基于卷积神经网络的大坝安全监测数据异常识别

为了减轻大坝安全监测数据异常识别的数据处理压力,解决传统方法难以辨别非最值异常点的问题,提出利用卷积神经网络(CNN)识别大坝安全监测数据异常模式。监测数据过程线的周期性及异常值的显著差别使CNN得以发挥图像分类功能,分别将存在单个突跳点、无异常、存在震荡段、台阶、多个突跳点、台坎的监测数据过程线作为6类图像,人工生成65 000张训练数据及6 500张测试数据,6类图像的数量比为1∶1.5∶1∶1∶1∶1。利用CNN对混合6种过程线图像的测试数据集进行图像分类,总体准确率为0.973 1,且6种图像的准确率都至少为0.93。进一步对CNN进行改进,构建CNN监测数据异常识别模型,增加数据异常位置搜索功能;模型输入为监测数据过程线图像,输出为图像编号、图像类别及异常位置。研究成果有助于实现大坝自动、及时预警,及时了解大坝安全状况。     

基于极限学习机的堤防工程多元风险指标评价方法

为提高堤防工程风险评价的准确性,提出了基于极限学习机的堤防工程多元风险指标评价方法。首先,综合考虑影响堤防风险的28个评价指标,利用层次分析法从预警系统、堤防工程系统、环境系统和社会经济系统这4个方面建立了堤防工程多元风险评价指标体系。接着,基于极限学习机算法对28个指标进行标准化处理及分级标准构建,以风险指标作为输入量,分级隶属度作为输出量,划分风险等级,量化评价指标,估计多元风险评价指标值和判断风险的严重程度。最后,依托鄱阳湖重点堤防——康山大堤,构建多元风险评价指标体系,运用极限学习机算法计算多元风险评价指标值。评价结果表明:康山大堤目前处于基本安全水平,符合康山大堤经过两次加固后的工程实际情况,并与其他方法进行对比,验证了提出方法的可靠性和有效性。该方法可拓展应用到其他重要水工结构工程风险评估中。     

混凝土面板堆石坝水下面板裂缝成因数值分析

混凝土面板堆石坝的水下面板裂缝形成发展,影响了面板的工作性态。为揭示水下面板裂缝的成因,依据监测资料研究了运行期不利温度工况及施工质量对面板裂缝的影响,提出以空隙率的概率分布函数表征施工质量的方法,采用质量保证率模拟堆石区的施工缺陷区域,确定了运行期堆石坝面板裂缝分析的流程。以某混凝土面板堆石坝为例,通过结构计算研究了面板裂缝开裂区域的应力情况及变化趋势。结果表明:温度因子对深水区裂缝产生及发展影响不大。在水荷载作用下,当施工质量缺陷区堆石料质量保证率为90%时,计算的裂缝应力符合裂缝的检查情况,验证了该模拟方法的合理性。研究成果对面板堆石坝的安全运行具有工程意义,也对同种坝型运行期水下裂缝的成因和判断具有参考价值。     

上覆水磷浓度对沉积物孔隙水中磷垂向分布的影响

为探究上覆水磷浓度对沉积物孔隙水中磷垂向分布的影响,通过室内实验,利用薄膜扩散平衡技术(DET)对孔隙水中磷浓度进行测量,分析孔隙水磷浓度的垂向变化规律,并揭示平衡时上覆水磷浓度与孔隙水磷浓度以及上覆水-沉积物界面孔隙水磷浓度的关系。结果表明:上覆水磷浓度越高,则沉积物孔隙水中磷垂向分布达到平衡所需的时间越长,相同垂向位置处孔隙水磷浓度及其浓度梯度越大;孔隙水磷浓度及其浓度梯度随深度增加而降低,表层沉积物孔隙水中磷的扩散作用最强,下层沉积物孔隙水磷浓度受上覆水磷浓度变化影响较小;吸附平衡后,沉积物孔隙水磷浓度和上覆水-沉积物界面孔隙水磷浓度均与上覆水磷浓度呈幂函数关系,而留存在沉积物孔隙水中的磷浓度仅占2.26%～3.80%,上覆水中减少的磷大部分被沉积物吸附。     

基于两阶段人工鱼群算法的U型渠道断面优化设计

渠道断面优化是控制农田水利工程成本的重要因素,已有的渠道断面优化研究以梯形渠道为主,对U型渠道研究较少。以优化U型渠道深度、圆弧半径和直线段外倾角为目标,建立以U型渠道过水断面面积最小为目标函数、满足设计流量要求的数学优化模型。根据U型渠道水力计算的复杂性,利用引入协调行为的两阶段人工鱼群算法,对渠道断面设计进行优化。优化结果满足边坡稳定等约束条件。将模型应用于连云港市赣榆区黑林镇土地整理项目,10条斗渠过水断面面积均减小,优化后占地面积共减少28.603 m~2,占原占地面积的5.0%。     

基于Hypermesh的水工结构建模及应用

介绍了Hypermesh软件与CAD软件联合仿真的步骤,重点阐述了该建模方法中对网格的形状、疏密和衔接进行控制的原则。以不均匀地基上结构复杂的某水闸为例,系统地介绍选取特征断面构造模型几何轮廓、综合考虑多个断面划分二维网格和借助土层分界面建立地基的建模方法。经检验,该水闸模型质量满足仿真要求,计算结果符合水闸受力特征,最大拉应力为3.077 MPa(顺河向),出现在闸门过水1工况下水闸边墩支座上。Hypermesh结合CAD平面图建模的方法能够实现复杂水工结构仿真,对水工结构的安全评估具有一定参考价值。     

快速闸门断流的轴流泵起动过程三维数值模拟

针对轴流泵机组起动过程的研究是泵站安全稳定运行研究的重要环节。为了准确捕捉轴流泵机组在起动过渡过程中的动态特性,建立轴流泵机组的全流道三维模型,采用三维CFD计算软件Fluent,利用基于有限体积法的动网格技术,配合VOF多相流模型对快速闸门断流的轴流泵机组起动过程进行了三维瞬态数值模拟,获得了轴流泵机组起动过渡过程中的流态变化及外特性参数的变化规律。闸门开启时间为60s时,机组起动扬程在12s时达到最大值2.76m,为运行扬程的1.28倍。减小快速闸门开启时间能够降低机组最大起动扬程,但同时会加剧回流及闸门处的水流撞击。计算结果表明:动网格技术结合VOF多相流模型可以较好的应用于快速闸门断流的轴流泵机组起动过渡过程数值模拟中,其结果可为泵站水力设计及轴流泵机组的过渡过程研究提供参考。     

阿克苏河径流演变及其对气候变化的响应

气候变化深刻影响着径流变化过程,是造成我国西北干旱区水资源短缺和生态环境荒漠化等问题的重要原因。以阿克苏河流域上游水文站1961-2014年的月径流资料和气象网格数据为基础数据,通过线性回归法、Mann-Kendall非参数检验法和Pearson相关系数法,分析了阿克苏河流域径流演变规律并进一步探讨了径流对气候变化的响应。结果表明:近54年来,阿克苏河流域径流量呈现显著的上升趋势,且研究区内气候增暖增湿趋势明显;径流量和气候要素在时间上有良好的一致性,突变时间均发生在20世纪90年代,径流量的突变时间略滞后于气温和降水量;经相关统计检验分析,阿克苏河流域出山口径流量受到了气温和降水的双重影响,托什干河径流对气温更为敏感,而库玛拉克河则是降水对径流的影响占主导作用。     

基于随机森林分类算法的边坡稳定预测模型

基于随机森林分类算法,提出一种边坡稳定预测模型。应用收集的边坡稳定状态实例资料,选取边坡的岩石重度、黏聚力、内摩擦角、边坡角、边坡高度、孔隙水压力等参数,对边坡稳定性进行预测,并与SVM模型和RBF神经网络模型的预测精度相比较;研究了随机森林模型中决策树的数量对模型预测精度的影响,并最终确定在样本数目为100左右时,模型中树的棵数设为500较合适。模型预测结果表明:选取的边坡参数比较合理,随机森林预测模型较其他模型更为精准,能有效预测边坡的稳定状态。     

河流连通性综合评价方法研究

保障河流连通性是生态系统保护与修复的一项重要举措,为推进我国江河湖库水系连通工作,亟需加强河流连通性评价的理论方法研究。基于河流生态系统四维结构和功能整体模型,构建了河流连通性综合评价方法;通过梳理国内外河流连通性评价的研究和实践,从4个维度凝练了构建河流连通性指数的5个评价指标,包括破碎度指数、库容调节系数、水资源利用消耗率、路网密度和城市夜间灯光指数;通过综合分析各个指标的阈值和权重,建立了河流连通性指数计算方法、综合评价方法及评价依据。研究成果进一步完善了河流连通性评价的理论方法,为河流连通性评价提供了一种新的思路,可为河流生态系统保护与修复提供参考。