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水利专业模型标准化元数据建模技术研究与应用

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人民长江 2024年

作者：冯快乐季振宇唐海华黄瓅瑶丁小玲长江勘测规划设计研究有限责任公司

水利专业模型的建模技术是数字孪生平台的主要研究内容之一，是构建水文预报、洪旱预警、调度预演、预案决策等业务应用的基础。然而，由于不同业务类型的水利专业模型在水利工程对象类型、模型静态参数、动态边界条件等输入侧存在差异... 详细信息

水利专业模型的建模技术是数字孪生平台的主要研究内容之一，是构建水文预报、洪旱预警、调度预演、预案决策等业务应用的基础。然而，由于不同业务类型的水利专业模型在水利工程对象类型、模型静态参数、动态边界条件等输入侧存在差异，无法采用统一的构建模式进行通用化处理，极大影响模型的可复用性，降低了数字孪生平台的通用化水平。本文提出了一种水利专业模型的建模技术，通过提取多类型专业模型在输入侧的类型、组织和格式特征，利用元数据的信息描述特性，建立针对水利专业模型建模过程的标准化元数据集，并基于元数据集设计和实现了通用化的建模过程接口，支撑水利专业模型的建模。本文提出的标准化元数据建模技术，成功应用到了数字孪生岳城水库的预报、调度专业模型建模过程中，通过元数据屏蔽了模型各类输入数据的差异，提升了建模的效率和模型的可复用性。

关键词：水利专业模型元数据标准化数字孪生平台

虎跳峡河段梯级对下游梯级电站水资源利用效益的补偿作用研究

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长江科学院院报 2024年

作者：傅巧萍张佳梅曹辉中国长江电力股份有限公司长江勘测规划设计研究有限责任公司

为了给虎跳峡河段梯级开发方案和工程规模的决策提供参考，促进工程早开工、早见效，本文基于考虑控制性水库调蓄、已建在建跨流域引调水工程和河道外新增耗水量的边界条件下，建立了长江上游控制性水库联合调度模型，计算分析了虎跳峡... 详细信息

为了给虎跳峡河段梯级开发方案和工程规模的决策提供参考，促进工程早开工、早见效，本文基于考虑控制性水库调蓄、已建在建跨流域引调水工程和河道外新增耗水量的边界条件下，建立了长江上游控制性水库联合调度模型，计算分析了虎跳峡河段梯级不同调节库容方案时水库自身库容的利用情况，以发电指标为代表分析了对下游梯级电站水资源利用效益的补偿作用。通过分析论证认为：结合汛期需要预留58.6亿m3防洪库容的要求，虎跳峡河段设置60亿～120亿m3调节库容，即可在充分利用本河段水力资源的同时，增加下游梯级电站多年平均年发电量56.2亿～119.4亿kW·h，多年平均平枯水期发电量161.5亿～294.0亿kW·h，继续增加调节库容，虽然对下游梯级电站的补偿效益更为显著，但库容利用率较低，边际效应递减较快。

关键词：虎跳峡河段调节库容控制性水库联合调度下游梯级电站补偿作用

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破碎带空间分布对隧道变形特性的影响

人民黄河 2024年第7期46卷 148-153页

作者：彭军冯红春岳克栋长江勘测规划设计研究有限责任公司湖北武汉430010

以某长距离引调水工程中的检修隧道为例,通过二维和三维有限元分析,对不同破碎带空间位置影响隧道施工变形的规律进行了研究,以期为隧道衬砌设计提供数据支撑。所研究的影响因素包括破碎带的走向、倾角、宽度、破碎带到隧道的间距L、隧... 详细信息

以某长距离引调水工程中的检修隧道为例,通过二维和三维有限元分析,对不同破碎带空间位置影响隧道施工变形的规律进行了研究,以期为隧道衬砌设计提供数据支撑。所研究的影响因素包括破碎带的走向、倾角、宽度、破碎带到隧道的间距L、隧道埋深及侧压力系数。通过影响因素的不同组合来模拟不同的工况,以此获得隧道开挖过程中拱顶下沉、隧道收敛、仰拱隆起的变化规律。结果表明:倾角较小时拱顶下沉量较大,收敛量较小,而倾角较大时相反;隧道变形随L的增大而减小,当L>0.4D(D为洞径)时变形趋于稳定;隧道变形随着埋深的增大而增大;隧道拱顶下沉量随侧压力系数的增大而减小,且倾角越小下沉量越大,而隧道收敛量呈相反趋势;相比之下,破碎带走向与开挖方向斜交时隧道的拱顶下沉、仰拱隆起和收敛量更大。

关键词：隧道破碎带空间分布有限元分析变形南水北调后续工程

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抽水蓄能与风电、光伏联合发电系统容量配置研究

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人民长江 2024年第4期55卷 244-251页

作者：胡学东吴来群袁玉侯进进长江勘测规划设计研究有限责任公司湖北武汉430010

为促进新能源消纳和风光蓄多能互补新能源基地建设,解决抽水蓄能与新能源合理容量配置问题,深入分析风电、太阳能开发条件及规模,在抽水蓄能电站装机规模、风光规模、新能源直接上网容量均未确定的情况下,构建联合互补运行双层嵌套规划... 详细信息

为促进新能源消纳和风光蓄多能互补新能源基地建设,解决抽水蓄能与新能源合理容量配置问题,深入分析风电、太阳能开发条件及规模,在抽水蓄能电站装机规模、风光规模、新能源直接上网容量均未确定的情况下,构建联合互补运行双层嵌套规划模型,并提出了求解流程。上层模型以风光蓄多能互补新能源基地规模最大为原则,确定系统抽水蓄能电站与风电、光伏容量配置方案,下层模型以联合发电出力波动性最小为目标,旨在输出一个尽量平稳的外送出力过程,以尽量提高电网安全可靠性,解决风光间歇性电源并网带来的不稳定、调峰调频难度大、限电等问题。以日喀则市新能源和湘河抽水蓄能电站为例进行模拟计算分析,验证模型与算法的有效性。研究结果表明:所构建的双层嵌套规划模型可以科学地提出湘河抽水蓄能电站装机容量1800 MW、新能源开发规模5700 MW(风电2000 MW、光伏3700 MW)的容量配置方案,并能够改善风电、光伏并网条件实现电力稳定送出。

关键词：抽水蓄能新能源联合发电容量配置双层嵌套规划模型湘河抽水蓄能电站日喀则市

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数字孪生水利内涵及应用场景研究

人民长江 2024年第2期55卷 245-251,264页

作者：谢明霞长江勘测规划设计研究有限责任公司湖北武汉430010

数字孪生水利涵盖数字孪生水利工程、数字孪生流域和数字孪生水网三大范畴,主要研究内容包括数字孪生-水利工程、数字孪生-流域、数字孪生-水网、水网-流域、水网-水利工程、流域-水利工程六大关系。其中,数字孪生水利工程是实现数字孪... 详细信息

数字孪生水利涵盖数字孪生水利工程、数字孪生流域和数字孪生水网三大范畴,主要研究内容包括数字孪生-水利工程、数字孪生-流域、数字孪生-水网、水网-流域、水网-水利工程、流域-水利工程六大关系。其中,数字孪生水利工程是实现数字孪生流域的关键,数字孪生水利工程、数字孪生流域是实现数字孪生水网的前提。对数字孪生水利的基本内涵、核心要素,以及与智慧水利的关系等进行了剖析,得到了目前数字孪生水利建设过程中面临的主要挑战:水利信息模型、数据融合和服务标准缺失,专业模型智能化程度不高、智能基因注入不足,孪生应用场景广度不够、深度不足。基于此,构建了数字孪生赋能国家水网全维度构建、流域多目标联合调度,以及水利工程全生命期建设的应用场景,可为数字孪生水利提供建设思路。

关键词：数字孪生水利工程流域水网应用场景

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基于3DE的混凝土坝施工进度仿真动态可视化

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人民长江 2024年第8期55卷 147-154页

作者：周子培张族炎简兴昌谢伟曾路长江勘测规划设计研究有限责任公司湖北武汉430010

混凝土坝施工进度常采用计算机仿真技术进行模拟,一般以大坝三维模型作为可视化表达载体,设计和施工仿真阶段模型颗粒度要求不同,模型数据和仿真结果交互不便,施工进度仿真可视化交互性不强。为实现不同阶段混凝土坝模型快速建模、模型... 详细信息

混凝土坝施工进度常采用计算机仿真技术进行模拟,一般以大坝三维模型作为可视化表达载体,设计和施工仿真阶段模型颗粒度要求不同,模型数据和仿真结果交互不便,施工进度仿真可视化交互性不强。为实现不同阶段混凝土坝模型快速建模、模型属性和仿真数据关联应用、进度仿真可视化展示的高度集成和交互,提出了一种基于3DE的混凝土坝施工进度仿真动态可视化方法,并研发了混凝土坝模型快速分割、属性批量计算提取与数据交互、施工进度仿真动态展示等工具,最后以旭龙水电站混凝土拱坝为例进行实际应用并取得了良好的效果。结果表明:此方法具有操作简单、数据无损复用和可视化效果好的优势,可为混凝土坝施工仿真进度动态可视化研究提供新的思路。

关键词：混凝土坝施工进度仿真动态可视化 3DE 旭龙水电站

旭龙电站尾水调压室洞间岩柱围岩宏细观特性分析

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人民长江 2024年第6期55卷 194-203页

作者：李冬冬陈捷平吴秋波孙海清长江勘测规划设计研究有限责任公司湖北武汉430010

为了将连续和非连续分析方法耦合用于地下厂房围岩稳定性分析,提出了一种基于软硬混合平行黏结模型的细观参数快速标定法,可根据给定岩石的宏观力学参数快速给出其颗粒流模型细观接触参数;在此基础上,构建了基于颗粒离散元PFC 3D与有限... 详细信息

为了将连续和非连续分析方法耦合用于地下厂房围岩稳定性分析,提出了一种基于软硬混合平行黏结模型的细观参数快速标定法,可根据给定岩石的宏观力学参数快速给出其颗粒流模型细观接触参数;在此基础上,构建了基于颗粒离散元PFC 3D与有限差分FLAC 3D耦合的旭龙地下电站尾水调压室三维离散-连续耦合分析模型,研究了开挖期尾水调压室洞间岩柱围岩变形与破坏宏细观特性,以及检修期间侧向水压力对洞间岩柱稳定性的影响。结果表明:检修期间尾水调压室水压力引起的围岩变形与应力增量变化是极小的,但洞间岩柱上半段22.7 m的高度存在塑形贯通区,局部稳定性较差,有必要在工程建设期开展尾水调压室及尾水支洞岩墩塑性贯通区专项支护方案研究,以确保旭龙地下电站工程的安全建设与运行。

关键词：尾水调压室洞间岩柱 FLAC 3D 离散-连续耦合塑形贯通区

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深埋隧洞软岩力学特性与合理参数取值研究

岩石力学与工程学报 2024年第S1期43卷 3217-3228页

作者：张茂础颜天佑张国强李建贺武松长江设计集团有限公司湖北武汉430010 长江勘测规划设计研究有限责任公司湖北武汉430010 长江设计集团有限公司水利部水网工程与调度重点实验室湖北武汉430010

针对深埋软岩力学特性与合理参数取值问题,通过室内高围压条件下的三轴试验,研究引江补汉工程志留系页岩的力学特性,分析不同层面倾角对页岩力学特性和破坏模式的影响,基于试验研究、理论分析、工程类比与反演、规范验证等多种手段的系... 详细信息

针对深埋软岩力学特性与合理参数取值问题,通过室内高围压条件下的三轴试验,研究引江补汉工程志留系页岩的力学特性,分析不同层面倾角对页岩力学特性和破坏模式的影响,基于试验研究、理论分析、工程类比与反演、规范验证等多种手段的系统研究,提出一套深埋软岩合理力学参数取值方法,同时以地应力反演值的外包络线确定了软岩洞段不同埋深下的地应力大小,通过研究发现:随着围压由低变高,岩石试样的黏聚力随之增加,内摩擦角随之降低,当层面倾角为0°时,页岩试样的强度参数最高,当层面倾角为55°时,其强度最低,且此角度下的岩石破坏面与层面一致,基于三轴试验结果、H-B强度准则、同地层隧道工程类比和收敛约束法理论反演,总结出深埋软岩合理力学参数取值方法,体现了围压对岩体等效力学参数的影响,在此基础上,采用强度应力比和开挖变形量对引江补汉工程深埋软岩变形量、变形等级和规模进行预测和评价。

关键词：岩石力学深埋隧洞软岩力学特性力学参数变形等级

城市深埋输水隧洞快速施工方案及施工技术研究

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人民长江 2024年第S1期55卷 169-172页

作者：张克罗立哲长江勘测规划设计研究有限责任公司湖北武汉430010

针对城市深埋输水隧洞征地困难、施工场地布置难度大,城区施工期运输限制条件多等施工特点,为了减少施工对周边居民生活、企业生产的干扰,保障施工期间临近既有建(构)筑物安全,减少工程弃渣对周边环境影响等,基于罗田水库—铁岗水库输... 详细信息

针对城市深埋输水隧洞征地困难、施工场地布置难度大,城区施工期运输限制条件多等施工特点,为了减少施工对周边居民生活、企业生产的干扰,保障施工期间临近既有建(构)筑物安全,减少工程弃渣对周边环境影响等,基于罗田水库—铁岗水库输水隧洞工程,研究提出城市深埋输水隧洞快速施工方案及施工技术,采用TBM法进行主线隧洞施工,并针对断层破碎带及富水洞段、软弱围岩、超硬岩施工等不良地质问题提出针对性处理措施。所提工法与传统工法相比,可提升隧洞工程质量,降低施工对周边环境的影响,减小与地面及地下轨道交通线路交叉影响以及地表沉降及地下水渗漏的影响,缩减施工工作面和地表占地,有效提高施工工效、缩短工期。研究成果可为类似工程施工提供参考。

关键词：城市深埋隧洞 TBM 不良地质处理快速施工技术方案