2014年4月第2期（总第144期）




(双月刊)




目 次




负弯矩作用下预应力组合梁的抗弯承载能力研究………………………………………胡少伟，龚洪波(1)大马洲水道演变特点与丙寅洲守护方案研究……………………赵志舟，彭凯，高辰龙，曾涛，徐锐(8)




扶壁式坞墙稳定性可靠度分析和分项系数法设计………高树飞，贡金鑫，刘永绣，赵晓岚，杜建圣(17)




基于可靠度随机有限元法的海洋混凝土结构耐久性分析………洪斌，杨绿峰，文涛，陈正，蒋琼明(26)




不同环境中杂散电流对钢筋混凝土腐蚀影响………………………陈迅捷，欧阳幼玲，钱文勋，何旸(33)




优化BP神经网络的位移预测模型…………………………王雪红，刘晓青，陶海龙，钱文江，赵泱军(38)




基于PSO的梯级水库联合防洪调度……………………………………………………郭武，黄兵，李玲(43)




基于物联网的燕山水库大坝智能巡检系统…………………………王长生，马福恒，何心望，俞扬峰(48)




三维数值模拟在泵站侧向进水前池的应用……………………………王芳芳，吴时强，肖潇，况曼曼(54)




基于多元变量组合的回归支持向量机集成模型及其应用……………………………………… 崔东文(66)




青田水利枢纽通航水流条件试验研究……………………………………………姜楚，赵建钧，辜晋德(74)




导流板对桥墩周围紊动特性的影响………………………………………………………解刚伟，沈小雄(81)




瓯江三溪口航电枢纽引航道布置优化试验研究…………………………李艳富，杨宇，韩昌海， 李 君(89)




小波分解高、低频双自回归模型及其在水质监测中的应用




………………………………………………………………陈吉江，毛洪翔，李鹏程，夏国团，章卫军(95)




长江重庆河段卵砾石推移质无量纲输沙率研究………………………………………楚万强，曹明伟(100)




HYDRO-SCIENCE AND ENGINEERING




(Bimonthly)




Apr. 2014 No.2 (Total No.144)




CONTENTS




Bearing capacity research of prestressed steel-concrete composite beams under action of negative bending moments




………………………………………………………………………HU Shao-wei, GONG Hong-bo(1)




Analysis of Damazhou waterway evolution characteristics and bank protection schemes of Binyinzhou shoal of the Yangtze River




…………………………………ZHAO Zhi-zhou, PENG Kai, GAO Chen-long, ZENG Tao, XU Rui(8)




Reliability analysis and sub-coefficient method design for stability of counterforted quay wall




…………………GAO Shu-fei, GONG Jin-xin, LIU Yong-xiu, ZHAO Xiao-lan, DU Jian-sheng(17)




Stochastic finite element reliability analysis of durability of concrete structures exposed to marine environment




……………………… HONG Bin, YANG Lu-feng, WEN Tao, CHEN Zheng, JIANG Qiong-ming(26)




Influences of stray current on corrosion behaviors of reinforcing steel bar in concrete placed in different environments




CHEN Xun-jie, OUYANG You-ling, QIAN Wen-xun, HE Yang(33)




A displacement prediction model based on improved particle swarm-BP neural network algorithm




……………WANG Xue-hong, LIU Xiao-qing, TAO Hai-long, QIAN Wen-jiang, ZHAO Yang-jun(38)




Flood control compensating operation of cascade reservoirs based on particle swarm optimization algorithm




……………………………………………………………………GUO Wu, HUANG Bing, LI Ling(43)




Intelligent inspection system for Yanshan reservoir dam based on the internet of things technology




………………………………WANG Chang-sheng, MA Fu-heng, HE Xin-wang, YU Yang-feng(48)




3-D numerical simulation for side-inlet forebay of a pumping station




………………………………WANG Fang-fang, WU Shi-qiang, XIAO Xiao, KUANG Man-man(54)




Wharf and bulkhead structure selection of Xuwei harbor district in Lianyungang Port




………………………………………………………………………………… PANG Liang, LI Wu(60)




A regression support vector machine integrated model based on multivariate combinations and its application




……………………………………………………………………………………… CUI Dong-wen(66)




Experimental studies on flow condition for navigation of Qingtian hydroproject located at Oujiang River




……………………………………………………………JIANG Chu, ZHAO Jian-jun, GU Jin-de(74)




Impacts of diversion vanes on characteristics of turbulent flow around the piers




……………………………………………………………………XIE Gang-wei, SHEN Xiao-xiong(81)




Optimal experiments of layout of an approach channel for Sanxikou navigable power project




………………………………………………………LI Yan-fu, YANG Yu, HAN Chang-hai, LI Jun(89)




A wavelet autoregressive model and its application to water quality forecast




………………CHEN Ji-jiang, MAO Hong-xiang, LI Peng-cheng, XIA Guo-tuan, ZHANG Wei-jun(95)




Analysis of dimensionless bed-load discharge of the Chongqing reach of the Yangtze River




…………………………………………………………………… CHU Wan-qiang , CAO Ming-wei (100)




负弯矩作用下预应力组合梁的抗弯承载能力研究




胡少伟， 龚洪波




(南京水利科学研究院， 江苏 南京 210029)




摘要：为了对预应力加固老化病害混凝土的修复效果进行评价，研究了预应力施加于连续组合梁的负弯矩区的抗弯性能，完成了4根预应力组合梁在反向跨中集中加载下的静载试验。探讨了不同剪力连接程度对预应力组合梁受力性能的影响，分析了梁的荷载-跨中挠度特征，同时建立了弹性和极限承载能力计算式。研究结果表明，完全剪力连接的组合梁的抗弯刚度和承载力大于部分剪力连接组合梁，但刚度和承载力与剪力连接程度并不成正比例关系。通过承载能力计算值与实测值比较，发现两者误差在10%以内，满足工程精度要求。




关键词：预应力； 组合梁； 负弯矩区； 承载能力




大马洲水道演变特点与丙寅洲守护方案研究




赵志舟1， 彭 凯1， 高辰龙1， 曾 涛2， 徐锐1




(1. 重庆交通大学 河海学院， 重庆 400074； 2. 长江重庆航运工程勘察设计院， 重庆 401147)




摘要：长江中游大马洲水道为微弯河道，上接窑监弯曲分汊河道。监利出口主流的频繁易位直接导致大马洲主流不稳定，滩槽易变，存在进口弯曲、出口宽浅的碍航现象。近期航道整治设计方案的重点是守护丙寅洲与大马洲崩岸，但不足以维护枯水河势及航槽的稳定，建议大马洲河道由“S”型弯道演变至单一弯道时，再进一步采取措施稳定有利河势。通过局部动床模型试验，对丙寅洲不同守护方案的护底排宽度、河漫滩滩面的守护效果进行了试验研究，分析表明初设方案的护底排头前伸接近主槽位置，护底效果优于工可方案；对于丙寅洲上段外滩在主汛期流量下流速大于0.8 m/s时易发生明显冲刷的滩面区域，应采取适当的滩面守护工程措施。




关键词：河漫滩； 航道整治； 护岸； 大马洲水道； 丙寅洲水道； 河床演变




扶壁式坞墙稳定性可靠度分析和分项系数法设计




高树飞1， 贡金鑫1， 刘永绣2， 赵晓岚2， 杜建圣2




(1. 大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室， 辽宁 大连 116024； 2. 中交第一航务工程勘察设计院有限公司， 天津 300222)




摘要：可靠度校准是分析按规范设计的结构的可靠度，分析的是规范规定的结构安全度水平；分项系数设计法采用多个系数反映设计中各变量存在的不确定性，设计的结构比采用单一安全系数法具有更好的可靠度一致性，因此更为合理。结合《干船坞设计规范(水工结构)》(JTJ 252-87)的修订，对扶壁式坞墙稳定性进行了可靠度校准和分项系数法设计。提出了扶壁式坞墙抗滑和抗倾稳定性的设计可靠指标，给出了扶壁式坞墙抗滑和抗倾稳定性验算的分项系数表达式和分项系数的建议值。分析表明，按现行《干船坞设计规范(水工结构)》(JTJ 252-87)设计的扶壁式坞墙抗滑和抗倾稳定性的可靠指标分别为3.1和3.8。根据这一校准结果，确定扶壁式坞墙抗滑和抗倾稳定性验算表达式中的抗力分项系数分别为1.00和1.30。




关键词：扶壁式坞墙； 抗滑稳定性； 抗倾稳定性； 可靠度； 分项系数




基于可靠度随机有限元法的海洋混凝土结构耐久性分析




洪 斌1， 杨绿峰1，2， 文 涛1， 陈 正1， 蒋琼明1




(1. 广西大学 土木建筑工程学院， 工程防灾与结构安全教育部重点实验室， 广西 南宁 530004； 2. 广西壮族自治区住房和城乡建设厅， 广西 南宁 530028)




摘要：为了准确分析氯盐侵蚀下海洋混凝土结构的耐久性，根据可靠度随机有限元法分析了材料参数、结构几何参数和环境作用参数的随机性对混凝土结构服役寿命的影响。首先基于氯盐侵蚀下混凝土结构的正常使用极限状态方程，利用摄动随机有限元法（PSFEM）建立了混凝土结构可靠度分析的梯度优化迭代分析方法，根据预设可靠度水平确定混凝土结构的服役寿命。进而利用灵敏系数分析了氯盐腐蚀下混凝土结构服役寿命对不同随机变量的敏感性。算例分析验证了本文方法具有较高的计算精度和效率。研究表明，混凝土保护层厚度对混凝土结构耐久性影响最大，需要在设计中予以特别注意，而且参数随机性对混凝土结构服役寿命具有显著影响，一旦忽略将导致设计结果偏于不安全。




关键词：氯盐； 混凝土； 服役寿命； 结构可靠度分析； 结构耐久性； 随机有限元； 敏感性




不同环境中杂散电流对钢筋混凝土腐蚀影响




陈迅捷， 欧阳幼玲， 钱文勋， 何 旸




(南京水利科学研究院， 水利部水工新材料工程技术研究中心， 江苏 南京 210029)




摘要：研究了在一般环境、氯化物环境、冻融-氯化物环境中，杂散电流对普通钢筋混凝土和添加适量活性掺合料的耐腐蚀钢筋混凝土腐蚀程度的影响。试验结果表明，在氯盐-杂散电流双重因素腐蚀条件下，氯化物环境加速杂散电流对建筑钢筋混凝土结构的腐蚀。与同水胶比普通混凝土相比，耐腐蚀混凝土内钢筋产生锈蚀的电流密度可提高5倍。耐腐蚀混凝土极大延缓氯盐环境中杂散电流腐蚀破坏时间，较同水胶比的普通混凝土延长15倍。杂散电流的存在加剧了混凝土在氯化物环境中的冻融破坏。




关键词：杂散电流； 钢筋混凝土； 腐蚀； 掺合料； 耐腐蚀混凝土




优化BP神经网络的位移预测模型




王雪红1， 刘晓青1， 陶海龙2， 钱文江3， 赵泱军1




(1. 河海大学 水利水电工程学院， 江苏 南京 210098； 2. 中国水利水电第五工程局有限公司， 四川 成都 610066； 3. 长江勘测规划设计研究有限责任公司 枢纽设计处， 湖北 武汉 430010)




摘要：针对大坝位移预测常规方法存在的问题，基于改进粒子群算法的BP神经网络（IPSO-BP）的大坝位移预测方法，通过IPSO对常规BP神经网络的权值和阈值进行优化，弥补了BP网络的不足，保证了预测精度。以2011-12-21—2013-06-27观测得到的某混凝土重力坝某一典型坝段坝顶的顺河向位移值为研究对象，建立基于IPSO-BP的大坝预测模型并进行仿真分析研究。同时，为了验证该模型的拟合及预测效果，建立PSO-BP模型、利用最小二乘法求解参数的统计模型进行对比分析。上述研究结果表明，此模型预测精度优于常规模型且拟合效果好、预测结果的平均相对误差小，说明此方法有效可行。




关键词：改进粒子群算法； BP神经网络； 混凝土重力坝； 位移； 预测； 仿真分析




基于PSO的梯级水库联合防洪调度




郭 武， 黄 兵， 李 玲




(湖南省水利水电勘测设计研究总院， 湖南 长沙 410007)




摘要：在分析梯级水库联合防洪调度、上下游水库及防洪保护对象之间复杂的水文水力联系和水库群对防洪保护对象防洪补偿调度方式的基础上，建立了梯级水库联合防洪补偿调度模型，并提出了一种基于粒子群算法的模型求解方法。以湖南省资水流域上柘溪与金塘冲水库为例，根据不同典型年的地区洪水组合，通过模型求解拟定了梯级水库联合补偿调度原则。分析研究结果表明，这种基于PSO的梯级水库联合防洪调度原则是合理的，该模型能在一定程度上简化梯级水库联合防洪补偿调度的复杂性，为解决梯级水库联合防洪补偿调度提供了一条简洁有效的途径。




关键词：梯级水库； 防洪调度； 补偿调度； 粒子群算法




基于物联网的燕山水库大坝智能巡检系统




王长生1， 马福恒2， 何心望1， 俞扬峰2




(1. 河南省燕山水库管理局， 河南 叶县 467224； 2. 南京水利科学研究院， 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室， 江苏 南京 210029)




摘要：物联网技术的应用给现代化的大坝安全智能巡检带来了契机。针对目前水库大坝安全巡检中存在的数据散乱、信息孤岛严重和时效性差等诸多问题，将智能化的物联网技术引入大坝安全巡检中，结合传统巡检方法，提出巡检物联网的信息组织方法，以巡检指标为感知和融合对象研究了智能巡检系统架构及组成，探讨了大坝安全巡检指标体系构建、巡检信息融合和作业指导书修订等系统研发的关键技术。结合河南省燕山水库建筑物实际研发了基于物联网的大坝智能巡检系统，并归纳了系统主要功能。该系统的建立对提高水库安全管理具有重要实用价值，值得在类似工程中应用推广。




关键词：物联网； 智能巡检； 系统架构； 信息感知； 安全监测； 燕山水库




三维数值模拟在泵站侧向进水前池的应用




王芳芳1，2， 吴时强1，肖 潇1， 况曼曼3




(1. 南京水利科学研究院， 江苏 南京 210029； 2. 河海大学， 江苏 南京 210098； 3. 长江科学院， 湖北 武汉 430010)




摘要： 泵站布置形式因进水方式不同通常分为正向和侧向两种进水方式，侧向进水时前池来流方向和前池中的主流方向存在夹角，此时由于弯道水流的运动特性，侧向进水前池容易产生主流脱壁、回流和漩涡等不良流态，难以形成良好的水泵进水条件，影响机组的安全运行。针对古德洛尔电厂一期侧向进水泵站前池，采用RNG κ-ε双方程紊流模型封闭雷诺平均的N-S方程，利用SIMPLEC算法对泵站前池及部分引水明渠水流流场进行三维数值模拟，对比分析设计方案修改前后前池水流的流速、涡量、水面线等水力参量分布特性，并以典型断面流速分布均匀度为目标函数分析整流措施前后前池内流速分布均匀度变化，验证了增加合理的整流措施可以有效改善前池流态。




关键词： 进水池； 流场； 紊流； 三维数值模拟； 整流措施； 流速分布； 泵站




连云港徐圩港区码头及驳岸结构选型




庞 亮1，2， 李 武3,4




(1. 河海大学 港口海岸及近海工程学院， 江苏 南京 210098； 2. 连云港港口集团有限公司， 江苏 连云港 222042； 3. 南京水利科学研究院， 江苏 南京 210029； 4. 中交第三航务工程勘察设计院有限公司， 上海 200032)




摘要：通过对连云港徐圩港区驳岸结构选型的研究，讨论影响驳岸结构型式的主要因素。对比爆破挤淤堤、全清淤抛石堤、塑料排水板+砂被抛石斜坡堤和桶式基础结构堤等4种驳岸结构的特点、适用条件、对应码头的结构形式和主要经济技术指标，认为桶式基础结构组合高桩梁板结构方案最适宜徐圩港区的建造发展，而且该方案在资源节约和保证投资效益等方面也有优势。为实现工程综合投资成本最低、效益最大化的目标，基于可行的驳岸结构，比较了与斜坡堤和直立堤分别对应的3种码头结构形式，结果表明，满堂码头桶式基础方案投资效益最优。研究结果可供淤泥质海岸挖入式港区的驳岸结构选型借鉴参考，为浅水深用海域的水工结构设计提供新视角。




关键词：徐圩港区； 驳岸结构； 码头结构； 结构选型； 斜坡堤； 直立堤； 桶式基础




基于多元变量组合的回归支持向量机集成模型及其应用




崔 东 文




(云南省文山州水务局， 云南 文山 663000)




摘要：为进一步提高径流预测的精度和泛化能力，提出基于多元变量组合的回归支持向量机（SVR）集成年径流预测模型，以云南省龙潭站年均径流预测为例进行实例研究。首先，以实例1—10月月均流量作为预测因子，采用相关分析法确定预测因子与年均径流量的相关系数，按照相关系数大小顺序依次选取预测因子，构建2维输入变量~10维输入变量的9种SVR模型对实例后12年的年均径流量进行预测。最后，采用简单平均（SA）和加权平均（WA）两种集成方法对具有较高预测精度的7种SVR模型的预测结果进行综合集成。结果表明：①SVR模型的预测精度随着输入变量维数的增加明显提高。②SA-SVR和WA-SVR模型对实例后12年年均径流量预测的平均相对误差绝对值分别为1.73%和1.79%，最大相对误差绝对值分别为6.34%和6.47%，精度和泛化能力均优于各SVR模型。相对而言，由于采用多个SVR模型进行集成，SA-SVR模型预测效果略优于WA-SVR模型。




关键词：径流预测； 集成模型； 回归支持向量机（SVR）； 简单平均法； 加权平均法




青田水利枢纽通航水流条件试验研究




姜楚1，2， 赵建钧1， 辜晋德1




(1. 南京水利科学研究院， 江苏 南京 210029； 2. 河海大学， 江苏 南京 210098)




摘要：青田水利枢纽虽位于瓯江较为顺直的河段，但受支流、潮汐及下游河道收窄的影响，建成后枢纽通航水流条件较为复杂。基于水工整体物理模型试验，对青田水利枢纽建成后的通航水流条件进行了模拟研究。模型试验研究表明，枢纽及主要通航建筑物布置基本合理，但设计方案在运行中容易出现斜流问题，尤其是在中、小流量情况下，从而影响到船舶安全进出引航道，导致通航保证率得不到保障。试验采取调整导航墙及航线等措施，对原方案进行了优化，最终提出了航道及通航建筑物的推荐布置方案，以及最大通航流量。同时对支流入汇、潮汐影响等问题进行了研究，探讨论证了在推荐布置方案及控制流量下的通航安全性。




关键词：水利枢纽； 通航水流条件； 引航道； 口门区； 物理模型试验




导流板对桥墩周围紊动特性的影响




解刚伟1， 沈小雄1，2




(1.长沙理工大学 水利工程学院， 湖南 长沙 410114； 2. 湖南省水沙科学与水灾防治重点实验室， 湖南 长沙 410076)〖HT〗〖KH+4.5mmD〗〖HJ〗




摘要：水流通过桥墩在桥墩区域形成复杂的三维流场，会对桥墩底部冲刷和桥区通航产生很大的影响，所以控制桥墩紊流区水流形态十分重要。采用RNG κ-ε紊流模型对桥墩绕流进行三维数值模拟，在墩尾设置不同长度导流板，计算分析墩周围的水流紊动强度值。设置导流板后，墩周围X/D=0~5.3断面的水流最大紊动强度值明显减小，而墩后的紊动强度普遍有减小趋势，且长度不同的导流板对同一墩型的绕流控制作用不同。合适长度的导流板能束窄紊动强度变化值σ＞0.1的范围，即能减小紊流宽度。




关键词：桥墩； 导流板； 紊动强度； 数值模拟




瓯江三溪口航电枢纽引航道布置优化试验研究




李艳富， 杨 宇， 韩昌海， 李 君




(南京水利科学研究院， 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室， 通航建筑物建设技术交通行业重点实验室， 水利部水科学与水工程重点实验室， 江苏 南京 210029)




摘要：三溪口枢纽位于多湾河段连接处，引航道及口门区水流条件复杂，上游半开敞式引航道受枢纽泄流影响较大，下游引航道受下游45°弯道和小支流影响较大。通过枢纽整体水力学模型试验分析了引航道口门区的通航水流条件，并给出了优化布置方案。枢纽泄洪水库动水对上游引航道内水流干扰大，通过对比分析提出了保证通航安全的枢纽泄洪调度建议。通过合理疏浚河道凸岸滩地，并适当调整引航道布置长度和角度，有效地改善了下游引航道口门区的通航水流条件。




关键词：三溪口枢纽； 弯道凸岸； 引航道； 口门区； 通航水流条件




小波分解高、低频双自回归模型及其在水质监测中的应用




陈吉江1， 毛洪翔1， 李鹏程2， 夏国团1， 章卫军2




(1. 余姚市水利局， 浙江 余姚 315400； 2. 宜水环境科技（上海）有限公司， 上海 200125)




摘要：针对一些水库水质监测数据序列不仅具有平稳性、周期性，而且具有显著的多尺度性的特点，在单一自回归模型的基础上，利用多尺度小波分析的原理与方法对水质数据序列作预处理，进行分解与重构，并对重构的不同尺度下的数据子序列分别建立高、低频自回归预测模型，最后叠加各尺度下的预测结果。将该方法应用于梁辉水库4种水质指标的预测研究，结果表明与单一自回归模型相比，预测精度有明显提高。




关键词：水库； 水质预测； 平稳时间序列； 小波分解； 自回归




长江重庆河段卵砾石推移质无量纲输沙率研究




楚万强1,2， 曹明伟1,2




(1. 小流域水利河南省高校工程技术研究中心， 河南 开封 475003； 2. 黄河水利职业技术学院， 河南 开封 475003)




摘要：针对长江上游重庆河段水面比降大、河床组成粒径粗、相对光滑度比较小等特点，收集河段内寸滩水文站47年实测卵石推移质输沙率资料和对应的水力参数作为研究基础资料，分析比较了5个经典公式计算的准确性。参照计算精度较高的Fredsoe公式，以水流强度Θ和泥沙起动临界水流强度Θc为主要参数建立并拟合了适合长江上游重庆河段的推移质输沙率计算式。分析比较表明，在计算重庆河段输沙强度时，该计算式的计算精度要高于经典公式和针对该河段的魏丽公式，能够很好地反映该河段实际的卵石推移质输移情况。