黄河内蒙古段冰情的自适应神经网络预报

运用数理统计理论的互相关分析方法,对黄河内蒙古段冰情信息时间序列进行分析,筛选出了冰情信息的预报因子,建立了冰情预报的自适应BP神经网络模型。预报结果表明:流凌日期为乙等预报方案,封河日期为甲等预报方案,开河日期为丙等预报方案。     

黄河宁蒙河段冰情预报方法分析

黄河宁蒙河段冰情预报影响因素多、预报难度大。通过分析黄河宁蒙河段冰情特点,冰情预报任务,阐述了宁蒙河段目前的冰情预报方法;同时,依据当前防汛形势对冰情预报的新要求,提出了未来冰情预报需要开展的工作。     

黄河内蒙古段冰情预报系统的开发

为了预报黄河内蒙古段的流凌和封开河日期,以多元线性回归理论与人工神经网络理论为基础,设计开发了黄河内蒙古段冰情预报系统预报内蒙古段各个站点的流凌和封开河日期。选用黄河内蒙古段水文、气象和冰情信息建立数据库,应用ADO OLEDB技术调用数据库,建立符合相关性要求的人工神经网络模型和多元线性回归模型,从而实现预报识别检验。使用2003—2004年度至2007—2008年度5年的资料进行预报检验,并与实际开河日期对比分析,预报结果合格率为80%和67.7%,分别达到甲等和丙等预报精度,表明系统可以应用于黄河内蒙古段的冰情预报。     

基于LSTM模型的宁蒙河段封河时间预测研究

为解决目前使用的封河时间预测模型输入参数多、边界条件要求高以及长预见期预测精度较差等问题,采用长短时记忆(LSTM)循环神经网络模型方法,对黄河宁蒙河段封河时间进行预测。结果表明:在非极端天气条件下,LSTM模型的预报精度满足水情预报的要求,该模型的预见期和预测精度优于传统预报模型,对运行条件和边界条件的要求远低于现有人工神经网络模型以及冰水动力学模型,能够有效提升宁蒙河段封河时间预报水平。     

黄河宁蒙河段2001-2010年凌情变化分析

根据宁蒙河段水文站冰凌观测资料,分析了黄河宁蒙河段2001-2010年凌情的变化.分析结果表明:河段流凌及封、开河特征发生明显改变;河道冰下过流能力明显下降,槽蓄水增量逐年增大;封、开河水位升高,凌情形势趋于复杂.     

基于气温特征值的三湖河口断面冰期预报模型

宁蒙河段是黄河冰凌灾害最严重的河段,三湖河口断面是黄河宁蒙河段防凌防汛的重要控制断面,也是宁蒙测区凌情的首发和频发断面。基于龙羊峡和刘家峡水库联合运用以来三湖河口断面水文、气象、冰情等资料,研究分析河道形态、动力条件等对凌情的影响,统计三湖河口水文断面冰期气温特征值,利用多元线性回归法建立了冰期预报模型。结果表明:1在目前三湖河口断面相对稳定、上游来水变化不大的情况下,气温是影响河道冰凌过程的主要因素;2冰期预报模型的预报合格率均在70%以上,封河日期预报的合格率达到82%,符合相关规范要求。     

黄河内蒙古段流凌预报可变模糊聚类循环迭代模型

为了模拟黄河内蒙古段冰情的发生、发展过程,以可变模糊集理论为基础,提出了可变模糊聚类循环迭代模型来预报黄河内蒙古段巴彦高勒站流凌日期。选定初始权重矩阵、初始模糊聚类矩阵、初始模糊聚类中心矩阵,应用迭代公式求得最优权重矩阵、最优模糊聚类矩阵、最优模糊聚类中心矩阵,建立符合相关性要求的回归方程,从而实现预报识别检验。将模型预报结果与实测值对比分析,预报结果合格率达到80%,属于甲等预报方案,表明基于物理成因分析和数学理论的可变模糊聚类循环迭代模型可用于黄河内蒙古段的流凌预报。     

黄河宁蒙河段冰凌变化新特点分析

基于冰凌观测资料,分析了黄河宁蒙河段2000年以来冰凌的变化特点。结果表明:河段流凌及封、开河特征发生明显改变;河道冰下过流能力明显下降,槽蓄水增量逐年增大;封、开河水位升高,河道堤防压力增大,凌情形势趋于复杂。建议在加强冰凌原型观测的基础上,开发具有物理机制的冰凌预报模型。     

宁夏灌区退水对黄河封河期防凌调度的影响

对1991—2008年宁夏灌区引、退水规律,以及冬灌退水对宁蒙河段防凌调度的影响进行了分析。结果表明:宁夏灌区退水过程滞后于引水过程,但变化与引水趋势相似,集中在5—8月和11月份,这两个时段退水量占年总退水量的94%,灌区退水与降水量、地下水位和蒸发量相关。对冬灌退水规律分析发现,退水对黄河宁蒙河段持续流凌10~15d的凌情影响不大,但对11月上中旬强冷空气降温造成流凌后迅速封河的凌情威胁较大。     

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。     

旁多坝址冰水堆积层可灌性分析

旁多水利枢纽工程是西藏自治区＂十一五＂期间重点水利工程项目,为拉萨河中段梯级开发之首。大坝基础采用全封闭防渗方案,即上墙下幕,防渗墙深入至冰水堆积层一定深度,墙下帷幕进入基岩,因此对坝基冰水堆积层可灌性分析评价是很必要的。通过对旁多坝址冰水堆积层可灌性的分析评价,结果表明坝基冰水堆积层属可灌地层。     

基于粒子群神经网络的凌汛开河日期预测研究

为了更准确地预测凌汛开河日期,提出用粒子群算法和BP神经网络相结合的粒子群神经网络模型。介绍了模型的设计和算法实现的流程。该模型通过粒子群算法对BP神经网络初始的权值和阈值进行优化,并以黄河内蒙段三湖河口站作为研究实例进行冰凌开河日期预测。结果表明,经粒子群优化后的BP神经网络预测精度比遗传神经网络和单一BP神经网络更高。     

水塘静水冰生消过程及冰盖演变的原型试验

为研究静水冰生消过程及冰盖演变规律,于2014年11月中旬至2015年3月中旬对内蒙古自治区托克托县南湖水塘的冰情变化进行原型试验,研究不同时段气温、不同水深对静水冰生消过程、冰盖演变及水温分布、冰面温度的影响。试验结果表明:气温是影响静水冰情的主要因素,在冰盖增长期,冰厚与累积日均负气温线性相关;冰盖不稳定变化期和消融后期,冰厚及冰盖增长率主要受时段气温影响;水深对最大冰厚和冰融化消失时间有影响,对冰盖演变过程的影响不明显;气温变化对表层水温的影响较大,对深层水温的影响相对较小;冰面温度与气温变化同步。     

基于不同碰撞模型的流冰—输水隧洞碰撞动态响应研究

位于西北寒区的输水隧洞在流冰期输水时会受到流冰不同程度的撞击作用。由于流冰与隧洞衬砌撞击时水介质会对其撞击结果产生一定的扰动性,因此,为了研究水介质对于中小型流冰撞击结果的影响作用,以引大入秦工程盘道岭37#隧洞为研究对象,分别建立基于附加质量法以及流固耦合法的流冰-输水隧洞碰撞模型,结合有限元软件LS-DYNA,对流冰撞击输水隧洞衬砌的动态响应进行研究。研究表明:由于水介质的作用,两种碰撞模型中隧洞衬砌高应力区存在着一定的差异性;在模拟流冰撞击输水隧洞时,附加质量模型的计算结果普遍偏大,但其具有建模简单且计算时间较短的优点;流固耦合模型由于将碰撞过程中动水作用以及流冰与输水隧洞逼近时产生的“水垫效应”考虑在内,使其能够更真实地模拟流冰与输水隧洞的真实碰撞状况。     

最高冰塞,冰坝水位计算与预报的动力—随机模型

应用动力模型可以计算出某一流量过程的最高冰塞、冰坝水位。然而在设计工作中希望知道在某一概率流量情况下的最高冰塞、冰坝水位。为此，本文建立了相应的动力－随机模型。据本文作者所知道的情况，该模型在文献中尚未见到过。本文用水动力学及随机函数的相关理论两种方法论证了动力－随机模型解的收敛性。在该模型中本文建议用数学期望作为边界断面的时均值，用均方差作为边界断面上的随机值。在最大流量概率密度服从对数正态分布     

弯曲过渡破坏条件下锥体结构的冰荷载分析

现场观测显示，作用在锥形抗冰结构上的冰破坏力变化与冰弯曲破坏的模式过渡相联系，最大冰力在过渡条件下出现。为了确定这一冰破坏力，本文采用半圆环域的薄板模型求得弹性力学解，在小挠度条件下得到了分别与两种弯曲破坏模式相对应的冰力表达式，它们都是冰断裂长度平方的函数。由此确定了过渡破坏条件下的冰荷载。得到过渡的临界条件为锥面的水线半径与冰的环向裂纹的半径之比等于0.467。过渡冰力(无量纲化)的竖向分量为一常数6.28。分析得到的冰力的竖向和水平两个分量通过两组模型试验进行比较得到了验证。研究表明，如果冰的破坏模式落入过渡区，通常在静冰力分析中采用的以楔梁型破坏为基础的冰力模型可能低估冰力的幅值。     

南水北调中线总干渠冰情预测模型参数敏感性分析及率定

南水北调中线工程黄河以北总干渠冬季由于受气温的影响,将有不同程度的冰情产生,总干渠将处于无冰、流冰、冰盖下输水等多种复杂运行状态,运行不当则可能发生冰塞、冰坝危害。为了更准确地预测冰情,文章利用详细热量交换法对不同条件下渠道内一维冰盖生消进行数值模拟,根据2012年冬季的冰清观测结果以均方根差最小的原则率定模型参数。随后通过改变反射系数α、云量C、虚拟冰盖厚度Δh、风速Va、折减系数Cc及Ce、初始水温等分析冰盖厚度对于模型参数的敏感性。仿真结果显示,模型参数中反射系数α、虚拟冰盖厚度Δh这两个参数对冰盖厚度影响较大,气温数据中云量C对冰厚结果影响较大,且在高云量区域敏感性为极敏感,这些规律可以为寒区渠道系统冰情预测模型的开发及率定提供参考。     

河流冰塞的形成与壅水计算

我国北方河流,冬季普遍存在着冰情现象,依据成因不同,将河流冰盖分为热力冰盖和动力冰盖2种.河流冰情分为3种类型,第一种形成热力冰盖,第二种形成动力冰盖,即冰塞,第三种流冰花但不封河.冰塞可分为头部段、稳定段和尾部段3部分,其中冰塞稳定段的水流状态近似于管流,基于管流理论,依据黄河万家寨水库实测冰塞资料时形成冰塞稳定段的各种水力要素进行相关分析,推导出水库冰塞的计算方法.从验证计算和合理性检验两方面看,该方法的计算结果比较合理,可用于计算水库冰塞.     

基于可变模糊综合分析的冰凌预测模型

在分析凌汛成因影响因素的基础上,以可变模糊集理论为核心,采用二元比较法确定指标权重,结合统计相关分析确定预报因子相关程度,提出一种基于可变模糊综合分析的冰凌预测模型。将该模型应用于黄河内蒙古段开河日期的预测,结果表明该模型计算简便,对开河日期的预测具有较高的精度。