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  • 水利学报
  • 2025年 第56卷 第12期
  • 出刊日期:2025-12-28
《水利学报》创刊于1956年,是中国水利学会、中国水利水电科学研究院、中国大坝工程学会主办的综合性学术刊物,是水利行业创刊最早、国内外最具影响的学术期刊,在水利工程类核心期刊中排第一位,被国内外多家检索系统收录。《水利学报》刊登反映水利、水电、水运领域较高水平的学术论文、专题综述和工程技术总结,开展学术论文的讨论和评论,介绍国内外科技动态和消息。主要专业范围包括:水文及水资源、防洪减灾、灌溉排水、水力学、泥沙、河港水运、岩土工程、水工结构及材料、水利水电施工及监理、水力机电、水利经济、水环境、水利史研究等。

2025年第56卷第12期

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  • 基于水荷载增量过程的高压隧洞钢筋混凝土衬砌设计方法
    苏凯,周鑫,龚睿,王向坤,胡志根
    水工隧洞施工开挖、衬砌完建和充水运行等工序造成了水力边界条件的有序改变,带来了水荷载的增量效应,在衬砌设计时不可忽略其影响。本文通过建立高压隧洞透水衬砌理论模型,结合静水压力和水击压力的作用特征,分别以体力与面力形式考虑荷载作用,提出了一种基于水荷载增量过程的高压隧洞钢筋混凝土衬砌设计新方法,研究了衬砌与围岩有条件联合承载机理,给出了衬砌限裂设计的优化方向。研究结果表明:(1)基于水荷载增量过程的钢筋混凝土衬砌设计方法能够更准确地反映隧洞的承载特性,弥补了传统透水衬砌法不能考虑水击荷载作用下钢筋应力、裂缝宽度二次骤升等问题的不足;(2)衬砌与围岩间的结合状态是影响衬砌力学行为和结构设计的重要因素,施工完建期在外水荷载作用下衬砌脱离围岩,形成二者独立承载的状态,可在衬砌结构中形成预压应力,有利于运行期衬砌结构安全;(3)建议衬砌设计时以提高围岩强度、降低围岩透水性为主,以降低衬砌厚度、增加配筋率为辅,实现衬砌的限裂优化设计。
    2025  Vol.  56(12):    1543-1555    [摘要](25)    [PDF](20)
  • 基于大语言模型的水库调度知识图谱智能构建
    冯仲恺,林腾,牛文静,肖洋,杨涛,唐洪武
    受气候变化与人类活动双重影响,水库调度面临多源异构数据激增、知识关联性弱化等挑战,传统知识管理模式难以支撑精细化决策需求。针对水库调度知识碎片化、语义关联缺失等问题,本文提出融合大语言模型(LLM)与深度学习技术的知识图谱智能构建方法。首先,构建覆盖水文要素、工程属性、调度方法、约束条件及优化模型的多维知识体系,设计面向非结构化知识的知识抽取框架,采用动态编码文本语义特征,通过BertBiLSTM-CRF模型实现水库调度实体边界识别,结合注意力机制提升调度方法、调度模型等专业实体抽取效果;其次,提出基于语义角色标注与依存句法分析的关系抽取策略,建立水库调度知识冲突消解规则,解决跨文献实体对齐难题。基于国内核心期刊文献等资料构建的水库调度知识图谱包含1590个实体和922组关系,实体识别准确率、召回率分别达97.38%和97.96%,F1值较传统BiLSTM-CRF与BiLSTM-CNN模型分别提升13.29%与13.02%。应用表明,知识图谱可充分展现水库调度知识的拓扑关联,支持调度知识推理、知识问答等应用,可为流域水库群智能调度提供可扩展的知识中枢,其构建范式对水利数字孪生体系建设具有理论借鉴意义。
    2025  Vol.  56(12):    1556-1569    [摘要](26)    [PDF](22)
  • 长距离输水渠道系统水温-水位协同调控模式研究
    管光华,熊发京,殷心盼,毛中豪,王康
    长距离输水工程冬季运行时的结冰过程限制了渠道输水能力,引离线水库下层温水入渠可提升渠道水温,有效缩短渠道结冰的时空范围,提升冬季输水量。若水库在整个冬季对渠道以恒定流量供水,将导致水库水资源浪费;且现行渠系控制模式多采用下游常水位控制,不变的水库来流会导致下游控制点水位偏离目标值,增加渠系自动控制难度,甚至引发渠道漫顶。因此,本研究设计了长距离输水渠系水温控制器,根据控制点水温动态调整水库补渠流量,以节省水库放水量;并提出长距离输水渠系水温-水位协同调控模式,在传统水位反馈控制器的基础上,引入水温控制器输出的水库补渠流量作为水位控制器的前馈,以辅助下游控制点水位保持稳定。结果表明,在研究渠段,水温控制器可保持控制点水温处于0.5~2℃,使入流点至控制点之间不发生冰情,且相比恒定入流方案节约20%水库水量。在水温-水位协同调控下,渠道下游控制点水位会提前降低,以承受水库来流,随后水位根据水库补渠流量的变化动态调整,并在4~5 d内恢复至目标值附近。该研究提出的水温-水位协同调控模式,能在保证渠道增温效果的同时,节约水库引水量,并保证渠道输水的稳定。所提出的协同调控思路对复杂系统的多目标调控具有一定参考意义。
    2025  Vol.  56(12):    1570-1583    [摘要](11)    [PDF](11)
  • 考虑土体参数变异性的高聚物防渗墙土坝地震变形可靠度分析
    薛冰寒,徐瑞超,张舒,方宏远,王复明
    对高聚物防渗墙土坝进行静动力响应分析时,通常将堤坝土体参数简化为空间均匀分布,由于不考虑其变异性,导致计算结果存在偏差。本文基于K-L展开法和广义概率密度演化方法(GPDEM)建立了考虑土体参数变异性的高聚物防渗墙土坝地震变形可靠度分析方法,K-L展开法用于进行土体参数随机场的离散,GPDEM作为新发展的可靠度分析方法被应用于土坝地震变形可靠度的评估。然后,以高聚物防渗墙土坝均质场模型下坝顶竖向永久变形值为安全控制指标,得到了考虑土体参数变异性的土坝地震变形可靠度。最后,对比分析了不同地震动峰值加速度(PGA为0.05g、0.1g、0.2g和0.4g)对土坝高聚物防渗墙墙体沉降的影响规律。结果表明:在输入最大峰值加速度为0.05g的地震波后,坝顶的最大竖向永久变形值平均增加了5.81%,忽略土体参数变异性会高估高聚物防渗墙土坝地震变形可靠度。此外,防渗墙墙体最大沉降值在一定区间内呈现较大的随机性,随着PGA的增加,土体参数变异性对防渗墙的影响会被放大,导致土坝的失效概率进一步增大。
    2025  Vol.  56(12):    1584-1593    [摘要](14)    [PDF](13)
  • 防渗墙槽段接缝界面剪切力学特性研究
    廖明可,王刚,金伟,孙亮
    防渗墙槽段接缝在大坝服役期间的高水力坡降及动水力作用下易发生剪切变形。为探究防渗墙槽段接缝的剪切力学特性,采用实际的防渗墙施工设备在狮子坪大坝下游现场浇筑了试验防渗墙,切取防渗墙槽段接缝原状样进行室内直剪试验。结合高精度三维激光扫描技术,提出了考虑各向异性的三维粗糙度评价方法,建立了新的接缝界面峰值剪切强度模型。结果表明:法向应力、粗糙度和混凝土本体强度对防渗墙接缝界面的剪切强度和破坏形态均有影响;本研究建立的新的接缝界面峰值剪切强度模型具有明显的有效性与优越性。在高法向应力条件下,接缝界面的破坏模式主要为剪断破坏,粗糙度对剪胀效应的影响被弱化;在低法向应力条件下,接缝界面的破坏模式主要为剪胀破坏。建立的新界面峰值剪切强度模型可较准确地预测防渗墙槽段接缝界面剪切力学特性,并合理考虑接缝界面不同的破坏模式,为防渗墙的安全评估提供了理论支撑。
    2025  Vol.  56(12):    1594-1607,1619    [摘要](13)    [PDF](14)
  • 南水北调中线工程冬季水量-水温-水力协同调度研究
    潘佳佳,郭新蕾,陈晓楠,侯召成,付辉,王涛
    南水北调中线工程明渠冰期输水需采用低弗劳德数、小流量运行模式应对水温骤降和冰凌洪水风险,而当前挖潜提升工程的冬季输水能力需求需适时提升明渠流量,如何化解二者矛盾,成为北方水网工程冬季输水亟待解决的关键问题。为破解上述难题,本研究从缩短冰期输水时长和降低冰情影响范围两方面入手,提出中线工程冬季水量-水温-水力协同调度新模式,即从水量上满足用水需求,从水温上延缓冰盖形成,从水力上控制凌情的发展,三者协同、动态调度。在此思路下研究了冬季大流量非冰盖输水技术,即通过加大流量(增大流速)来降低明渠水体在低温环境下的暴露时长,提高水体热容量的同时延缓或控制冰盖形成,并结合关键闸站临界弗劳德数阈值优化提升冬季输水能力。为验证该模式的有效性和水量-水温-水力协同调度作用,构建了南水北调中线全线水温及河冰过程精细模拟模型,并结合现场观测资料开展不同输水流量、气温波动和上游来流水温变化等调度模式下多场景的仿真推演。结果表明,中线干渠冬季大流量输水和上游来流水温的提高可有效提升沿线水体的热容量和水温,流量和水温的增加延缓了冰凌的发展,提高关键闸站临界弗劳德数阈值有助于提升明渠冬季的输水能力。提出的南水北调中线冬季水量-水温-水力协同调度具体方案和阈值可为运行调度提供直接支撑。
    2025  Vol.  56(12):    1608-1619    [摘要](18)    [PDF](14)
  • 卫星与再分析降水产品在无测站区域的精度评价与多源融合
    李伶杰,刘勇,彭志鑫,王银堂,王磊之,苏鑫
    卫星和再分析降水产品可为无测站区域提供降水监测信息源,由于缺乏地面观测,降水产品的精度评价和多源融合仍面临挑战。三元搭配(TC)是不依赖地面观测信息的经典方法,但它仅适用于连续变量,无法降低有雨无雨分类误差。本文融合分类型三元搭配(CTC)与TC,提出适用于无测站区域的卫星与再分析降水产品精度评价与多源融合集成方法CTC-TC。以无固定测站的湖泊为例,开展了鄱阳湖与洞庭湖区域实证研究。结果表明,在精度评价方面,所提方法正确排序了各降水产品分辨有雨无雨的能力,较精准输出了卫星产品的相关系数和均方根误差。在多源融合方面,集成再分析降水ERA5-Land+土壤含水量估算降水SM2RAIN-ASCAT+卫星反演降水GSMaP-MVK的融合数据精度最高,临界成功指数CSI和克林-古普塔效率系数KGE’分别高于0.60和0.49,接近或超过最佳的单一降水产品。与贝叶斯模型平均融合方法相比,CTC-TC提升CSIKGE’均值的幅度分别超过31.2%和6.3%。CTC-TC丰富了卫星与再分析降水产品精度评价与多源融合的方法体系,在无测站区域具有应用潜力。
    2025  Vol.  56(12):    1620-1632    [摘要](12)    [PDF](11)
  • 考虑受水区需水时空不确定的调水工程水量调度与滚动优化研究
    甘甜,王超,蒋云钟,韩昆
    受气候变化与人类活动影响,调水工程受水区需水过程呈现较大的不确定性,基于传统的确定性需水量调度理论方法制定的调度计划执行率不高,调度方案的韧性亟待提升。本研究以胶东调水工程为例,开展了考虑受水区需水时空不确定的水量调度与滚动优化研究。时间变化层面,在三个时刻:历史时刻、年度调度方案制定时与一段调度期后,分别采用数据挖掘模型(DDM)、机会约束规划(CCP)与滚动优化技术,按照“定性分析-定量分布函数分析-滚动修正”的技术链条,对受水区需水的时变性进行分析。空间变化层面,为避免某一县市出现极端缺水,采用主成分-层次分析(PCA-AHP)需水量计算法,将各市尺度需水细分为县尺度需水。针对年水量计划编制,构建了基于CCP的年水量调度模型与滚动优化调度模型,采用迭代求解法进行模型计算,并对调度方案进行可变模糊评价。经可变模糊评价,除95%保证率下的非全年调度方案为良好外,其它方案均达到优秀等级。与基于确定性需水量的常规调度方案相比,本研究所提出的调度方案能适应受水区需水量时空不确定变化,使受水区各地市缺水率更为均衡,实行滚动优化后的调度方案执行率可达100%。
    2025  Vol.  56(12):    1633-1646    [摘要](19)    [PDF](14)
  • 二维水动力模型多GPU分布式数据并行计算方法研究
    丁武,杨芳,王卫光,王汉岗,何用,蔺崇哲
    针对二维水动力模型在复杂流域洪水模拟中的算力瓶颈,本研究构建了基于物理拓扑分域与基于分布式数据并行及NCCL异步通信融合的多GPU异构并行架构,实现非结构三角网格水动力模型的超算级加速。通过物理拓扑保持型计算域分割算法,在保障非结构三角网格邻接关系完整性的同时,实现多GPU间的动态负载均衡;结合基于Godunov有限体积法的分布式数据并行求解框架与NCCL异步通信策略,构建了“计算-通信”协同的异构加速架构。实验验证表明:在二维理想溃坝算例中,模型能精准捕捉溃坝激波传播特征,与理论解保持高度一致。在崂山水库溃坝洪水模拟案例中,利用8块GPU并行计算实现了15.70 s完成2 h的溃坝洪水演进模拟,取得了308.43倍的加速比,其中各子域间的数据通信效率较传统MPI提升了8.67%。该架构支持单节点至跨节点GPU集群的弹性扩展,可为数字孪生流域提供秒级响应的超算级水动力引擎,为推动防洪预报调度从静态预案向动态预演范式提供核心技术支撑。
    2025  Vol.  56(12):    1647-1658    [摘要](10)    [PDF](15)
  • 含调节池串联冲击式电站频率调节稳定性与控制策略研究
    刘熠,张健,俞晓东,陈胜,廖苇嘉
    含调节池串联冲击式电站具有站间水力联系紧密、协同运行控制复杂等特点,过渡过程特性显著不同于常规单级水电站。目前,该类电站输水发电系统稳定性机理尚不明晰,协同运行控制策略亟需进一步研究。本文以含调节池串联冲击式电站为研究对象,首先建立了常规频率调节模式下的系统稳定性分析模型,推导了特征方程并给出了系统稳定性判别条件,理论上论证了当两级电站均采用转速偏差作为反馈信号进行调节时串联电站系统不可能稳定,其失稳机理在于调速器在调节转速的同时加剧了站间流量不匹配,导致调节池水位持续上升或下降,进而诱发二级站失稳。在此基础上,提出了串联电站频率调节的控制策略,即一级站采用频率调节模式,二级站采用调节池水位偏差作为反馈,并通过特征值分析和数值仿真进行了验证,结果表明该策略能有效抑制调节池水位波动失稳并改善整个系统稳定性。最后分析了调节池面积、水位反馈控制参数对系统稳定性和动态特性的影响,结果表明:增大调节池面积将导致调节池水位波动周期和稳定时间增长,增大水位偏差比例增益、减小水位偏差积分增益有利于提高系统稳定性和动态品质。研究成果对保障含调节池串联冲击式电站同步稳定运行具有重要的理论和工程应用价值。
    2025  Vol.  56(12):    1659-1667    [摘要](14)    [PDF](10)
  • 抽水蓄能电站事故闸门动应力演化过程分析研究
    郭苗,黄子豪,江涛,陆冬生,吕朝阳,申艳
    抽水蓄能电站事故闸门是电站水力系统的重要组成部分。本文以某抽蓄电站事故闸门为研究对象,联合SST k-ω湍流模型、VOF流体体积模型与重叠网格技术,研究了相同初始水位不同流量工况下闸门动水关闭过程中关键部位的动应力演化过程及其附近复杂流场演变,数值模拟结果与原型实测结果吻合较好,验证了本文提出的数值模型有效性与精确性。研究结果表明:各工况闸门持住力表现为先短暂减小,随后上升至峰顶并在开度e=0.6~0.45之间维持,最后持住力持续减小直至反向;动水关闭过程中,闸门顶部压强持续增大,底缘压强则先减小后增大;各工况闸门底缘压强T随闸门开度减小而下降。不同工况闸门外部流场变化规律类似,较为剧烈的流速、压强梯度变化主要发生在闸门开度e=0.75~0.25之间,各工况气-液相界面演变剧烈但未有携气水流回流闸前的现象发生。本文构建的数值模型可为相关领域动水关闭过程中动应力演化预测研究提供借鉴,研究结果可为抽蓄电站事故闸门的优化设计提供指导。
    2025  Vol.  56(12):    1668-1678    [摘要](9)    [PDF](12)
  • 基于悬移质、推移质和床沙交换的卵石夹沙河床粗化概率计算模型
    冯志毅,邓安军,乐茂华,吕瑞茹,冯胜航,凌菲
    河流上修建水库后,坝下游往往发生持续冲刷导致河床显著粗化。常用的床沙粗化计算模型多聚焦推移质与床沙或悬移质与床沙的单一交换过程,较少系统考虑床沙粗化过程中悬移质、推移质和床沙相互转化的物理机制。然而,山区河流的河床组成粒径范围宽,跨越多个数量级,不同粒径泥沙颗粒的动力学特性及运动状态差异大,不同运动形式的泥沙彼此之间转化频繁,有必要系统考虑床沙粗化过程中“悬移质-推移质-床沙”的交换机制,并构建相应的计算方法。基于泥沙运动统计理论,结合活动层沙量平衡原理与Markov泥沙转移概率矩阵,系统考虑床沙起悬、推移质落淤及悬移质落淤等泥沙冲淤交换过程及活动层厚度动态变化对床沙粗化进程的影响,建立了考虑“悬移质-推移质-床沙”交换机制的卵石夹沙河床粗化概率计算模型。通过汉江丹江口水库下游实测河床粗化资料和室内水槽试验数据对模型进行验证,结果表明本文模型能够准确预测粗化层级配及特征粒径变化,可动态反映水流冲刷与河床粗化的动态响应机制。通过实测与试验数据验证,表明在研究床沙粗化问题时,考虑床沙起悬和推移质、悬移质落淤过程是必要的,全面反映“悬移质-推移质-床沙”交换机制的河床粗化计算模型的物理机制更加完善,可显著提高卵石夹沙河床粗化的计算精度。
    2025  Vol.  56(12):    1679-1688    [摘要](13)    [PDF](13)

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