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  • 水利学报
  • 2025年 第56卷 第8期
  • 出刊日期:2025-8-28
《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8期

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  • 水电基地常蓄结合式再开发多元结构与多样化调控模式
    郭爱军,畅建霞,王义民,王学斌,贾岱,牛晨
    依托流域已建、在建水电基地,融合发展抽水蓄能电站,实施水电基地常蓄结合式再开发,是应对当前新型电力系统风光新能源严峻消纳形势的创新性途径。本文重点剖析了常蓄结合式水电基地的多元开发结构及其复杂水力联系,提出了基地的多样化调控模式;确定了抽蓄电站单独开发与集群开发下的“一库一抽蓄”“N库多抽蓄”多元开发结构,并从机组类型、电站类型、连接类型三方面解读了其结构特点;明晰了常蓄结合式水电基地的工程特色为抽蓄电站与常规水电站库容共享,调控特色为正反双向复杂水力联系,“N库多抽蓄”集群式开发的典型之处为多链路水力联系及水量的逆向累积效应;从日内抽发次数、抽发顺序、抽发强度三方面刻画了抽蓄电站的多样化调控模式,构建了以最大化调峰能力为目标的常蓄结合式水电基地协同调控模型,并结合黄河上游水电基地哇让抽蓄电站(“一库一抽蓄”式)、哇让抽蓄电站+拉尼混合式抽蓄电站(“N库多抽蓄”式)案例,发现水电基地常蓄结合式再开发降低常规水电站日发电量1%左右,但“N库多抽蓄”开发模式的多链路水力联系抬升了河道水库水位,使得常规水电站电量减幅远小于“一库一抽蓄”开发模式。
    2025  Vol.  56(8):    969-980    [摘要](47)    [PDF](33)
  • 长江黄河跨流域多线路成网互济的调水机制研究Ⅰ:机制与模型
    付湘,赵小丹,彭少明,范志鹏,王煜,李云玲
    变化环境下长江黄河跨流域多线路成网互济调水机制研究,对提升黄河流域水资源安全保障能力具有重要的意义。本文针对长江黄河跨流域多线路调水,统筹南水北调东、中、西三条线路各自特点和优势,提出长江黄河跨流域成网互济调水机制的定义、总体架构及其组成部分之间的相互作用关系。围绕跨流域水网的多水源供给、多线路互济、多工程调控、多目标冲突、多主体博弈特征,构建了多尺度、多过程、多要素与多约束的“源-流-网-配”协同优化模型。根据“源-流-网-配”系统的互动特性,建立保障水网高效运行、水资源空间均衡、社会经济发展和生态健康的协同发展目标,提出了基于NSGA-Ⅱ和合作博弈的协同优化算法,以实现水网资源的灵活互济配置。
    2025  Vol.  56(8):    981-990,1001    [摘要](37)    [PDF](31)
  • 三峡实测坝前库水温与坝体温度场分析
    耿峻,张国新,张海龙,程恒,江晨芳
    温度是混凝土坝的重要监测项目,因为它直接关系到大坝的工作性态和安全。本研究基于三峡大坝典型坝段上游坝面及内部的实测温度数据,分析了三峡水库水温和大坝温度随时间和空间的演变规律,揭示了三峡水库这一多沙深库独特的坝前水温和坝体温度分布特征。研究发现:(1)三峡泄洪坝段和厂房坝段坝前年平均水温沿深度方向基本保持等温状态,库底温度稳定在18.4℃,而从淤沙高程到库表,平均水温在19.1~19.4℃之间小幅变化。(2)淤沙内温度接近恒温,淤沙高程以上水温则随季节变化,夏季温度高,冬季温度低,各月水温沿水深方向的分布接近一致,未见库水分层现象。(3)这种坝前库水温分布特征与三峡的库容径流比、各月来水的含沙量、泄洪引水建筑物的布置及调度方式有关。(4)坝体温度场方面,重点研究了最高和最低温度、稳定与准稳定温度场、基础温差和最大温差等关键温度指标的空间分布。由于上游平均库水温接近多年平均气温加辐射热,且与下游坝面温度相近,坝体稳定温度场接近等温状态,温度范围在18.5~21℃,其中坝体上游中下部的温度高于设计预测的15℃。(5)坝体内部最高温度出现在浇筑后的高温峰值时刻,最低温度为接缝灌浆温度。(6)坝体上游淤沙高程以上、下游及泄洪孔洞影响区的温度随季节周期性变化,实测的最高温度、最低温度、基础温差和最大温差等指标均显示出良好的规律性。由于实测淤沙温度和库水温与设计阶段的预测值差距较大,坝体实测稳定温度高于原设计预测值,稳定温度分布接近均匀等温场,使得坝体实际基础温差、上下游温差小于设计预测值,减小了由于温差导致的坝体拉应力,对混凝土防裂有利。
    2025  Vol.  56(8):    991-1001    [摘要](32)    [PDF](22)
  • 考虑长江上游水库群调蓄影响的寸滩站设计洪水计算分析
    孙博凯,郭生练,钟斯睿,徐长江,熊丰,梁志明
    基于三峡入库寸滩水文站1892—2022年流量系列与历史洪水调查资料,分别采用时变P-Ⅲ型适线法、最可能和最不利洪水地区组成法,计算推求考虑上游水库群调蓄影响的寸滩站设计洪水及设计洪水过程线,并与天然情况下的设计值进行对比分析。结果表明:①以改进水库系数为协变量的时变P-Ⅲ型分布模型能捕捉到年最大洪峰洪量的非一致性下降特征;②基于Vine copula函数的最可能和最不利洪水地区组成法可有效求解寸滩站的设计洪水;③上游水库群调蓄影响对寸滩站设计洪水的削减显著,三种方法计算的1000年一遇设计洪峰和7天洪量,与原设计成果相比分别平均减少了34.5%和28.8%。
    2025  Vol.  56(8):    1002-1011    [摘要](27)    [PDF](18)
  • 链生灾害多源数据分析与灾害趋势研究——以“杜苏芮”台风为例
    靳文波,刘永强,房玉东,王棚飞,薛明,刘磊磊
    2023年夏季,受台风“杜苏芮”登陆以及台风水汽北上与冷空气交绥影响,我国东南、华东、华北、东北地区遭受了严重的自然灾害。本文从典型台风灾害链出发,以数据关联实证视角分析了灾害事故调度过程中使用的高等级气象预警、灾情上报、铁塔监测、交通监测、舆情热度等多源异构数据时空区域分布特性与时空变化特性,并比对各类信息与实际灾害严重程度变化的趋势相关性与时间偏离性。结果表明:铁塔监测数据峰值与灾情峰值较为贴近,相比于其他类型数据偏移量要少0.35~2.21 d,可用于快速分析自然灾害整体受灾形势;交通监测数据曲线与灾损曲线贴合度最高,在山洪、地质灾害、流域性洪水等灾害过程中可较好反映出当地灾损变化与灾后恢复情况。以交通大数据监测、铁塔大数据监测等信息作核心要素可为灾区灾情研判、灾后重建评估等提供辅助依据。
    2025  Vol.  56(8):    1012-1024    [摘要](23)    [PDF](23)
  • 基于随机过程的多沙河流河道内塔基局部冲刷研究
    曹帅,刘磊,张红武,张倩
    河道输电跨越工程塔基的局部冲刷尚无统一计算方法,通常借鉴桥墩冲刷进行设计,但二者的冲刷机制与冲刷形态不同,计算结果往往与实际有较大偏差,尤其对于多沙河流并不适用。考虑塔基冲刷过程中作用在周围泥沙颗粒上的力是不确定的,故冲刷坑内各颗粒的运动位置也是随机的,从而在冲刷坑内部形成了一个马尔可夫随机运动场。本文基于泥沙运动和统计理论,分析塔基周围的冲刷形态、泥沙颗粒位置状态和转移概率,根据柯尔莫哥洛夫前进方程推导出颗粒位置状态的平均动力方程组,从而求解得到塔基局部冲刷深度的解析表达式;进一步对塔基冲刷机理进行分析,从时均位置状态转移概率密度的物理意义给出其函数表达式,并根据天然多沙河流实测统计资料及物理模型试验数据,初步确定了解析式中有关参数的取值;最后,通过两组冲刷模型试验对所提出的塔基局部冲刷深度解析式进行验证,结果显示计算值与实测值吻合较好。因此,基于随机过程对塔基局部冲刷进行研究是一种可行的方法,所推求的专用理论计算公式也可作为塔基工程中埋深设计的参考依据。
    2025  Vol.  56(8):    1025-1036    [摘要](28)    [PDF](28)
  • 黄河下游输沙需水量模拟预测研究
    李琳琪,张红武,傅旭东,侯琳,郭庆超,黄海
    黄河下游输沙需水量的合理预测对优化水沙调控、保障防洪安全及提升河道治理效果至关重要。本文引入带有平均含沙量分布系数a*与非饱和系数fS的非平衡输沙方程计算沿程含沙量变化,以河床综合稳定性指标作为河道整治工程的约束程度,构建出黄河下游河段冲淤数值模型,并利用黄河下游实测水沙数据对模型进行验证。通过选取不同来水来沙条件的10组方案进行模拟,研究发现输沙需水量与来沙量呈正相关关系,在来沙量超过5亿t时,需水量增长趋缓。此外,河道整治程度的提高能够有效减少输沙需水量,例如,当河床综合稳定性指标ZW由4提升至4.5时,相同来沙量下的需水量可降低约10%。进一步的模拟预测显示,黄河下游未来年输沙量在2亿~3亿t时,输沙需水量为100亿~155亿m3,且当前水资源配置基本能够满足输沙需求。本研究的成果可为黄河下游水沙调控及河道治理提供科学依据,并对高含沙河流的水沙调控研究亦具有重要的参考价值。
    2025  Vol.  56(8):    1037-1048    [摘要](29)    [PDF](28)
  • 三峡建库前后荆江沙质河段流量-输沙率关系及其变化机理
    周炜兴,孙昭华,杨中华,李芷晴,安姗姗
    三峡建库前后荆江沙质河段内流量-输沙率关系明显变化,会对滩槽冲淤分布产生一定影响。本文收集了三峡建库前后沙市-城陵矶河段内水文、泥沙和河道地形资料,系统研究了建库前后流量-输沙率关系,从漫滩前后断面形态、水动力条件和泥沙输移状态等角度揭示其变化机理及对河道冲淤的影响。主要结论有:三峡建库前流量-输沙率关系曲线在平滩流量以上呈向下偏转,是由于水流漫滩后主槽区输移泥沙以冲泻质为主导,这部分泥沙进入滩地后转化为床沙质而参与造床。在三峡建库后,输沙率曲线在平滩流量以上的偏转特性消失,反而在枯水流量下出现临界特征。这是由于建库后总体滩槽形态、水动力格局虽未发生显著变化,但泥沙粒径粗化导致泥沙输移状态发生由冲泻质向床沙质(漫滩以上流量级)、悬移质向推移质(基流枯水期)的质变。在建库后流量-输沙率关系影响下,主槽发生明显冲刷,滩地淤积速度将会减缓。本文可加强对三峡水库下游沙质河段内平衡/非平衡状态下水沙输移机制理解,并为河道长期冲淤趋势判断提供参考。
    2025  Vol.  56(8):    1049-1060,1071    [摘要](27)    [PDF](25)
  • 鱼类育肥场水力生境指标体系及生态流量研究——以楠溪江香鱼为例
    曹平,白音包力皋,穆祥鹏,许凤冉,董志强,刘佳明
    育肥场既要满足鱼类摄食的需求,又要满足鱼类休憩、避难的需求,构建鱼类育肥场水力生境指标体系是量化鱼类育肥场功能特性及推求育肥适宜生态流量的基础。本研究从育肥场整体功能及水流空间异质性出发,选用水深、流速、弗劳德数、流速梯度、动能梯度5个指标作为育肥场水力指标层;深潭、急流、浅滩、岸边缓流4个指标作为栖息地斑块层;斑块面积比、水域面积比、香浓多样性指数、聚集度4个指标作为斑块景观指标层,结合各指标对鱼类育肥的生态意义构建了3层、13个指标的鱼类育肥场水力生境指标体系。并采用二维水动力模型,分析了楠溪江香鱼育肥河段内水流变化特征、斑块分布及变化特征,以及香鱼育肥期适宜流量范围。结果表明:育肥河段的水力生境指标及其分布随着流量的变化而变化,在流量89.09 m3/s附近,各类型斑块相间分布,斑块面积比之间差异小,多样性指数最高,可作为香鱼育肥场的适宜生态流量。研究结果可为鱼类育肥场的保护与修复提供科学依据。
    2025  Vol.  56(8):    1061-1071    [摘要](33)    [PDF](24)
  • 地下厂房洞室群施工通风频率IHPO-XDF鲁棒预测模型
    王晓玲,郭章潮,余佳,余红玲,刘长欣,吴斌平
    水电站地下厂房洞室群洞室布置纵横交错、通风死角多、风流组织素乱,确定合适的施工通风频率是保障通风安全的关键。但其施工过程中存在的电磁干扰和爆破振动常导致环境监测数据出现噪声与缺失现象,而现有基于机器学习的施工通风频率预测模型对异常值十分敏感,模型鲁棒性差。针对上述问题,选择深度森林(DF)模型作为通风频率预测的基础模型,并将其中的随机森林基学习器改进为极致梯度提升树(XGBoost),利用XGboost的梯度提升机制以及正则化策略增强模型的鲁棒性和泛化能力;此外,采用改进的猎人猎物优化(IHPO)算法对DF模型进行超参数优化,以弥补传统人工调参难以获得最优超参数的不足,从而构建出地下厂房洞室群施工通风频率IHPO-XDF鲁棒预测模型。进一步,基于Shapley加性解释(SHAP)对IHPO-XDF模型进行可解释性分析,挖掘影响施工通风频率预测结果的关键特征。案例研究表明,与XGBoost改进的DF模型、传统DF、梯度提升决策树(GBDT)和决策树(DT)4种模型相比,本文模型在预测精度方面分别提升3.48%、5.01%、13.13%和13.48%,且在异常值环境下预测精度降低幅度最小,表现出良好的鲁棒性。
    2025  Vol.  56(8):    1072-1083    [摘要](16)    [PDF](19)
  • 河湖库清淤工程底泥评价的研究进展
    朱伟,王意超,朱瑜星,陈诺,王心怡
    我国正处于河流湖泊水库淤积治理的重要时期,面临着清淤量大、类型复杂及工程要求多目标的挑战。现代“淤积治理”与传统“工程疏浚”有较大的不同,更加强调水资源利用、水环境保护和水生态健康。确定清淤对象的方法正从“断面评价”向综合考虑资源、环境、生态功能的“多目的评价”发展。因此,清淤工程对底泥评价方法提出了更复杂的要求,如何进行底泥评价成为了决定工程效益的重要内容。本文梳理总结了我国河湖库淤积治理的实际类型以及当前使用的各种评价方法,并参考国际上底泥评价的各种标准和指南,对其使用方法进行了综述和总结。研究认为:底泥评价需要根据淤积治理的目的,对“断面评价法”“污染物评价法”“底质评价法”或“包络线评价法”进行选择。虽然我国当前因底泥污染而清淤的工程众多,但针对底泥污染进行评价的方法仍需完善。国外制定了多种污染物评估指南,更多关注于重金属和有机污染物的评价。由于与发达国家治理阶段不同,我国目前更多关注有机污染和富营养化问题。针对我国底泥污染主要是有机污染(有机质)和营养盐释放(氮磷)的现状,建议采用实态释放实验或数值模拟的方法进行底泥评价,且释放实验的环境条件应更加关注底泥-水界面实际溶解氧的变化。
    2025  Vol.  56(8):    1084-1094    [摘要](25)    [PDF](30)
  • 基于HC-PGA的混凝土坝施工水平运输多目标调度优化模型构建与分析
    崔博,赵科皓,佟大威,蔡志坚,宋本扬,张晓君
    在混凝土坝工程施工进度与成本管理中,迫切需要统筹考虑坝料、渣料、骨料的水平运输调度优化方案,而在路径规划与任务分配中严格的逻辑关系带来了常规算法无法有效解决高约束遗传算子问题。为此,本文首先梳理混凝土坝运输车调度的底层逻辑,构建出混凝土坝施工水平运输多目标优化调度数学模型;然后以单亲遗传算法(PGA)作为主体优化手段,引入哈密顿回路寻优对初始解进行筛选,并使用Logistic混沌映射确定单亲遗传算法变异算子的位置,来解决由混凝土坝施工现场道路条件及运输任务逻辑关系所导致的高约束性(High constraint)问题;最后提出高约束单亲遗传算法(HC-PGA)来计算最佳调度方案。将上述模型应用至我国西南某混凝土坝工程的运输车调度中,工程实践结果表明,本文所提模型相比常规遗传算法模型、传统人工经验调度方法,在静态调度情况下分别可节省约17.86%、50.13%运输成本,提高16.7%、50%的作业效率,可实现动态调度,在提高混凝土坝运输效率、优化运输距离继而降低成本、减少能耗方面具有优势。
    2025  Vol.  56(8):    1095-1107    [摘要](20)    [PDF](18)

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