基于改进鲸鱼优化算法的重力坝变形参数反演

针对利用位移实测资料对大坝坝体和基岩的变形力学参数进行优化反演时存在效率低、精度差等问题,通过对鲸鱼优化算法进行并行化改进,并引入权重因子,结合有限元计算,提出一种基于改进鲸鱼优化算法的力学参数反演方法。利用该方法对某混凝土重力坝坝体和基岩弹性模量进行反演,并与粒子群算法的反演结果进行比较。结果表明:在相同迭代次数的情况下,改进的鲸鱼优化算法比粒子群算法耗时更少,且反演得到的坝体、基岩力学参数比粒子群算法得到的更为准确。表明利用多核处理器对该方法进行并行计算,可大幅度缩短计算时间。基于改进鲸鱼优化算法的力学参数反演方法具有搜索能力强、收敛速度快和精度高等特点,合理可行,可推广应用于混凝土拱坝等其他坝型的力学参数反演。     

基于ECMWF和WRF的嘉陵江流域面雨量预报精度评估

将降雨数值预报产品运用到水文预报中已经逐渐成为提高洪水作业预报的预见期的重要手段。为充分了解ECMWF(European Centre for Medium Range Weather Forecasts)和WRF(Weather Research and Forecasting model)2种数值天气预报产品对嘉陵江研究区面雨量预报的预报精度和误差分布,且为增强洪水预报精度的稳健性提供科学支持,采用TS评分、空报率、漏报率、正确率等指标,对嘉陵江地区7个气象分区内的2016年汛期面雨量预报结果进行了检验,分析了不同分区内各检验指标与预报时效的关系。结果表明:ECMWF数值预报产品和WRF数值预报产品均可用于该地区晴雨预报,且2种产品的预报精度随降水等级的增大呈增大趋势,随预报时效的增加呈减小趋势。综合而言,ECMWF数值预报产品对嘉陵江研究区的预报效果更好。     

一种基于信息扩散理论的降雨空间插值方法

根据有限的雨量站观测资料进行空间插值是获取精确降雨空间分布信息的有效手段,基于信息扩散理论,建立了一种降雨量空间插值方法,并分别采用窗宽经验公式法、最优窗宽迭代法和粒子群优化3种算法对信息扩散函数中窗宽这一关键参数进行估计。以浙江省临安市雨量站月降雨量的插值计算为例,将3种算法应用于月降雨量资料的插值计算中,并将其插值效果与普通克里金方法进行比较。结果表明,使用粒子群优化算法估计窗宽参数的信息扩散函数插值方法显著优于其他方法,经验公式估计窗宽参数的信息扩散函数插值方法与普通克里金方法插值效果相当,使用最优窗宽迭代估计窗宽参数的信息扩散函数插值效果最差。     

基于等流时矩阵的中小流域洪水模拟

针对中小流域洪水资料不足、模拟困难等问题,提出了基于等流时矩阵的洪水模拟方法。考虑地形条件等因素,建立了以等流时线法原理为基础的洪水过程比值矩阵,推导出适用于中小流域的洪水过程模拟方法。在新江流域的应用中,采用数字高程模型(DEM)为辅助,确定等流时块的划分,取得较好的模拟结果。与传统的以单位线为基础的洪水预报方法相比,该方法以下垫面的物理特征为基础,考虑了中小流域水文资料不足等问题,其预报精度较高。     

渭河流域多时间尺度径流变化特征及主控因子

为研究变化环境下渭河流域多时间尺度径流变化特征及影响因素,基于渭河流域咸阳水文站1961—2015年实测径流量数据,分析不同时间尺度上径流的变化趋势,并选取多个气象要素与归一化植被指数（normalized difference vegetation index,NDVI）构建向量自回归（vector autoregression,VAR）模型,量化各影响因素对径流变化的贡献程度,探讨全年、汛期和非汛期径流变化主控因子的差异性。结果表明,1961—2015年渭河流域径流整体呈下降趋势,汛期径流量占比为65.5 %。在年代尺度上径流的丰枯变化存在差异,1970—1979年和1990—1999年径流量呈显著减少趋势;影响汛期和全年尺度径流变化的主控因子均为降水,贡献率达50%,其次是太阳辐射,在汛期和全年的贡献率分别为14.37%、18.45%。非汛期影响径流变化的主控因子为NDVI（贡献率30.08%）与太阳辐射（贡献率30.05%）,且NDVI对径流变化的滞后效应更明显,其他因子贡献大小依次为降水、空气比湿、气温。     

水汽风速放大计算可能最大暴雨方法探讨

我国可能最大暴雨(PMP)计算中,通常采用两种放大方法,即水汽效率放大和水汽风速放大,但一般认为水汽风速放大成果不稳定,结果往往偏大,所以通常只作参考,最后基本上都选取水汽效率的放大结果作为最终的设计成果.借鉴港口工程设计中“风玫瑰图”概念,对传统水汽风速放大方法进行改进,即先根据研究区域常风向对实测风速资料进行风向分组,对每组风向的典型暴雨进行放大,再从中选取最大值作为水汽风速的放大成果,为PMP计算提供了一种新的思路.以湖北省咸宁核电厂为例进行了应用研究,并与水汽效率放大方法和传统水汽风速放大方法结果进行了比较,提供了更为合理的分析成果.     

软土地基水闸底板有限元分析的桩基模拟方法

传统分析方法中,采用等参单元模拟软土地基群桩基础的方法既不经济且夸大桩的刚度,为能对桩基进行合理高效地模拟,本文提出了一种考虑桩、土及底板相互作用的内置桩单元法。采用梁单元位移模式,根据桩单元节点在土或底板等参单元中的局部坐标,建立桩单元包含转角的节点位移与土或底板节点位移之间的关系,进一步代入到有限元整体控制方程中求解。结果表明,通过本文建立的位移转换模式,可以利用梁单元对考虑复杂的桩、土和上部结构相互作用情况的桩基进行模拟,在保证精度的同时简化了建模步骤,降低了对网格密度的要求。研究表明,采用本方法可以验证软土地基上水闸底板受力分析时桩基础用梁单元位移模式模拟的合理性和有效性,为软土地基上桩基的快速分析计算提供了一种新方法。     

带连通阀的阻抗调压室水锤防护特性研究

在大流量输水工程中,水泵抽水断电后,管线往往会有较强的压力波动,易造成沿线水位压力较低.结合某大流量输水工程,建立了带连通阀的阻抗调压室数学模型,对比分析了简单调压室、阻抗调压室和带连通阀的阻抗调压室的水锤防护特性,验证了带连通阀的阻抗调压室的优越性,并研究了其连通阀关闭规律对调压室水锤防护特性的影响.研究表明:与简单...     

基于B/S和开源框架技术的临安市水文水资源信息系统开发

从设计原则、总体架构设计、系统功能设计几方面对临安市水文水资源信息系统开发进行了思考,提出了基于B/S架构,运用Quartz、Ehcache和WebSocket开源框架技术,解决海量水文水资源数据检索查询效率、高并发用户访问的系统响应速度和预警信息实时传递等关键问题。结果表明,开发的临安市水文水资源信息系统能提供包括水雨情、工情及水资源信息查询、预警预报发布、公文报表自动生成、站点维护等分析处理工具,实现了水文日常业务的智能化,为决策部门与社会公众提供实时水文水资源信息服务。     

基于多 GPU 数值框架的流域地表径流过程数值模拟

与传统概念性水文模型相比,二维水动力模型可提供更丰富的流域地表水力要素信息,但是计算耗时太长的问题限制其推广应用,提升二维水动力模型的计算效率成为当前数字孪生流域建设工作中的关键技术难题之一。采用基于Godunov格式的有限体积法离散完整二维浅水方程组建立模型,通过消息传递接口(message passing interface, MPI)与统一计算设备架构(compute unified device architecture, CUDA)相结合的技术实现了基于多图形处理器(graphics processing unit, GPU)的高性能加速计算,采用理想算例和真实流域算例验证模型具有较好的数值计算精度,其中,理想算例中洪峰的相对误差为0.011%,真实流域算例中洪峰的相对误差为2.98%。选取宝盖寺流域为研究对象,分析不同单元分辨率下模型的加速效果,结果表明：在5、2、1 m分辨率下,使用8张GPU卡计算获得的加速比分别为1.58、3.92、5.77,单元分辨率越高,即单元数越多,多GPU卡的加速效果越明显。基于多GPU的水动力模型加速潜力巨大,可为数字孪生流域建设提供有力技术支撑。