水力发电学报
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2026年 45卷 2期
刊出日期：2026-02-25
1
融合特征选择与特征提取的带缝拱坝位移预测模型
蒋成阳, 苏怀智, 徐波
DOI: 10.11660/slfdxb.20260201
为实现对带缝拱坝位移的准确预测，针对现有预测模型未能充分考虑温度滞后效应与裂缝影响，以及位移影响因子繁杂冗余、预测精度偏低的问题，本文提出一种新的预测方法。首先，建立同时考虑温度滞后效应与裂缝影响的带缝拱坝位移监控模型；随后，采用梯度提升回归树（GBRT）对影响因子进行特征选择，剔除无关变量，并利用核主成分分析（KPCA）对保留的温度滞后因子和裂缝因子进行特征提取，构建位移预测数据集；然后，结合樽海鞘群优化算法（SSA）与核极限学习机（KELM），建立SSA-KELM位移预测模型。工程实例结果表明，特征选择与特征提取能够有效削弱无关变量的干扰，降低数据维度，从而显著提升预测精度；与其他对比模型相比，SSA-KELM表现出最佳的预测精度和稳定性，为带缝拱坝位移预测提供了一种新的可行方法，能够为大坝安全监控与运行管理提供科学依据与技术支持。
2026 Vol. 45 (2): 1-14 [
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15
考虑骨料级配和衍生特征的Stacking深度集成混凝土强度预测
蔡志坚, 王晓玲, 张君, 王栋, 吴斌平, 余红玲
DOI: 10.11660/slfdxb.20260202
抗压强度预测对于混凝土施工质量控制具有重要意义。现有抗压强度预测模型多关注于初始配合比的影响，缺乏考虑骨料级配及衍生特征的影响及其可解释性分析。针对上述问题，本研究提出一种综合考虑骨料级配和衍生特征的Stacking深度集成抗压强度预测模型，用于提升抗压强度预测精度和可解释性。该模型采用三种主流集成学习模型与卷积神经网络作为基学习器，以充分利用各主流算法的多样性和异质性。其中，为弥补基于树的模型对超参数敏感以及对高维特征提取能力弱的不足，引入通道注意力机制对卷积神经网络进行改进，进而提升特征提取能力。采用融合注意力机制的多层感知机模型作为元学习器，以降低模型过拟合风险。基于SHAP理论，深入挖掘混凝土强度预测的关键特征及特征交互影响。结果表明，所提模型综合考虑了骨料级配和衍生特征，抗压强度预测精度提高了27.53%。SHAP分析表明，水胶比，水，粉煤灰/水，水泥以及31.5 ~ 40 mm粒径的骨料质量分数为关键的模型驱动因素。本研究所提模型不仅提升了强度预测准确性，还通过可解释性分析揭示了影响混凝土强度的核心参数，为混凝土智能化管控提供了理论指导。
2026 Vol. 45 (2): 15-30 [
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大型闸室泄洪流固耦合场预测重构研究及其数值分析
龚成勇, 翁伟涛, 王银莹, 陈诗明, 郭新玉
DOI: 10.11660/slfdxb.20260203
为了研究大型闸孔泄洪流场与闸室结构耦合机理，分析预测闸室结构应力应变特征，以大藤峡水利枢纽泄洪高孔为研究对象，提出基于流固耦合有限元模拟与BPNN融合的闸室应力位移协同预测方法，实现基于数值模拟数据的数字孪生。首先采用COMSOL平台建立水流-闸室有限元模型，对流量为23400 m3/s、30600 m3/s、39000 m3/s、42300 m3/s和66200 m3/s五种泄洪工况流固耦合过程进行模拟，分别获得闸孔流场特征及其作用下的闸室结构受力规律；在闸室结构和闸孔流场中布设1250个相互映射监测点，以15 s为时间间隔，提取流场的流速、压力、湍流强度和涡量4个参数的数据，同样提取闸室结构应力场应力和位移参数的数据，构建神经网络模型训练数据集；然后以监测点空间坐标和上述流场参数为输入特征，以闸室应力和位移为输出特征，建立BPNN模型，开展神经网络模型训练与泛化能力验证。结果表明：所建BPNN模型对闸室应力和位移预测的决定系数R2分别为0.9753和0.9869，其预测精度高；应力预测中有95.95%的数据样本误差在10%内，其中最大绝对误差0.097 MPa；预测结果中位移有99.13%的数据样本误差也在10%内，最大绝对误差为0.395 mm，低于0.45 mm的闸体接缝容许变形阈值。通过研究验证，所提的协同预测方法可行，所建立的BPNN模型对闸室应力位移预测可靠；证明所提的研究方法科学可行。
2026 Vol. 45 (2): 31-45 [
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46
物理编码数据驱动本构在堆石坝应力变形分析中的应用
贺志涵, 马刚, 周伟, 汪泾周, 李炎隆, 胡锦方
DOI: 10.11660/slfdxb.20260204
近年来，学者们尝试将科学智能范式（AI4S）应用于水利水电工程的各个领域，如利用数据驱动技术进行工程材料的本构建模。然而，数据驱动本构模型的泛化能力和鲁棒性不强，现有研究多停留在简单算例上，其在复杂工程问题中的适用性需进一步验证。为此，本文采用团队提出的编码广义塑性理论的神经网络本构模型（GPM-PeNN），利用拉哇高面板堆石坝筑坝料的合成数据集进行模型训练，并通过用户自定义材料子程序（UMAT）编入通用有限元软件ABAQUS中，用于模拟堆石坝填筑阶段的应力变形响应。对比基于传统本构模型的有限元计算结果，基于物理编码神经网络本构模型的计算结果符合一般规律，具有较高的精度和良好的收敛性，验证了数据驱动本构模型应用于实际工程的可行性。
2026 Vol. 45 (2): 46-57 [
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计及水电特性的青海多能互补储能优化配置
何品坤, 马俊, 刘初磊, 刘庭响, 李正曦, 彭杨, 肖峰
DOI: 10.11660/slfdxb.20260205
针对青海电网高比例新能源接入下风光波动与水电丰枯差异叠加的调节与消纳难题，本文构建了一种计及水电出力特性及其与新能源互补特性的储能容量双层优化模型，通过引入分时段水电运行约束，将水电特性量化并嵌入模型之中。结果显示：基于青海电网某典型年数据，在计及水电分时段约束的基准场景下，优化所得储能配置为526 MW/1578 MWh，储能时长3 h，新能源利用率91%。进一步改变水电运行方式为无约束、全年宽约束和全年窄约束，所得新能源利用率分别为84%、88%、86%。证明了考虑水电特性，量化水电运行约束可有效提升储能配置结果的合理性与工程适用性，从而促进新能源消纳。
2026 Vol. 45 (2): 58-67 [
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水电工程库周碳储量时空演变及驱动因素分析
马芳平, 彭放, 冯兴国, 胡静, 王皓冉, 何文艳, 张红
DOI: 10.11660/slfdxb.20260206
为夯实水电工程低碳属性，本研究以大渡河中游2010年底投产的瀑布沟水电工程为对象，基于1990—2023年土地利用数据，运用InVEST模型和地理探测器，分析库周区域碳储量时空演变及驱动机制。结果显示，研究期内土地利用经历“自然演替-工程扰动-生态调整”三阶段，林地始终为优势地类，占比逐步升至70.22%。碳储量空间上呈“高海拔富集、低海拔稀疏”特征，时间上年均增长0.11%，表明在水电工程建设运营的背景下，库周区域通过生态恢复实现了碳增汇，其中林地为碳汇核心贡献者。碳储量空间分异由自然因子主导，社会经济因子影响较弱，双因子交互作用增强分异性。该成果可为高山峡谷区水电工程的低碳效益评估提供新视角，为库周区域生态管理提供科学依据。
2026 Vol. 45 (2): 68-83 [
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龙门-三门峡河段冲淤拐点变化及其对潼关高程的影响
温志超, 黄哲, 肖勇, 鲁俊, 高兴
DOI: 10.11660/slfdxb.20260207
潼关断面是黄河中游水库群联合调度中水沙输移的重要节点。本文基于三门峡水库“蓄清排浑”运用以来实测数据，研究龙门–三门峡河段冲淤时空分布特征与潼关高程演变规律。结果表明，龙潼河段非汛期冲刷、汛期淤积，而潼三河段冲淤规律与之相反，即在龙三河段存在泥沙冲淤转变的拐点。2010—2021年，非汛期由冲转淤的拐点集中在潼关断面上游龙潼河段的河尾段，其位置主要与龙门站非汛期水流能量有关，水流能量每增加1×106 J/m，拐点向下游移动约19.45 km；汛期由淤转冲的拐点集中在潼关断面下游潼三河段的库尾段，水流能量每增加1×106 J/m，拐点向上游移动32.10 km。同一水文年内非汛期/汛期两拐点分别是游荡型河段沿程冲刷的终点与库区河段冲刷的起点。两个拐点间河段长期处于微冲微淤状态。潼关断面恰位于两拐点之间，其高程与两拐点的间距呈正比关系。拐点间距越大表明冲刷效率近似为零的河段范围越大，潼关高程愈难以有效降低。通过进一步改善黄河中游水沙关系，提高龙三河段水流能量，是降低潼关高程的有效措施。
2026 Vol. 45 (2): 84-95 [
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抽蓄机组水轮机工况无叶区压力脉动特性与溯源研究
王晨旭, 广伟龙, 肖若富, 姚志峰, 陶然, 梁权伟, 靳发业
DOI: 10.11660/slfdxb.20260208
抽水蓄能电站中水泵水轮机近年来对水轮机工况的宽负荷运行需求越来越急迫，但其小开度低负荷工况下压力脉动显著加剧，对机组安全稳定运行构成潜在威胁。本文采用压力脉动溯源网络（PTN）方法，对一个长短叶片（5长+5短）转轮形式的水泵水轮机开展了研究，分析了不同水头、不同导叶开度和负荷下水轮机工况无叶区的压力脉动特性。研究发现，水轮机工况下无叶区压力脉动成分复杂，存在典型的0.33倍转频（0.33fn）、1倍转频（fn）、3倍转频（3fn）、0.5倍叶频（5fn）及1倍叶频（10fn）等压力脉动成分，其中1倍叶频（10fn）与0.5倍叶频（5fn）对无叶区压力脉动的影响最为显著；同时压力脉动相位特性分析表明，其主频压力脉动会向上下游不同程度扩散，进而影响全流道的流动稳定性。研究成果可为水泵水轮机转轮提升宽负荷运行性能的优化设计提供参考。
2026 Vol. 45 (2): 96-105 [
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可逆式转轮不同迷宫密封结构流动特性研究
郑应霞, 吴道科, 舒崚峰, 陈勇, 付晓龙, 宫汝志, 王洪杰
DOI: 10.11660/slfdxb.20260209
针对飞逸工况下水泵水轮机的转轮迷宫密封内复杂流动能量耗散机理不明及对整机水力性能影响尚不清晰的问题，采用高精度三维计算流体力学与熵产理论相结合的方法，对比研究了阶梯型、梳齿型及斜齿型三种上冠迷宫环的水力特性与能量损失机理。结果表明：在三种上冠间隙密封中，斜齿型迷宫环因引入周向旋流，总熵产损失最高，表现出优异的密封性能。梳齿型也能有效抑制泄漏流量，显著降低轴向水推力，但斜齿型易增大径向力并引起轴向水推力的剧烈波动，阶梯型的性能介于两者之间。并且研究发现迷宫环结构还间接影响转轮及活动导叶区域的熵产与涡系发展。研究表明，上冠间隙迷宫环设计需统筹局部耗散与整机稳定性，梳齿型适于控制轴向水推力，斜齿型适用于高密封性能需求。本研究可为水泵水轮机转轮迷宫密封间隙的优化设计提供理论依据。
2026 Vol. 45 (2): 106-114 [
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新型鳍环式水平轴水轮机水动力性能与参数优化
宋科, 宦惠庭, 魏留闯, 王永利
DOI: 10.11660/slfdxb.20260210
潮流能水轮机是海洋能开发利用中的核心装备。为拓展其适用范围，本研究采用计算流体力学方法，对一种新型鳍环式水平轴水轮机开展了三维数值模拟研究。该水轮机采用非常规结构设计，主要由中心轮毂、7个同心环及88片鳍板组成。首先，对原始水轮机的水动力性能进行数值模拟，并利用文献中的实验数据验证模型可靠性。随后，针对鳍板的两个关键设计参数（拱度与攻角），进行参数化分析，系统探究了不同拱度与攻角组合下水轮机的水动力性能，确定了最优设计方案。研究结果表明：采用拱度10 mm、攻角20°的组合可在“导流效率”与“阻力损失”之间实现最佳平衡，从而显著提升水轮机性能。最优参数组合的峰值功率系数达到0.42，对应叶尖速比为1.8。此外，相较于传统水平轴与垂直轴水轮机，鳍环式水轮机在能量捕获效率及生态友好性等方面展现出一定优势。本研究揭示了该型水轮机的水动力特性，为其参数匹配提供了定量依据，也为潮流能水轮机的创新设计提供了新思路。
2026 Vol. 45 (2): 115-124 [
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