掺砾相变黏土实际应用中为快速确定多种工况组合下的联合控温措施提供理论依据。
2025 Vol. 44 (6): 109-120 [
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岩爆等级主辅模型协同预测方法及其应用研究
罗丹旎, 黄锦毅, 巫祥平, 耿文倩, 陶洪辉, 苏国韶
DOI: 10.11660/slfdxb.20250612
岩爆预测已成为地下工程安全建设与地质灾害防治领域亟需解决的重要课题之一。为尽可能充分地考虑岩爆各种主要因素的影响，提高岩爆等级预测的准确性，本文基于多模型分步预测的思想，提出了岩爆等级主模型与辅助模型协同预测方法。同时，基于该方法研发了岩爆等级智能预测软件，并应用于南宁抽水蓄能电站，对厂房段、岔管段的岩爆倾向性进行评估。结果表明，该方法预测结果准确率高、与工程实际情况相吻合，软件简单实用，易于被工程技术人员掌握。
2025 Vol. 44 (6): 121-133 [
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地震动输入模型对重力坝地震响应的影响
何卫平, 宋俊杰, 徐一鸣, 杜修力, 吴海林
DOI: 10.11660/slfdxb.20250613
地震动输入模型是重力坝地震响应分析的基础。首先，从理论上阐明4类地震动输入模型表达运动场特征的差异；随后，以随机波场方法构建场址波场和运动场，实现地震动输入模型的基准统一；最后，通过不同输入模型得到重力坝地震响应，并阐明地基辐射阻尼效应和复杂波场效应的影响。研究显示，与传统输入模型相比，非一致波动输入模型可准确模拟地面运动的非一致特征。不同输入模型得到的重力坝地震响应规律相似，但数值差异较大。在坝踵第一主应力峰值方面，地基辐射阻尼效应引起响应的显著减小，变幅范围为-68.2% ~ -14.8%；复杂波场效应多数情况下引起响应的增加，变幅范围为-8.7% ~ 53.0%。研究对揭示复杂波场效应的影响，推动重力坝地震响应分析理论的发展具有意义。
2025 Vol. 44 (6): 134-142 [
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通过PSO-XGB方法对调压室隧洞围岩参数反演
常贵春, 杨宏昆, 梁勇, 龙钱, 罗钚磊, 胡昱
DOI: 10.11660/slfdxb.20250614
在岩石工程领域，力学参数的精确反演始终是一个核心难题，其精确程度对确保工程设计与施工的安全可靠性起着至关重要的作用。传统的岩土物理力学测量方式常常会因为岩土的干扰、设备和工作人员的操作而产生偏差，因此得出的结果通常是不连续的。针对这类问题，本文采用PSO-XGB方法对调压室隧洞围岩弹性模量、内摩擦角以及黏聚力等参数进行反演分析，借助于生物启发式算法——粒子群优化（PSO）对极端梯度提升（XGBoost）模型进行调优，并进行多模型对比。结果显示，本文所采用的PSO-XGB算法展现出更高的效率和精确度。该算法计算所得的位移值与实际监测的位移值之间的偏差小于5%，与实测数据高度一致。本文采用的PSO-XGB围岩力学参数反演方法具有合理性和可行性，为今后确定和校核所需的岩石力学参数并进行设计和施工提供了模型支持。
2025 Vol. 44 (6): 143-154 [
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