地质统计学方法在渗透系数空间变异性研究中的应用

以内蒙古自治区巴盟地区为例,利用地质统计学方法——泛克里格法对含水层渗透系数估值,并分析验证了对渗透系数服从对数正态分布和运用克里格方法能够取得的良好效果。     

基于克里格方法估算流域降雨量的模式

目前常用的流域雨量插值方法中，大多数都没有考虑雨量的空间分布特征，无法检验插值结果，因此经常会出现一定的误差。地质统计学中的克里格方法是一种使插补误差达到最小并且对误差进行精确估计的插值方法。为此，尝试采用克里格方法对流域雨量进行估值，并分别将年平均、月平均、时段雨量的插值结果与距离反比法以及最临近法的插值结果进行了对比性检验。依据分析，得出了克里格方法内插估值的优势和不足。     

地下水环境模拟参数随机场的BP神经网络研究

以地下水环境模拟参数随机场中的离子质量浓度为例,以研究BP神经网络方法(BPNN)应用于地下水环境模拟参数随机场空间变异性的可能性。将所有数据分为独立的训练和检验数据集,用没有参与建模的22组数据进行验证,并用最佳BPNN模型进行区域空间分布预测图的绘制。结果表明:①BPNN方法的插值结果与观测值的相关系数达到0.952,平均偏差为1.438,协方差为14.052,取得了较好的模拟效果,且估值效果明显好于普通克里格法。②从最佳模型区域空间分布预测图来看,该方法能比较客观地刻画地下水环境模拟参数随机场中离子质量浓度的空间分布状况。这一实际应用表明,BPNN方法可以较好地描述地下水环境模拟参数随机场的空间分布规律。     

粗粒土孔隙比及级配参数与渗透系数概率的相关性研究

孔隙比和颗粒级配是粗粒土渗流力学特性的重要影响因素。利用Copula理论适合建立多个非独立变量间联合分布函数的优点,以渗透试验成果为数据基础,构造了反映粗粒土渗透系数k、孔隙比e、级配不均匀系数Cu和曲率系数Cc间相关关系的四维最优Archimedean Copula函数(即Nelsen No 13,四维单参数对称Archimedean Copula函数)。利用构造的最优四维Copula函数求条件概率,便可得到粗粒土渗透系数估值的保证率,或者计算在一定保证率条件下的渗透系数。通过比较渗透系数试验值与Copula函数法、Terzaghi法及Hazen法计算值,阐述了Copula理论用于粗粒土渗透参数估值的可靠性。     

基于方差-协方差阵的宝林隧洞控制点稳定性分析

为分析水利工程建设中测量控制点稳定性,提出了一种基于方差-协方差阵的坐标较差法稳定性分析方法,并推导了计算模型。以宝林隧洞两期GNSS观测数据为例,经过控制网平差得到控制点坐标及其方差、协方差,采用本文方法给出了计算结果,并与已有坐标较差法进行比对分析。结果表明:已有方法由于未考虑协方差的影响,计算得到的中误差明显大于方差-协方差阵法计算得到的中误差,而且控制点坐标分量间的协方差对中误差的影响甚至可以达到已有坐标较差法的1/3,因而采用所提出的方法进行测量控制点稳定性分析更可靠。     

基于高斯进程模型下区域公路边坡稳定性评估

边坡失稳破坏是一种严重的自然灾害形式,其能够导致巨大的社会、经济、环境损失。为了预防边坡失稳破坏,本文提出了区域公路边坡稳定性高斯进程评估方法。方法中五种协方差函数形式被考虑,由于其是高斯进程中最重要的一部分,决定着从高斯进程中抽取的样本函数的性质。通过对比发现,应用常规平方指数协方差函数(CSE)下高斯进程评估模型和常规有理二次多项式协方差函数(CRQ)高斯进程评估模型快速评估研究区区域某些公路边坡的稳定性是较为合适的。     

基于随机-关联空间插值法的工程岩体力学参数确定

岩体力学参数在空间上存在的结构关联性和随机不确定性是影响工程岩体力学参数设计取值的客观因素之一。基于地质统计学理论,提出随机-关联空间插值法,在工程岩体力学参数概率分布未知的情况下,利用样本矩替换母体矩,描述工程岩体力学参数的随机性,利用变差函数描述样本点之间、样本点和插值点之间的工程岩体力学参数关联性,建立岩体力学参数的空间分布模型,并通过克里格法对场地中的工程岩体力学参数进行空间插值。结合工程实例,在力学参数概率分布未知的情况下建立其概率分布模型;选择不同数量的有效样本对比分析该方法本身对样本数量的依赖性问题;探讨该方法的应用范围以及针对其他情况提出的相应措施,为后续研究打下基础。与试验结果对比,工程实际中3种不同样本的岩体力学参数指标相对误差分别为4.2,4.4,5.3,估值结果可作为工程设计取值的参考依据。     

珠江三角洲河网区水位特征空间变异性研究

本文基于区间化变量理论，研究了珠江三角洲网河区的水位空间变异性。给出了描述该网河区水位空间分布结构的半变异函数；揭示了该地区水位的空间结构性—方向性和相关距离。分析了该网河区水位的空间分布。提出了珠江三角洲河网水位空间插值的克里格方法，并给出了丰水期的一个应用实例。计算结果表明了该网河区水位空间分析的克里格方法的可行性。     

推求设计降水的随机模拟方法

应用甘南县实测降水数据,采用伽玛分布函数模拟了该县长系列降水数据,利用模拟出的数据推求了该县多个月份指定频率的设计降水量。研究成果表明,应用随机模拟的方法确定设计降水是可行的,与配线法相比,本文方法更加直观,且推求出的设计降水与配线法所得的结果基本一致,为推求设计降水提供了一种新方法。     

基于SRTM DEM的月降水量空间插值方法研究

利用ArcG IS地统计模块中的反距离权插值法、径向基函数插值法、克里格插值法和协克里格插值法,对清江流域1998年4—9月的月降水量进行了插值研究。结果表明:考虑高程、坡度、坡向等地形因素的协克里格插值法比其他3种方法具有更好的插值效果。     

地下水污染物浓度空间最优估值方法的实验模拟

通过二维水动力弥散实验,模拟地下水污染物的运移过程,并选取反距离平方加权法、趋势面法、普通克立格法和方位-分维法对实验数据进行估值效果的比较。在实验尺度下的比较结果表明,普通克立格法是研究地下水污染物浓度空间分布的最优估值方法。     

用变分不等式理论求解渗流问题的截止负压法

提出了用变分不等式的理论求解一般稳定渗流问题的新方法－截止负压法，它直接以压力场为未知函数，采用罚函数有限元并结合固定网格迭代确定自由面，能求解任意边界、任意结构的非均质各向异性渗流问题。     

基于有限元形函数的钻孔水头插值方法

水头观测数据对于水工渗流参数反演至关重要。针对观测点位置不在有限元网格节点上的水头插值问题,为了避免重新剖分有限元网格,提出了一套使用等参单元形函数作为插值函数的有限元插值函数法,用于插值计算插值点的水头值。为了确定插值点的归属单元,给出了确定点与平面单元和空间单元的拓扑关系判别法。采用改进的差分进化算法反求插值点对应的局部坐标,从而能利用单元形函数直接插值观测点的水头值。使用二维和三维算例测试了有限元插值函数法的插值性能。结果表明：计算的结果可靠,计算时长为毫秒级。     

缺少重力数据的区域似大地水准面精化方法研究

采用几何与重力联合方法可确定大地水准面,但需要重力数据、DEM等,数据处理方法复杂,大地水准面精化周期较长。经分析,EGM96地球重力场模型的长、中波精度较高,其区域重力异常的相对值比较精确,可作为区域似大地水准面精化的参考地球重力场模型,区域GPS/水准的最大综合影响为±3.8 cm,区域似大地水准面的精化模型可达到±5 cm。结合湖北省四湖流域综合治理工程的GPS水准数据,在缺少重力数据的条件下,基于地球重力场模型剩余的高程异常,分别采用多面函数法和二次曲面法进行"剩余高程异常"的拟合,对两种拟合方法进行了比较,提出了核函数结点的选取准则。结果表明:采用多面函数法可得到厘米级区域似大地水准面,适合于数千平方千米的厘米级区域大地水准面的确定,且提出的方法较易实施。     

对应用暂态能量函数法分析电力系统暂态稳定性的评价

基于李雅普诺夫稳定理论，对用于电力系统暂态稳定分析的暂态能量函数法进行了分析，认为可定量分析和快速性是其独特优势，不可靠性是其局限性。提出了暂态能量函数法用于非自治系统所必须满足的条件，包括用临界轨迹确定临界能量，以及用临界轨迹得到的切除时间确定故障清除后的稳定平衡点等。尽管目前暂态能量函数法只作为电力系统暂态稳定分析的辅助工具，但如何提高它的可靠性并将其应用到非自治系统仍是有待深入研究的课题。     

基于非列线数据的泛克立格法在地下水位空间变异性研究中的应用

考虑研究区地下水位在流向和垂直流向方向有明显变化这一特点,选用正交多项式方法利用2002年9月到2006年9月地下水位的非列线观测数据确定了地下水位的二次漂移式,进而确定出地下水位剩余R(x)的变差函数γR(h),用泛克立格方法研究了月平均地下水位的空间变异规律。对变异程度的估值进行了统计检验。将其成果应用于流域地下水资源数值模拟评价中,收到满意的效果。     

基于凝聚层次聚类的K均值结构面产状分组

结构面产状数据分组是进行岩体力学性质分析及稳定性评价的基础工作,是工程地质领域一个重要的研究课题。K均值聚类方法从提出到现在,在结构面分组中得到了很好的应用,但是它需要事先给定聚类中心及分组数。为此,提出了改进算法,采用凝聚层次聚类法作为前处理,得到间距较大的几个聚类中心,随后以此聚类中心为初始聚心进行K均值聚类,并同时根据相关目标函数来确定最优分组数。将此改进方法应用于野外实测结构面分组中,得到的结果可靠,分类合理,可以准确确定结构面的优势产状。     

利用加权回归方程外延水文变量

以加权残差平方和为目标函数,根据最小二乘法原理给出了估计(等权)一元线性回归模型中两个参数的新的估值公式,建立了加权回归方程,并证明了这种新估值公式的无偏性。用Monte-Carlo(蒙特卡罗)方法找出了“最优权重”值,并进行了实际对比计算,说明用来外延水文变量的优越性。     

苏家河口水电站洪水实时预报方法研究

本文研究了槟榔江流域苏家河口坝址流量的多种实时预报方法,包括递推最小二乘法、正交投影法、遗忘因子法、协方差重调遗忘因子法以及主元回归方法,并根据流量级在线调整预见期。文中的预报方法完全基于数据驱动,预报精度高,成本低,实用性强,具有潜在的经济价值。     

无定河流域降水量空间插值方法比较研究

以黄土高原半干旱区的无定河流域81个雨量站的多年平均、年、月和场次降水量为基础数据,运用泰森多边形法(Thiessen)、一阶全局多项式法(Linear)、反距离加权法(IDW)、薄板样条函数法(TPS)和普通克里格法(Kriging)对降水量数据进行了空间插值和交叉验证,通过对数据和验证指标的对比分析,选出无定河流域不同时间尺度数据所适用的插值方法。研究表明:(1)多年平均年降水量和年降水量插值中Kriging法插值效果最好;(2)月降水量数据插值中IDW法插值效果比较稳定;(3)场次降雨量数据插值中,Kriging法插值效果比较稳定;(4)对不同时间尺度的降水量数据插值,Thiessen法插值效果差,Linear法插值结果图概化性强、所反映的降水空间信息较少,IDW法对月降水量数据的插值误差适中、插值效果比较稳定,TPS法对极值比较大的月降水量数据插值存在一定的优势、插值图局部光滑性较好,Kriging法对多年平均和年降水量数据插值效果最好。