基于SEM图像的细颗粒泥沙絮体3维分形研究及其应用

具有分形特征是细颗粒泥沙絮体的重要特性,为了解决目前主要是通过絮体SEM图像研究其2维分形特性的问题,利用SEM图像灰度值重建细颗粒泥沙絮体3维图像,通过MATLAB编程用盒计数法计算絮体3维分形维数;然后基于絮体3维分形维数,推导出细颗粒泥沙静水沉降时清浑交界面的沉降公式,并将其应用在滇池底泥清混交界面的沉降计算中,其计算误差在5%以内。结果表明,直接利用絮体SEM图像计算絮体3维分形维数是可行的,避免了图像处理中人为误差的引入,且通过其推导的沉降公式可用于计算清混交界面的沉速。     

深埋地下洞室群动力时程分析中人工边界的设置

针对深埋地下洞室群动力时程分析中建模范围和人工边界设置问题,基于地下洞室群地震波动场的分布特征,提出一种动力时程分析中洞室群模型人工边界的设置方法。该方法允许模型不建至地表,而采用解析法求解地表反射波动场,并通过人工边界入射至模型。基于波场分离原理,使模型四周边界仅透射外行散射波,保障模型四周边界的计算精度。理论试验和实际工程计算表明,该方法计算精度较高,能满足地下洞室群动力时程计算对人工边界的精度要求,同时有效减少模型单元量,缩短动力时程的求解耗时。     

水库异重流潜入点流速分布及其判别式改进

异重流潜入条件是描述异重流潜入运动的关键参量。异重流潜入条件中含沙量与潜入弗如德数为隐性关系,是由于以往研究对潜入点垂线流速分布未能给出适当的数学表达式。通过对异重流潜入点处垂线流速分布物理图形的数学分析,利用小浪底水库2004-2015年调水调沙期异重流潜入点资料,得到水库浑水异重流潜入动量修正系数理论值1.2,小浪底水库实测值为1.13,均为常数。在此基础上,对异重流动量修正系数进行水槽试验资料和实测资料验证,推导获得了新的水库异重流潜入点判别关系式,小浪底水库和三门峡水库实测资料计算结果表明,该流速分布可以描述潜入处的流速分布状况,新的潜入点判别式更符合实际。该成果可为小浪底水库调水调沙预案编制和数学模拟提供技术支撑。     

正挑桩式丁坝壅水特性及其冲刷深度计算模式理论

作为一种新型河工建筑物,桩式丁坝对水流及河床的影响亟需可靠的定量研究。为此,在前人研究的基础上,结合室内试验,分析了正挑桩式丁坝区域水流特性及其冲坑特征。采用叠加水头损失的方法并以此建立能量方程式,得出桩式丁坝壅水高度的计算公式。在此基础上,通过进一步理论分析,结合试验验证,对桩式丁坝局部冲刷深度进行了探讨。首先建立了坝头水流叠加模式,进而得出了坝轴断面的流速分布式,并推导出了正挑桩式丁坝局部最大冲刷深度的理论计算公式。所建立的壅水高度和最大冲刷深度计算公式具有清晰的数学模式和明确的物理意义,并得到了室内试验的验证,可为工程设计提供技术依据。     

坝后背管承载性能研究进展

以理论分析法、模型试验与原型观测法、有限单元法为线索总结了近年来坝后背管承载性能的研究成果。重点评析了管道外包混凝土开裂前后应力状态的计算方法、外包混凝土裂缝宽度的计算方法、提高管道耐久性的措施、有限单元法在坝后背管中的应用。提出了需要进一步深入研究的问题,包括合理的钢材配置计算方法、钢衬外包混凝土裂缝控制研究、非线性承载性能和破坏机理研究、动力承载性能研究、温度控制和温度应力分析、新型材料和新型结构型式研究等。     

粘性细颗粒泥沙静水絮凝-沉降模拟

针对实验观测黏性细颗粒泥沙絮凝沉降过程存在困难的问题,在考虑泥沙絮团分形特性和曲线轨迹碰撞的前提下,建立了静水絮凝-沉降模型,并验证了模型的正确性,最后根据模拟试验结果分析了絮团体积分布及絮团平均粒径的时空变化和絮团分形维数对模型的影响。研究结果表明:不同深度下,大粒径絮团的体积和絮团的平均粒径均随时间遵循先增后减的规律,但随着深度的增加,絮团体积分布变宽,大粒径絮团所占比重增加,絮团平均粒径的最大值增加且出现时间较早;分形维数越大,竖直方向的泥沙输移作用越强。     

大渡河梯级水库群联合优化调度函数研究

采用＂优化-拟合-再优化-随机仿真＂技术框架研究梯级水库群联合优化调度函数：首先建立梯级水库群优化调度模型,通过改进的动态规划方法得到最优样本;然后对最优样本进行回归分析得到联合调度函数;并基于模拟调度结果采用非线性规划法直接修正调度函数;最后通过水文随机模拟技术生成径流系列,进一步检验、评价所得调度函数的效率。以长江上游大渡河梯级水库长期优化调度为对象进行实例研究,计算结果表明：对于1959-2000年实测径流系列,梯级水库群联合优化调度函数较常规调度年均发电量增幅达1.66%;对于Copula随机模型生成的水文径流系列,年均发电量提高了1.42%,经济效益显著。     

基于聚类分析的人工神经网络洪水预报模型研究

应用模糊C均值(FCM)和自组织映射网络(SOM)两种方法将洪水流量过程线进行分解,并聚成不同的类别,结合多层前馈神经网络(MFN)建立了两个综合神经网络模型(FCMMFN和SOMMFN),进行洪水预报。在王家厂水库流域洪水预报的应用结果表明,两种聚类方法能够将流量过程分解为具有不同内在规律的若干过程,两种综合神经网络模型预报精度均优于单一的多层前馈网络模型,而且FCMMFN的精度高于SOMMFN。     

考虑前期影响雨量的NLPM-AMN模型

建立了一种考虑前期影响雨量和采用人工神经网络的非线性扰动模型。模型结构与NLPM-API模型相似,不同之处在于采用人工神经网络模拟输入扰动项与输出扰动项之间的相互关系。采用牧马河和鲇鱼山水库流域的日降雨径流资料对模型进行了率定和校核。结果表明,所建模型与线性扰动模型、NLPM-AMN模型和NLPM-API模型相比,两个流域在率定期的模型效率系数增长幅度分别为10.84%,1.54%,10.6%和21.59%,0.67%,10.11%;在检验期的模型效率系数增长幅度分别为5.56%,0.97%,4.41%和11.86%,1.76%,7.97%。所有的评价指标均优于其他模型。     

无粘性土堤漫顶溃决过程初步研究

通过概化水槽试验针对不同的河道流量、洪水位、筑堤材料和堤防断面形式等条件,系统研究了溃口横向展宽、垂向冲刷及内外江水位变化过程、影响因素及发展规律。因溃决流量过程难以实测,基于堤防溃口附近水面变化的实测资料,采用1维非恒定溃堤水流数学模型精确模拟了溃决流量过程。研究结果表明,溃决流量变化滞后于溃口处水头变化,与溃口横向宽度以及溃口处水头密切相关,且符合侧堰溢流规律。研究成果可以为堤防减灾以及灾害评估提供初步技术依据。