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。     

模糊关系优选决策模型与应用

针对我国水资源短缺和水土环境恶化问题，在充分考虑经济、生态、社会、环境等诸多因素的基础上，将陈守煜教授提出的多目标系统模糊关系优选决策模型应用于与农业水资源优化配置密切相关的农作物种植结构，为区域农业可持续发展提供理论指导。模型理论严谨，解法简便，具有广泛的通用性。     

冰凌预报模糊优选神经网络组合预测方法

基于工程模糊集、人工神经网络、遗传算法与组合预测理论,提出了模糊优选神经网络组合预测模型,应用于黄河内蒙古段冰凌预报,给出了3种单一预测模型和组合预测模型的预测值,结果表明:组合预测模型物理意义明确,数学推导过程严谨,预测精度高于单一预测模型。     

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。     

流凌条件下弯道水力特性数值模拟

采用VOF技术,利用RNG k-ε湍流模型,结合拉格朗日粒子模型,通过建立弯曲度不同的弯道,对流凌条件下弯道的水力特性进行了模拟研究。结果表明:流凌过弯后主要集中在凹岸,集聚明显;流凌的存在增大了凹岸表层水流的横向环流,在一定程度上影响凸岸底部大环流的发展;各弯道进口断面最大水面流速均大于出口;随弯曲度的增大,冰水流凹岸低流速区和高紊动能区呈扩大趋势,弯顶断面主流区逐渐向凸岸偏移。     

基于GIS的黄河内蒙古段冰下河床三维可视化方法与应用

为了揭示冰封期黄河河床的演变过程,基于地理信息系统(GIS)技术,研究了黄河内蒙古段冰下河床三维可视化分析方法。根据野外测量结果进行了河道地形剖析,绘制了河床地形等值线图、矢量地形图及弯道典型断面;在可视化过程中,绘制了冰封期和畅流期河床的三维表面图及地貌晕渲图,并对冰封期和畅流期河床冲淤变迁做了定量计算,对冰盖流和明渠流两种条件下的河床空间进行了对比分析。结果表明:运用GIS技术可以实现河床表面的三维建模和不同时期河床冲淤变化的定量计算,及时反映出河道变迁过程,准确计算河床冲淤量,阐释冰封期泥沙与水流运动相互作用的机理。     

基于Budyko假设的黄河下游非一致性径流模拟

径流变化直接影响着流域水资源合理开发与利用,径流量的统计与模拟至关重要。为分析非一致性水文条件下径流模拟的不确定性问题,以黄河下游地区为研究对象,采用灰色关联法确定黄河下游径流的主要影响因素,采用滑动样本熵法对水文序列进行突变检验,同时采用在Budyko假设基础上构造出的Zhang模型进行径流模拟。结果表明:降水和气温是径流产生的主要因素(γ 0. 5);黄河下游的降水、气温水文气象时间序列在1990年前后发生了较大的变化,破坏了水文序列的一致性;改进后的Budyko模型模拟精度更高(NSE 0. 9),表明Zhang模型可用在黄河下游非一致性水文气象序列的径流模拟中。     

钩环式护圈对冰盖下桥墩局部冲刷影响的试验研究

基于桥墩局部冲刷原理,在水平护圈防冲措施的基础上,设计了一种能改变桥墩周围水流流态的新型防冲设施—钩环式护圈。为探究钩环式护圈对圆柱形桥墩局部冲刷的防护效果,采用不同形状的钩环式护圈进行室内物理模型试验,分析了桥墩周围的冲刷特征和水力特性。试验结果表明：当钩环式护圈的高度为1 cm、角度为135°且安装在床面时,防护效果最好;与光墩相比,桥墩安装钩环式护圈后,最大冲刷深度最多可减小62.2%,桥墩底部垂向流速、垂向紊动强度均明显减小。通过多元回归分析建立了计算桥墩周围无量纲最大冲刷深度的经验方程,该方程对明流和冰盖条件下水流均适用。     

基于遥感数据的河冰过程解译及分析

鉴于河冰的野外观测受观测技术、条件及方法的限制而无法获得大尺度、长序列的河冰过程数据,而遥感技术可有效完成复杂时空尺度海量信息的收集处理,以Landsat8遥感影像为数据源,通过单波段信息量比较及相关系数、信息熵和最佳指数的联合分析,得到最佳波段组合;采用监督分类的最大似然法对黄河内蒙古段三湖河口河段2013—2014年冬季不同时期遥感卫片数据进行解译,并对解译结果进行分析,从而获得该河段不同时期河冰的生消演变过程及特性。结果表明:应用7、4、3波段组合获得了较高的河冰解译精度,解译影像可以反映大尺度下冬季河冰的生消演变及输移过程,结合气象、水文等数据可以解释典型河冰现象,为河冰的理论分析及机理研究提供数据支撑。     

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。