水力发电学报
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2025年 44卷 8期
刊出日期：2025-08-25
 
     
1 特约论文:预报引导的水库调度综述 Hot!
刘攀, 叶浩, 张晓菁, 徐欢
DOI: 10.11660/slfdxb.20250801
水库作为重要的水资源工程，其高效运行具有重大意义。然而，国内外大多数水库基于历史统计资料制定调度规则，面向规划设计的静态控制限制了其主动应对洪水和干旱的能力。近年来，气象水文预报水平显著提高，预报引导的水库调度（FIRO）成为研究热点。本文介绍了现有的数值天气预报及其精度的主要影响因素、常用的水文预报模型以及快速发展的人工智能预报；综述了预报引导的水库调度方法及其应用成效。最后，建议综合利用包括全球导航卫星系统（GNSS）反演的大气可降水量在内的多种气象水文预报产品、制定面向“水汽—降水—径流”三道防线的预报调度方法、构建考虑梯级水库群多阻断效应的深度强化学习调度模型，以实现水资源的高效利用。
2025 Vol. 44 (8): 1-10 [摘要] ( 83 ) PDF (536 KB)  ( 104 )
11 椭球形水滴随机运动的数学模型
张华, 周意恒, 徐泽辉
DOI: 10.11660/slfdxb.20250802
针对水滴在风场中随机运动特性的科学问题，提出水滴稳态变形为椭球形的假设，并采用白噪声来描述因相对风速和水滴运动姿态改变所引起的迎风面积随机性，建立椭球形水滴运动随机微分方程，并对椭球形水滴的运动形态及漂移距离进行检验，验证了椭球形水滴随机运动数学模型的正确性。应用该数学模型计算得到了不同条件下椭球形水滴的离散系数，结果表明：运动过程中的椭球形水滴，因大量空气分子的随机力作用以及水滴迎风面积变化所受到的随机影响作用，与水滴的弗劳德数成正比。
2025 Vol. 44 (8): 11-19 [摘要] ( 74 ) PDF (2489 KB)  ( 77 )
20 融合自适应特征与优化KELM的抽蓄机组振动预测
付文龙, 祝鑫锋, 熊浩伟, 相莹, 邵孟欣, 孔泽昊, 孙政
DOI: 10.11660/slfdxb.20250803
为了减小振动信号的非线性与非平稳特性对振动预测精度的影响，本文提出了一种融合自适应特征与优化核极限学习机（KELM）的抽蓄机组振动预测方法。首先，利用改进的自适应噪声完全集成经验模态分解（ICEEMDAN）对振动信号进行分解，获得不同频率成分的本征模态分量；其次，采用自编码器（AE）对所得分量进行自适应特征提取，动态捕捉关键特征；然后，建立KELM预测模型分别对各分量进行预测，并提出差分进化—改进哈里斯鹰算法（DEIHHO）对KELM的正则化参数与核参数进行优化，进而叠加各分量预测结果得到机组振动的最终预测结果；最后，通过实例验证表明，所提方法具有较好的预测性能，能够有效提高抽水蓄能机组振动预测的准确性。
2025 Vol. 44 (8): 20-30 [摘要] ( 52 ) PDF (1109 KB)  ( 56 )
31 深厚覆盖层高面板坝碎石桩抗震加固效果分析
王昭, 王睿, 王荣鑫, 王克, 刘超, 武明鑫, 姚虞, 张建民
DOI: 10.11660/slfdxb.20250804
强震环境下深厚覆盖层高面板坝的抗震加固设计是工程界的难题之一。为研究深厚覆盖层高面板坝碎石桩抗震加固效果，本文采用砂土液化大变形本构模型，在自主开发GEOSX数值仿真平台上开展了高性能动力弹塑性流固耦合分析，揭示了深厚覆盖层高面板坝“两岸大，中间小”的三维动力响应规律和抗震性能，发现在河谷中部覆盖层较厚位置处仅对表层覆盖层土体进行碎石桩加固效果非常有限，在两岸附近覆盖层较浅位置覆盖层加固效果较好。提出的两岸加密碎石桩加固方案在实现更优抗震性能的同时相较于均匀布置碎石桩方案用桩量大幅减小80%，接缝变形减小超过26%。
2025 Vol. 44 (8): 31-43 [摘要] ( 50 ) PDF (3275 KB)  ( 56 )
44 碳纤维水工沥青混凝土力学性能试验研究
寇佳亮, 任玉婷, 李豹, 刘云贺
DOI: 10.11660/slfdxb.20250805
为了研究温度和加载速率对碳纤维沥青混凝土力学性能变化的影响，进行不同温度和速率下小梁弯曲和单轴压缩试验，揭示不同环境条件下碳纤维沥青混凝土的小梁弯曲和单轴压缩应力-应变关系。试验结果表明：当温度从20 °C降低至-20 °C且加载速率为1.67 mm/min时，抗弯拉强度变化区间为1.30 ~ 11.10 MPa；在速率为1 mm/min时，抗压强度从2.41 MPa增加到31.10 MPa。可以看出：速率相同时，温度对碳纤维沥青混凝土的抗弯拉强度和抗压强度影响较大。当温度为20 °C，加载速率从1.67 mm/min增加至16.7 mm/min时，抗弯拉强度从1.03 MPa增加至2.5 MPa；速率从1 mm/min增加到10 mm/min时，抗压强度从2.41 MPa增加到3.81 MPa。在相同温度下，抗弯拉强度和抗压强度都随着速率增加，但其增长较缓慢。分析试验数据得到同一温度和速率下碳纤维沥青混凝土抗弯拉强度和抗压强度之间的关系式。
2025 Vol. 44 (8): 44-56 [摘要] ( 47 ) PDF (2109 KB)  ( 24 )
57 平朔矿区矿井涌水智能溯源及采煤策略干预分析
李卫红, 王明阳, 王聪聪, 王恩志, 周婷, 刘占奎, 谷洪彪, 贾自立, 胡国新
DOI: 10.11660/slfdxb.20250806
采矿活动影响矿区地下水离子浓度的含量，采煤策略的改变对不同含水岩组的影响存在显著异质性，沿用水化学特征经验值判别水体来源可靠度不足。本研究采用因果推断模型描述水化学特征的演化情况和异质性特征，提出了基于随机森林和广义随机森林的矿井水溯源推断模型。基于平朔矿区近20年的地下水化学检测数据，结合随机森林模型和数据增强手段，实现地下含水岩组的智能溯源，准确率提高至97%以上。研究结果表明，采煤策略的调整对含水岩组的影响显著，尤其是采空水和砂岩水，表现出强烈的离子浓度异质性，进而影响溯源模型的判别能力。本研究揭示了采煤策略调整对含水岩组水化学特征的变化机制，为矿区水资源管理优化提供了科学指导。
2025 Vol. 44 (8): 57-70 [摘要] ( 47 ) PDF (5016 KB)  ( 24 )
71 骨料最大粒径对防渗层沥青混凝土性能影响研究
李炎隆, 库得热提·热哈曼, 董静, 刘云贺, 陈俊豪
DOI: 10.11660/slfdxb.20250807
为了研究大粒径骨料在沥青混凝土防渗面板材料中的适用性，并在提高沥青混凝土力学性能的同时降低材料成本，本文将防渗层沥青混凝土骨料最大粒径Dmax由16 mm提高至26.5 mm和31.5 mm。通过配合比试验获得三组不同最大粒径沥青混凝土最优配合比参数，并进行劈裂、单轴压缩、拉伸及斜坡流淌试验，对比三组不同最大粒径沥青混凝土各项性能优劣，分析了骨料最大粒径对其性能的影响。结果表明，骨料最大粒径对沥青混凝土配合比参数和性能具有显著影响。随骨料最大粒径的提高，级配指数增大，骨料比表面积减小，油石比降低（由7.0%降至6.2%），从而有效降低了材料成本；同时，通过适当提高骨料最大粒径，有助于提高沥青混凝土劈裂强度（提高4.02%）、抗压强度（提高14.07%），并降低斜坡流淌值。但骨料最大粒径过大时，抗拉强度下降（降低5.78%），破坏模式主要以脆性破坏为主，材料适应变形能力会有所减弱。本文旨在为大粒径骨料在抽水蓄能电站面板防渗层沥青混凝土适用性研究提供参考依据。
2025 Vol. 44 (8): 71-80 [摘要] ( 54 ) PDF (2034 KB)  ( 24 )
81 球形颗粒应力解析与起裂快速评估：从单体到堆积体
江汇, 苑耀云, 周元德, 王进廷, 张宪可, 杜修力
DOI: 10.11660/slfdxb.20250808
颗粒材料在自然界和工程实践中广泛存在，其在受压下的内部应力分布和破碎行为对堆石坝、路基等工程结构的变形和稳定性影响重大。本文针对球形颗粒对径压缩工况，基于Hiramatsu-Oka（平松-冈，HO）解与Dean-Sneddon-Parsons（迪恩-斯内登-帕森斯，DSP）解这两类分析解，系统探究球形颗粒内部应力分布特征与起裂机制。结果表明，荷载作用范围显著影响颗粒内部应力和起裂位置分布；两类分析解所得颗粒应力分布较为接近，但DSP解可拓展性更具优势。本文进一步将DSP解拓展至多点受载，提出基于SBFEM（比例边界有限元）-DSP的耦合方法。采用SBFEM高效获取颗粒堆积体接触力分布，结合DSP解的应力叠加原理，实现颗粒堆积体系应力场的求解和起裂破坏区域的快速评估。本研究为深入理解颗粒材料压力作用下的应力分布特征和破碎机制提供理论依据，可应用于颗粒堆积体系的变形与潜在破碎率快速评估。
2025 Vol. 44 (8): 81-92 [摘要] ( 50 ) PDF (3328 KB)  ( 36 )
93 单轴压缩作用下纤维增强耐磨粉煤灰混凝土力学特征参数
覃源, 袁旭东, 吴江江, 赵映铖, 赵靖伟, 段明翰
DOI: 10.11660/slfdxb.20250809
为改善高强耐磨粉煤灰混凝土（HF混凝土）脆性破坏特征，选取聚丙烯纤维（PP）与聚丙烯腈纤维（PAN）对HF混凝土进行增强，并结合数字图像相关技术（DIC）及超声波检测（UT），对纤维增强HF混凝土在压缩损伤过程中的应力-应变特征参数进行分析。结果表明：纤维增强HF混凝土的损伤破坏全过程可分为弹性阶段、塑性阶段、突变损伤阶段、加速损伤阶段和残余破坏5个阶段；聚丙烯纤维PP主要作用于塑性阶段抑制微裂缝的萌生，聚丙烯腈纤维PAN主要作用于突变损伤阶段抑制微裂缝的进一步扩展；当PP掺量0.6 kg/m3、PAN掺量0.6 kg/m3时两种纤维具有最优的混杂效应，相比单掺PP和单掺PAN时峰值应力分别提高了8.35%和4.47%，压缩韧性指数分别提高了23.74%和9.87%。最后，基于CEB-FIP模型和过镇海模型建立了纤维增强HF混凝土应力-应变全曲线模型，并引入改进差分进化算法对模型进行优化，优化后的模型曲线与试验曲线吻合较好。该研究结果可为纤维增强HF混凝土的后续研究和工程应用提供参考。
2025 Vol. 44 (8): 93-104 [摘要] ( 51 ) PDF (1282 KB)  ( 48 )
105 基于优化统计模型的混凝土坝变形异常值自适应识别
肖晟, 杨杰, 程琳, 马春辉, 徐笑颜
DOI: 10.11660/slfdxb.20250810
利用大坝变形监测数据构建安全监控模型，是定量分析大坝变形性态的重要方法。然而，大多现有的变形监控模型在影响因子优选和抗异常值干扰等方面存在显著不足。为此，本文提出了一种基于优化统计模型的混凝土坝变形异常值自适应识别方法，该方法能够在回归建模的同时识别异常值，从而避免数据清洗过程中因误删异常值而导致的监控模型失真。首先，引入贝叶斯模型选择技术，对影响混凝土坝变形的冗余因子进行约简，进而优选出统计建模过程中具有重要影响的解释变量；随后，采用最小截平方和估计对变形监测数据进行稳健回归分析，构建能够自适应识别不同异常类型的混凝土坝变形监控模型；最后，设计实现数据序列中各类异常值的可视化展示，以直观呈现异常位置及其潜在影响。工程应用实例表明，所提方法能够有效识别混凝土坝变形关键影响因子，自适应地克服不同异常类型对回归分析的干扰，从而使回归的显著性增强，拟合优度和预测精度提高，在监测数据异常检测及大坝安全性态的定量分析中具有良好的适用性。
2025 Vol. 44 (8): 105-118 [摘要] ( 50 ) PDF (3169 KB)  ( 70 )
119 双重注意力机制下的水电工程施工安全隐患自动辨识方法
许仁乐, 田丹, 邵波, 钟馨凝, 王秋实
DOI: 10.11660/slfdxb.20250811
为实时精准识别水电工程施工现场中存在的安全隐患，融合通道注意力机制与空间注意力机制，改进YOLOv8算法，提出一种双重注意力机制驱动的水电工程施工安全隐患自动辨识方法。首先，基于YOLOv8网络框架，构建通道注意力机制，自适应强化关键特征，动态表达隐患区域图像特征，并抑制背景噪声影响。其次，搭建空间注意力机制，通过加权重要区域、减少背景干扰，优化特征融合，自适应调整关注度，增强局部细节捕捉和定位精度，提升多尺度隐患检测能力，增强模型的空间特征表示能力。最后，结合实际工程检验模型的准确性与可靠性。结果表明，该方法通过注意力机制能很好应对水电工程施工现场的干扰，施工安全隐患识别精度高达86.2%，优于已有隐患识别模型，可为水电工程施工安全隐患动态管理和精准防控提供技术支撑。
2025 Vol. 44 (8): 119-128 [摘要] ( 66 ) PDF (2717 KB)  ( 57 )
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