基于支持向量机的钱塘江潮时预报方法

针对在钱塘江潮时预报中经验模型和传统神经网络的可靠性不足的问题,提出一种基于支持向量机的钱塘江涌潮到达时间预报方法。通过历史数据了解并分析钱塘江涌潮的周期性以及各涌潮周期间的相关性,取预报日期前后一个月的数据作为一个预报模型,以预测日期前一个月以及近5年内同一月份的隔日时间差数据作为训练样本,利用支持向量机预测未来涌潮到达时间。最后,通过对钱塘江沿岸多个水文站2015年农历八月初一至八月二十一的隔日时间差实例预测,验证了方法的有效性。     

钱塘江涌潮时间的一种分段实时预报算法

钱塘江大潮在每年吸引大量游人的同时也频发安全事故。为提高潮涌预报水平,基于传统预报算法,提出一种基于涌潮动态监测的钱塘江潮涌分段实时预报算法。该算法具有自学习、自适应功能,可通过下游监测信息来预测涌潮达到上游站点的时间。实验结果表明,该算法对涌潮到达时间的预报精度达到分钟级水平。     

考虑涌潮作用的钱塘江二维泥沙输移数值模拟

钱塘江涌潮前后水位、流速和含沙量等物理量存在突变，给数值模拟带来了很大的困难，传统的数值模型往往不能准确模拟涌潮作用下的泥沙输移。在已建立的二维涌潮数值模型的基础上，应用基于准确Riemann解的Godunov格式建立了二维泥沙数值模型，模型首先检验了纯对流问题，然后模拟了钱塘江涌潮作用下的泥沙输移，计算结果反映了涌潮到达时刻含沙量的突变过程以及涌潮对泥沙输移的影响，揭示了钱塘江河口高含沙量区成因，以及涌潮是钱塘江河口大冲大淤的机理之一。     

考虑涌潮作用的钱塘江二维泥沙输移数值模拟

钱塘江涌潮前后水位、流速和含沙量等物理量存在突变,给数值模拟带来了很大的困难,常规的数值模型往往不能准确模拟涌潮作用下的泥沙输移。在已建立的二维涌潮数值模型的基础上,应用基于准确Riemann解的Godunov格式建立了二维泥沙数值模型,模型首先检验了纯对流问题,然后模拟了钱塘江涌潮作用下的泥沙输移,计算结果反映了涌潮到达时刻含沙量的突变过程以及涌潮对泥沙输移的影响,揭示了钱塘江河口高含沙区的成因,以及涌潮是钱塘江河口大冲大淤的机理之一。     

钱塘江海宁三期治江围涂工程对涌潮影响的数值模拟研究

应用KFVS格式建立了钱塘江二维涌潮数值模型,在实测涌潮资料验证的基础上,模型预测了钱塘江北岸海宁三期治江围涂工程对钱塘江涌潮的影响.研究结果表明:实施围涂1万亩后,在走南河势下,大缺口及盐官的涌潮高度分别抬高0.23m和0.09m,海塘堤前涌潮流速增加5%,涌潮到达时间提前约3分钟,盐官涌潮后5分钟内的水位和流速变化率加大;围涂工程对涌潮潮景的影响较小:盐官附近的一线潮将更为壮观,尖山附近的交叉潮位置有所下移,老盐仓附近的回头潮基本不变.     

涌潮对钱塘江河道流场影响的三维数值模拟研究

利用实测的钱塘江地形数据建立了钱塘江三维河道的计算机几何模型,并根据已有的涨潮潮位等水文信息,采用VOF方法追踪模拟水和大气的自由交界表面,对钱塘江涌潮进行了三维非稳态数值模拟。数值模拟结果与不同时刻和不同测点所测得的水文数据的对比显示,模型能较好地模拟涨潮条件下河道内流场和潮位的变化。在此基础上进行了涌潮对河道内流场影响的规律的研究。     

基于定点连续观测的钱塘江涌潮特性研究

本文基于天文大潮期间钱塘江涌潮河段定点连续实测的最新资料,对钱塘江涌潮的潮位、潮流、盐度和浊度等特性参数进行分析研究。潮位、平均流速、垂向分层流速和盐度、浊度变化数据表明:涨落潮期间该河段的潮位呈双峰变化过程,涌潮抵达时水位骤然升高,之后下降,约40.0 min后,水位再次开始升高至高潮位,涌潮到达约3.5 h之后逐渐变为憩流;涌潮Fr为1.10,涌潮形态呈现为波状涌潮且水波较弱。涌潮到达瞬间,流场整体发生转向,流速大于涌潮前流速,且底层流速增大幅度大于表、中层,流速分层不明显。盐度在涌潮到达后约40.0 min后开始明显增大,与流速的改变相比存在一定的滞后,主要因为潮流入侵引起盐度增加。底层浊度随涌潮的到达而同步升高,主要是涌潮导致流场剧烈变化,引起床面冲刷和大量细颗粒泥沙悬浮;之后,浊度随涨潮流减弱而逐渐减小,憩流时达到最小,而后随着流速转向及退潮流增大而再次增大。该研究为钱塘江涌潮特性分析和钱塘江取水及岸滩冲淤防护等工程提供了科学依据。     

涌潮数学模型在钱塘江河口桥梁工程中的应用

钱塘江河口潮大流急,特别是汹涌的涌潮,对钱塘江河口的桥梁工程破坏力极大.应用以准确Riemann解为基础的Godunov格式,结合WLF方法模拟了钱塘江涌潮.在验证计算的基础上,预测了潮差频率为0.33%、1%、2%、5%条件下环杭州湾萧山通道工程(钱塘江十桥)桥位处的设计流速和设计流量,为桥梁工程的设计提供了依据.     

基于实测资料的钱塘江涌潮水动力学特性研究

基于近年来钱塘江河口三次涌潮观测资料,系统分析了钱塘江涌潮的水动力学特性,计算了涌潮到达时刻的Froude数,结果显示可用Froude数判别涌潮形态,并建立了计算涌潮潮头陡度的解析公式,复演了涌潮到达时潮头陡度急剧增加的过程.研究表明:涌潮的沿程潮位、涨落潮历时和流速等特性受河口沙坎地形影响明显;流速的垂线分布大潮期间在潮到后一小时内以抛物线分布为主,其余时间以对数分布为主,而在中小潮时涨、落潮阶段均以对数分布为主;垂向流速比纵向流速小一个量级,当涌潮到达时刻急剧增大;潮头高度与当地潮差存在良好的正相关关系.     

钱塘江九溪涌潮重塑在工程实践中的探索研究

为保护钱塘江涌潮景观、减小涌潮危害,重塑钱塘江九溪涌潮,变潮害为潮景,使涌潮可赏、可控、安全。应用KFVS格式建立二维涌潮数学模型,在实测水文资料验证的基础上,计算优化方案实施前后的流场及涌潮传播特性,从构筑物近区涌潮高度、涌高明显的岸线长度和涌高明显的区域面积等3个指标综合评判涌潮重塑效果。通过物理模型试验,模拟涌潮的形成与传播过程,分析比较各方案实施前后工程区域附近涌潮传播过程的壅高、越堤等变化情况,进一步验证了重塑效果。研究结果表明,通过优化工程布局,采取工程措施,钱塘江九溪涌潮重塑具有可行性,既能保留九溪涌潮特性,又能实现安全观潮。     

钱塘江二维涌潮数值模拟及其应用

分析了涌潮数值模拟的困难,综述了钱塘江涌潮数值模拟的进展,应用有限体积-KFVS格式建立了钱塘江二维涌潮数值模型.模型在验证计算的基础上,预测了杭州湾规划设想方案、治江围涂工程和桥梁工程等对涌潮的影响,并已推广到溃坝波和海啸传播过程的数值模拟.结果表明,涌潮数值模型分辨率高,计算稳定,守恒性好.该模型不但适用于无涌潮水域的模拟,也适用于传统数值模型不能模拟的涌潮等间断流的模拟.     

杭州湾天文潮长周期变化对涌潮的影响

基于长系列实测潮汐资料和调和分析方法,分析了涌潮起潮点下游杭州湾实测潮汐和天文潮长周期变化,进而分析了天文潮变化对钱塘江涌潮的影响。结果表明：乍浦站实测潮汐每年八月初三和八月十八同日同潮实测潮差、潮到时间和涨潮历时变化幅度很大,最大变幅分别为1.95 m、102 min和122 min;乍浦站天文潮每年八月初三和八月十八同日同潮潮差、潮到时间和涨潮历时最大变幅分别为1.52 m、93 min和46 min。天文潮变化对涌潮影响很大,盐官站同日同潮涌潮高度最大相差1.12 m,涌潮到达时间最大相差93 min,涌潮流速最大相差2.05 m/s,涌潮陡度最大相差18.1%。     

钱塘江海塘护塘建筑物技术演进

钱塘江河口是举世闻名的强潮河口,凶猛的涌潮对钱塘江海塘具有很强的破坏力,涌潮往往淘空海塘建筑物的基础,使堤防失稳毁坏。为了保护钱塘江两岸工农业生产和人民生活的安全,两岸人们在跟强涌潮作斗争的过程中,在探索、改进塘型结构的同时,还不断推进、发展和创建了各种护塘建筑物,以固护海塘,确保海塘的安全运行。这些建筑物为钱塘江海塘的防护发挥了极其重要的作用。     

钱塘江涌潮特性及其数值模拟

在钱塘江涌潮实测资料的基础上,分析了钱塘江涌潮高度、涌潮传播速度、涌潮流速、涌潮形态及景观、涌潮压力等涌潮特性.同时,应用基于KFVS (kinetic flux vector splitting)格式的二维涌潮数值模型模拟了钱塘江涌潮的形成、发展和衰减的全过程,复演了"交叉潮"、"一线潮"、"回头潮"等现象.通过对计算结果的比较分析,对涌潮特性有了进一步的认识.     

基于最优特征选择与支持向量机的钱塘江涌潮检测算法

以设计一种全新的背景模型算法为目标,依据图像像素特征之间的差异,使用高斯核函数获取像素特征的概率密度,统计不同区间的密度估计值,从特征池中选择适合的像素特征组成特征模板图,以输入视频流中对应位置的像素特征值作为输入量,使用支持向量机训练固定数目的像素特征值,对比分离出前景和背景。该方法应用于钱塘江涌潮检测的结果表明,F-measure值均在65%以上,鲁棒性较强;支持向量机方法选择径向核函数的识别率超过90%,运算速度较高。该方法能减少水面波动的干扰,具有较高的精度,可为河流动力特征描述提供重要工具。     

钱塘江河口盐水入侵影响因素及数值预报

为预报钱塘江河口取水口水体氯度,应用基于Godunov格式的有限体积法建立了考虑涌潮作用的二维氯度预报数值模型,采用实测资料并结合数值模型计算成果,分析了径流、潮汐及涌潮、江道地形等主要因素对钱塘江河口盐水入侵的影响。研究结果表明,江道地形是通过改变潮汐大小间接影响盐水入侵的,江道容积越大,潮差和进潮量越大,导致盐水入侵越严重;涌潮促使盐水入侵加剧,涌潮前后氯度存在突变。模型在钱塘江河口氯度预报中的应用结果表明,模型计算结果与实测值基本吻合,模型具有较大的预报应用价值。     

直立方桩上涌潮压力动态测试及分析研究

本文首先介绍了钱塘江涌潮特性及涌潮压力的现场动态测试,通过对测试数据的分析,揭示了直立方桩上涌潮压力的部分规律.然后采用涌潮冲击力、Morison波浪力及迎流面与背流面静水压力差三者相互叠加的方法计算直立方桩上的涌潮压力.通过计算结果与实测结果对比,基本一致,说明用此半经验半理论公式预测涌潮压力是可行的.最后在实测数据的基础上用此方法反演出方桩的冲击系数Cs,对实际工程中涌潮压力的计算有一定的参考意义。     

钱塘江涌潮影响因素研究

钱塘江涌潮影响因素研究对保护涌潮和涌潮防灾具有重要意义。基于长系列实测水文、地形资料，系统分析了潮汐、径流、河床等自然因素以及治江缩窄、流域建库等人类活动对钱塘江涌潮的影响。研究结果表明：潮差越大、涨潮历时越短，涌潮越强；径流对涌潮存在直接和间接影响，间接影响是径流通过河床冲淤，间接影响潮汐和涌潮，一般是丰水期径流量越大，汛后涌潮越强；同时，河床冲淤影响涌潮平面分布和潮景。治江缩窄后，起潮点和最大涌潮位置下移，下游河段涌潮增大，同时涌潮变化幅度减小。新安江水库建成后，造成涌潮变幅减小。     

雷达测波技术在钱塘江涌潮观测中的应用

钱塘江涌潮水动力强劲，水文测验条件恶劣。受测量技术和设备的限制，涌潮现场观测资料稀少。基于调频连续波雷达测波技术，采用高精度的回波反演算法，实现强潮河口涌潮的定点测量。根据长历时的现场观测数据，对钱塘江河口典型河段涌潮的传播特性进行分析。研究结果表明：涌潮局部水动力过程受岸线和江道地形控制；交叉潮具有复杂的水位响应特征，呈现典型的二次抬升过程，水位的变化与两股涌潮的强度、传播方向和间隔时间相关。雷达测波技术实现涌潮过程捕捉的自动化，有利于涌潮要素的准确提取，显著地提高观测精度。     

浅水问题动边界数值模拟

采用基于准确Riemann解的Godunov格式求解浅水流动方程，将仅适用于平底的干底Riemann解推广到处理非平底动边界问题．在计算干底溃坝波的基础上，将该方法应用到有大片滩地的钱塘江河口涌潮计算中，能较好地模拟钱塘江涌潮在滩地上的传播过程．