春季河道武开河与文开河的判别准则初探

根据春季河道武开河初始发生时的边界约束条件,提出以开河期水位增值作为河道开河方式的判别准则。对于某一特定河段,存在一个高于稳封期最高水位的水位增长值,该值可作为区别武开河与文开河的临界值,其大小近似与稳封期冰盖体最大厚度成正比。应用黄河昭君坟水文站原型观测资料对所提出的判别准则中的参数进行率定,使该准则可以用于河道武开河或文开河的判别。     

1950年以来黄河头道拐站开河日期变化特征

根据1950年以来的实测冰情数据,应用K-Means聚类算法和Mann-Kendall法研究黄河头道拐水文站开河日期的变化特征。分析结果表明:1头道拐站开河日期具有逐渐提前的趋势,2000年后提前趋势明显;2以每年3月16日、24日为界,开河日期可分为"早开河"、"正常开河"与"晚开河"三类,1990年以来"早开河"的年份明显增多;31988—1995年可作为头道拐站开河日期早晚变化的过渡期,1988年之前以晚开河为主,1995年之后则早开河的年份显著增多,1992年为开河日期由晚向早变化的突变点;4气温为影响开河早晚的主要因素,头道拐站开河日期的提前与1988年之后区域气温回暖的趋势基本一致。     

基于神经网络理论的开河期冰坝预报研究

在北方高寒地区的天然河道,开河期冰坝形成和导致凌汛的机理复杂,目前的冰水动力学模型难以模拟和预报其发生、发展和溃决的过程,可用的冰坝预报多采用传统的统计学方法和经验判别式法,为应对严重的防凌形势,迫切需要找到冰坝预报的新方法。本文在对开河期冰坝成因及机理研究的基础上,建立了基于神经网络理论的冰坝预报模型,并将其应用到黑龙江上游凌汛灾害频发的漠河江段冰坝预报中。通过神经网络聚类法预报冰坝是否发生,神经网络聚类法预报精度为85%,高于传统统计学的几率分析法62%的预报精度。通过预报开河日期实现了对冰坝发生时间的预报,开河日期预报平均预见期为10天,最大误差2天,预报合格率100%。该模型提前准确预报2017年黑龙江漠河江段开河冰坝发生情况。及时、准确的冰坝预报能为提前制订主动防凌方案和采取必要防凌措施提供重要的依据。     

汤旺河五营站开河日期预报方法分析

根据影响河流解冻开河因素的组成和作用机理等情况,选择实例原始观测数据,利用基层水文部门现有分析手段,采用回归方程模型法对实例测站的开河日期进行了历史拟合预报分析,对该流域河流开河日期预报工作做了初步尝试。经实例计算分析,预报结果合格率满足相关规范精度要,。最后,根据实际工作需要和预报模型的特点,提出了在模型使用中须要注意的问题。     

黄河内蒙古段开河日期预报模型及应用

对黄河内蒙古段的冰情特点进行分析,选用1970—1971年度至2007—2008年度共38个冬季的冰情资料,提取合适的预报因子,分别采用人工神经网络模型和多元线性回归模型,对黄河内蒙古段的开河日期进行预报。结果表明,神经网络模型和多元线性回归模型预报样本合格率分别为86.7%和80.0%,神经网络模型的预报精度高于多元线性回归模型,更适用于黄河内蒙古段开河日期预报。     

黄河头道拐站开河日期预测的LSSVM方法

根据实测冰情数据分析发现,可将冰盖厚度演变过程作为预测头道拐站的开河日期的主要依据,同时还应考虑封冻期气温、流量等对冰盖厚度的持续性和累积性影响。据此提出了一种应用数据挖掘技术和LSSVM进行头道拐站开河日期预测的新方法。应用LSSVM模型对头道拐站2010年、2011年和2012年开河日期的预测结果表明,可在封冻期内任一冰盖厚度测量日期利用上述方法对该站的开河日期进行预测,有效延长了预见期,且在3月6日前的预测值均满足许可误差合格率的要求。根据LSSVM模型预测误差呈波动性变化的特点,提出了预测开河日期的均值法,可使开河日期预测精度得到显著提高。     

黄河内蒙古段开河流量预测

封冻河段开河时,冰、水情变化剧烈,预报难度大、精度低。马斯京根法及其衍生方法在推算明流条件下的流量演进方面取得了很大成功,但如何反映凌汛期流量演进特点还需进一步研究。以黄河内蒙古河段为例,类比有支流的河道洪水进行演算,并考虑流量传播时间,将区间的槽蓄水增量加入计算,采用改进的马斯京根法,推求完全开河时的凌峰流量。采用均方根误差、平均绝对百分比误差作为预测结果的评价指标,与往年实测流量相比较,演算流量的平均绝对百分比误差在10.29%以内。结果表明,此方法应用于凌汛期开河流量演进具有较好的预测效果,通过冰凌洪水的特点判别洪水类型,揭示了凌汛期开河流量的突变主要是由冰坝洪水造成的。研究结果可为河流开河的流量预报和防凌减灾提供参考思路。     

武开河的边界约束判别准则

根据封冻河道春季冰盖破裂机理,采用弯曲河道边界约束概念,提出可用于预测武开河发生的判别准则,并对其适用性进行了论证。应用黄河河曲段1985~1994年的原型观测资料对该判别准则进行验证,结果表明该准则可以较好地用于河道武开河的判别。     

雾开河生态河道整治工程钢坝闸设计

雾开河生态河道的治理除满足城市防洪除涝功能外,兼具生态与景观要求,需在河道内建设3座钢坝闸,以达到建坝蓄水、营造水面景观的目的。本文采用灌注桩对钢坝闸基础进行加固设计,对同类工程具有借鉴意义。     

基于GASS-BPEE交叉训练算法的河道冰情预报组合模型

在文章的河道冰情预报的组合模型中,首先在成因分析的基础上,采用逐步回归算法对预报因子进行有效的筛选,然后采用GASS-BPEE交叉训练算法对冰情要素进行预报.利用该组合模型对凌汛灾害多发的松花江依兰、佳木斯江段开河日期进行了预报,结果表明所建立的河道冰情预报组合模型结构简单、预报精度较高,具有实用价值.     

黄河内蒙古河段冰凌时空分布特性分析

基于黄河内蒙古段系列历史冰情资料,利用小波分析方法对冰期气温、冰期径流、流凌日期、封河日期、开河日期进行了多时间尺度分析。结果表明:巴彦高勒、三湖河口、头道拐三站的冰期气温总体呈上升的变化规律,并且三站的冰期气温变化趋势一致,黄河内蒙古段冰期气温存在15 a左右的周期;实测径流在分析序列中不存在显著周期;三站流凌日期和封河日期整体上推迟,开河日期提前,封冻时间缩短;流凌日期存在12 a左右的周期,封河日期和开河日期不存在显著强周期。     

黑龙江上游开江期河道特征对流冰速度的影响

为探究黑龙江上游江段开江期流冰速度沿程变化规律和运移过程，通过抛投微型冰浮标定位器进行流冰追 踪试验，分析黑龙江干流开江期流冰速度分布特征及河道形态对流冰速度的影响规律。结果表明：2019 年开江期 距黑龙江干流源头 69~692?km 河段流冰速度分布为 0.79~3.56?m/s，平均速度为 1.65?m/s，流冰速度与河道宽度、河 道弯曲系数呈负相关关系；在弯曲河段、江心岛河段和弯曲分汊型河段流冰速度降低趋势明显，且河道特征对流 冰速度的影响依次减弱。流冰速度沿程分布规律可为冰坝预测及预防凌汛灾害提供数据支持，研究成果对寒区 河流治理具有十分重要的意义。     

基于BP-DEMATEL算法的冰情预报因子敏感性分析

冰情发展受到水文、气象、水力、河道条件和人类活动等多因子相互作用的影响,获得各影响因子的权重关系是进一步明晰冰情发展演变规律和提高预报精度的基础。本研究提出了基于BP-DEMATEL算法的冰情预报因子敏感性分析模型,应用于黄河内蒙古河段巴彦高勒水文站流凌、封河及开河冰情影响因子的分析中,得到影响冰情演变各因子的权重和不同因子之间的相互耦合关系,明确了冰情预报中关键的影响因子。采用不同权重的因子开展流凌、封河和开河的预报,结果显示利用权重值大、相关性强的预报因子开展冰情预报的预报值与实测值吻合较好。因此本研究提出的BP-DEMATEL模型开展冰情预报因子敏感性分析能够得到合理的权重值。     

雪覆盖下冰盖的热力增厚和消融

雪覆盖下冰盖的热力增厚和消融是急需研究的问题,对于冬季降雪频繁地区开河预报、冰凌洪水风险分析具有重要的实用价值。基于雪盖和冰盖的热力条件是准稳态假设,建立了冰盖热力增厚和消融速率与雪厚、冰厚、大气传递给雪面的净热通量和水体传递给冰底面净热通量的函数关系,包括：太阳辐射、反射和透射,雪面和大气的长波辐射,雪面蒸发-对流,河床地温等因素。提出了雪面温度和冰盖垂向温度分布的理论公式及冰盖热力增厚和消融发展过程的数值计算模型。最后,以黑龙江漠河段实测的冰情为例,验证了所提冰盖热力增厚和消融数学模型的实用性,并分析了一些重要参数随时间的变化特点。     

黄河源区河道冰凌特征变化及影响因素分析

黄河流域是我国凌汛灾害常发的地区,其中黄河源区是黄河上游凌情研究的空白区。为掌握该区域的凌情规律,对黄河沿-唐乃亥河段黄河沿、吉迈、玛曲3个常封断面的气象资料(1960-1987,2007-2011)和水文资料(1960-1987,2007-2011)进行研究,分析3个站的封河、开河日期以及冬季最大冰厚的变化规律,得出黄河源区封河从黄河沿附近开始向下游延伸,封河日期和开河日期均有推迟趋势,但总封冻天数在减少,冬季最大冰厚则各站趋势不同。通过对冬季气温、流量等因素进行分析,得出冬季累计负气温和冬季平均流量对于凌情主要特征的影响十分显著,可以作为预报因子进行进一步的研究。     

利用探地雷达探测黄河弯道及桥墩周围冰层厚度

黄河河道冻结结冰过程是黄河防凌汛研究的一个重点,进行弯道和桥墩周围冰层厚度的探测对防治冰凌灾害具有重要的意义。探地雷达对冰厚探测具有便携、高效、连续、快速、实时等优势。雷达天线的频率决定雷达波的穿透深度和分辨率。从雷达图像上可以清楚的识别空气-冰界面和冰-水界面。通过现场打孔测量冰厚数据反算雷达波在冰层中的传播速度进一步提高了测量结果的准确性。测量结果清楚的显示了弯道及桥墩处冰厚分布不均匀。桥墩北侧冰层较厚,弯道主河道处冰层较厚。200 MHz天线的探地雷达可以穿透黄河冰层,雷达图像可以清楚地显示冰-水界面。冰层厚度测量为分析黄河冰的冻结、融化过程以及冬春开河期冰塞、冰坝的治理提供了基础数据。     

神经网络理论在黄河宁蒙河段冰情预报中的应用

本文研究了以神经网络理论为核心的黄河上游宁蒙河段冰情预报。通过分析河流冰情特点，开发出了用Levenberg-Marquart算法改进传统BP神经网络理论进行冰情预报的数学模型，适用于流凌、封河、开河、水温、流凌密度、冰塞、冰坝等的预报。把该模型应用到2004—2005年冰情预报中，提前预报出2004～2005年冰情发生情况，具有良好效果。理论分析和实例论证都表明该神经网络模型能够进行宁蒙河段冰情预报。     

黄河万家寨水库上游段水动力特性研究

为深入研究万家寨水库上游河段冰期的冰情特征与演变规律,并为该河段的防凌减灾工作提供科学依据,依据实测的水位、流量、河道地形资料,通过HEC-RAS软件建立黄河干流万家寨水库上游坝址至头道拐段的水动力模型,模拟研究河段2013年4月—2014年3月的水动力变化过程,探究各典型时期水动力参数的时空分布特性。结果表明:(1)基于实测水位数据对模拟结果进行对比验证,模拟水位与实测水位的相对误差13%,吻合度较高,可以较好地模拟研究河段的水力要素随时间、空间的演变过程。(2)研究区域枯水期、汛期、流凌期、开河期模拟水位空间分布存在差异性。结合流量特征分析,各典型时期上下游河段的水位差与流量呈正相关关系。(3)通过分析各典型断面处的水深和流速变化过程,曹家湾河段在冰期易卡冰结坝、诱发冰凌灾害的主要原因为:该河段过水断面相对较小且水流经过此处流速明显降低。