流场动态可视化平台关键技术与应用

流场模拟是计算机仿真模拟的热点和难点,是展现水流动态变化过程、辅助寻求水流运动变化规律的重要手段。流场可视化技术的应用可以有效提高水流信息表达的直观性与综合性。本文以北江航道水流可视化为例,开发了浏览器/服务器结构的航道水流可视化平台,重点研究了平台中基于图像的流场可视化技术,采用渲染到纹理技术和通用图形处理器计算中的乒乓技术实现了流场可视化的融合,采用基于视点动态渲染的方式有效解决了水流细节层次的表现问题。在北江航道水流可视化应用中流场动态显示效果流畅,运行帧率达60帧左右。该流场可视化实现方法可以为网页端流场可视化实现与应用提供参考。     

求解动态子结构的大质量界面虚拟激励法

为提高大型结构随机激励的计算效率,解决不同类型组合结构的动力求解问题,提出一种动态子结构求解方法。在各子结构界面的质量矩阵上分别附加大质量单元,并直接在大质量单元上施加两次不同幅值的虚拟激励荷载,确保相邻子结构界面上的加速度响应协调;根据不同子结构界面上的内力平衡条件和线性关系建立界面力平衡方程组,求解出能够保证各子结构之间加速度响应和内力同时协调平衡的虚拟激励荷载幅值;通过求出的虚拟激励荷载分别计算各子结构的真实响应。该方法与传统的模态综合法相比,避免了模态坐标和物理坐标的反复转换,并能直接考虑子结构的高频特性;与机械导纳法相比,减小了综合方程规模,求解更为简便,并适用于外荷载激励和地震下基础加速度激励同时输入的情况。最后通过不同类型的仿真算例验证了该方法的正确性。     

基于改进Gibbs抽样的入库径流过程预报误差模拟

为更好地模拟入库径流过程预报误差系列,从而为水库优化调度提供更准确的输入条件,针对应用不同预见期的入库径流预报误差系列在拟合多元联合分布函数上的困难,将其视为随机过程的多个相互关联的时段变量,基于Gibbs抽样方法在多变量联合模拟上的优势,应用数据挖掘技术改进其满条件概率的前提条件,提出了基于改进Gibbs抽样的入库径流过程预报误差模拟方法。以雅砻江锦屏一级水库入库径流过程预报误差模拟为例,应用结果表明,相对于目前已有的多元联合分布函数拟合的模拟方法,改进Gibbs抽样对多个变量之间的相关关系的模拟更加准确,且生成相同数量的预报误差样本所需时间仅为目前已有方法的1/3,模拟效果和计算效率有较大提高,为入库径流过程预报误差模拟提供了一种更快速有效的方法。     

基于BP神经网络的干旱区多组分径流模拟

西北干旱区内陆河流的地表径流是宝贵的可利用水资源,但是由于径流组成的复杂性导致径流模拟复杂,难以满足实际应用的需要。应用Back-Propagation(BP)神经网络结合Snowmelt-Runoff Model(SRM)融雪径流模型中度日因子法对新疆开都河流域进行径流过程分析,模拟取得较好结果,同时发现:(1)日平均气温是影响目标流域径流量和过程的主要影响因子;(2)使用自相关系数法处理日均流量序列对全年日均流量模拟精度均有明显提升,尤其对普通输入无法有效模拟的目标流域融雪时间段(3—5月)的日均流量改进显著。为西北干旱区冰川、融雪和降水复合补给的径流的快速模拟提供了新的途径,也为水资源的合理利用提供了有效参考。     

基于SPEI的潮白河流域气象干旱时空特征分析

在全球变暖加剧的背景下,区域干旱情况愈发严重.潮白河流域作为密云水库的重要集水区,对其干旱特征研究具有重要的现实意义.基于中国区域地面气象要素驱动数据集,提取潮白河流域1979—2018年的气象数据,计算不同时间尺度的标准化蒸散发指数(SPEI)值,分析潮白河流域气象干旱时间和空间上的变化特征.结果表明:①1979—2...     

跨流域调水工程受水区生态补偿标准研究

针对南水北调中线工程受水区北京市的生态补偿问题,对北京市水资源进行投入产出分析,求解水资源影子价格,进而计算北京市使用南水北调水资源产生的经济效益,在此基础上量化北京市水资源短缺程度,结合支付意愿的费用分析法计算北京市2008年?2018年需支付的生态补偿标准,并对北京市2020年和2035年不同供水保证率下的生态补偿...     

三维挑流水舌及其碰撞的LBM数值模拟研究

为了研究挑流水舌空中掺气破碎以及水舌碰撞形成的复杂两相流运动,采用格子玻尔兹曼方法对泄洪过程中的挑流水舌以及两股水舌的碰撞进行数值模拟研究.研究表明:(1)格子Boltzmann方法能够对挑流掺气水舌进行数值模拟,得到掺气水舌的运动界面以及水舌风的空间分布.水舌内缘挑距、外缘挑距以及横向宽度与文献中实测数据对比误差分别...     

基于最大熵原理的泄洪雾化雨滴谱研究

水电站在泄洪期间,会在下游空间形成大量的粒径大小各异的运动水滴,就构成了泄洪雾化液滴粒径的分布问题。目前泄洪雾化液滴粒径分布采用Gamma函数来描述,属于经验函数的方法,缺乏实际的物理意义。本文将最大熵原理应用于水电站泄洪雾化液滴粒径分布研究中,对挑流泄洪产生的液滴粒径分布进行了研究。研究结果表明：（1） Gamma分布计算的雾化液滴滴谱分布结果存在削峰特征,滴谱分布的众值直径（数量概率密度最大对应的直径）偏向于小粒径方向,且计算的峰值比实验值偏低。（2）仅通过质量守恒为约束推导的最大熵MEM分布的计算的滴谱分布的众值直径明显偏向于大粒径方向,且计算的峰值比实验值偏高。（3）本文构建的MEP分布模型计算的结果与Gamma函数和MEM分布计算结果相比较,均方根误差最低,决定系数最高,更加符合实测数据的变化趋势。     

基于多尺度数值同化模式的泄洪雾化对天气环境影响的数值模拟研究

水电站局地天气要素的变化一直是泄洪雾化影响评价的重要组成部分,如何实现水电站局地气象场的高精度数值模拟,已成为泄洪雾化数值模拟方面亟需解决的重要问题.应用数值天气预报模式,采用松弛同化技术将泄洪时段的水舌风、温度、相对湿度、压强等物理参数,同化到数值天气预报模式的背景场中,并耦合小尺度诊断模型进行动力降尺度处理,首次将...     

CFRP-EMD加固灌浆套筒连接装配式桥墩振动台试验

为研究受力筋灌浆套筒连接装配式混凝土桥墩的抗震加固方法,以受力筋灌浆套筒连接装配式混凝土桥墩和灌浆套筒-预应力筋连接装配式混凝土桥墩为研究对象,设计制作了两个1/6缩尺模型,并依据二者的震害特点提出了一种采用碳纤维复合材料-外置金属耗能装置(简称CFRP-EMD)的组合加固方法。选取近断层地震波作为输入,开展了单、双向激励下模型桥墩的振动台试验,从试验现象、基本动力特性、地震响应规律等方面分析了CFRP-EMD对两类装配式混凝土桥墩的加固效果。结果表明：地震作用下两类试件的主要震损包括墩身开裂、墩底接缝开合、接缝混凝土剥落压碎等;附加预应力筋连接可提高构件刚度和自复位能力,降低墩身和接缝的损伤速率和损伤程度;采用CFRP-EMD组合加固能够显著提高震损装配式构件的刚度、抗震变形能力和耗能能力;CFRP-EMD加固后灌浆套筒-预应力筋连接装配式混凝土桥墩的塑性变形更加合理。提出的组合加固设计方法和实施原则可用于装配式混凝土桥墩抗震加固中。