蒙特卡洛随机模拟法在水电工程风险分析中的应用

蒙特卡洛随机模拟法是水电工程经济评价风险分析中的一种重要方法，本文以实例介绍了此方法在水电工程的具林应用，并取得了较好的效果。     

河流水质参数估计的蒙特卡罗方法

考虑到水环境系统的不确定性,把河流水质观测数据和水质模型参数都作为随机变量来处理。采用贝叶斯方法计算出模型参数的后验概率密度函数,通过蒙特卡罗方法对其进行采样来获得参数的估计值。最后通过对一个实际河道的水质模型参数进行了估计,取得了较好的效果,可为进一步使用水质模型预测河流浓度分布提供依据。     

改进多元回归法与神经网络应用于水质预测

为提高水质预测模型的精度,在传统算法的基础上,提出了改进多元非线性回归算法,并以黄河干流龙门至潼关监测断面的水质预测为例,与神经网络算法进行了比较计算。结果表明,两种模型均可用于黄河水质预测,改进多元非线性回归模型预测效果略优于人工神经网络模型。     

基于熵权的集对分析模型在水质综合评价中的应用

针对水质评价中各评价指标的不确定性,将集对分析理论应用于水质综合评价中。先通过计算评价样本与评价指标之间的联系度对样本做初步分类,再对样本做进一步的同一、差异、对立的集对分析以判断评价样本的等级。在确定各评价指标的权重时,将信息论中的熵值理论引入该模型,运用信息熵所反映实测数据的效用值计算各评价指标的权重,使权重的分配具有一定的理论依据。最后运用蒙特卡罗法构造算例,讨论了实测过程中的随机观测误差对评价结果的影响。经实例分析,通过与综合评判法、属性识别法和模糊物元法的比较表明,基于熵权的集对分析模型的评价结果合理、客观。     

Reliability analysis for reservoir water supply due to uncertainties in hydrological factors,rainfall-runoff routing and operating rule curves

This study aims at developing a reliability-analysis model (RA_WS_RES) to quantify the effect of variations in uncertainties factors regarding the reservoir inflow and outflow at various 10-day periods on the reliability of water supply from the reservoir. The uncertainty factors considered are classified into three types: the hydrological factors (rainfall, baseflow, and initial water level of the reservoir), the reservoir operation rules for the water-allocation model (RIBASIM), and the parameters of rainfall-runoff model (i.e. Sacramento Soil Moisture Accounting, SAC-SMA). In the proposed RA_WS_RES model, the reliability of the water supply attributed to the uncertainty factors considered can be quantified by collaborating the multivariate Monte Carlo simulation (MMCS) methods and uncertainty-risk (advanced first order and second moment, AFOSM) analysis. Shihmen Reservoir watershed in Northern Taiwan is selected as the study area and four associated demand nodes are regarded as the study nodes; the hourly rainfall data from 1987 to 2014 and other hydrological data (i.e. rainfall, baseflow, and initial water level of the reservoir) as well as the operation rule curves are adopted in the model development and application. The results from the numerical experiences indicate that among the uncertainty factors concerned, the average rainfall depth at the current 10-day period and the range between the lower and critical levels are more sensitive to the estimation of water supply from Shihmen Reservoir. Additionally, the impact of variation in baseflow on the reliability of the water supply from Shihmen Reservoir should be taken into account, especially in the dry season. In addition to rainfall and baseflow, the initial water level should be an important source for the water supply, and its effect gradually reduces with the 10-day period. Furthermore, the reliability of water supply is obviously impacted by the uncertainty in the range between the lower and critical rule level, especially in the dry season, due to its range being adversely related with the water supply. Eventually, the proposed RA_WS_RES model can effectively and reasonably quantify the reliability of water supply attributed to variations in uncertainty factors at different 10-day period under the consideration of climate change.     

有限差分强度折减法中融合蒙特卡洛思想的边坡可靠性分析

可靠性分析是边坡工程研究的热点之一,但目前基于强度折减方法的边坡可靠度分析研究较少,文章主要是在有限差分强度折减法基础上融合蒙特卡洛思想进行边坡可靠性分析.其研究思路为:首先详细概述了边坡可靠性分析原理及边坡可靠度分析统计模型;其次,介绍了有限差分强度折减法及蒙特卡洛思想,并将蒙特卡洛思想引入边坡有限差分强度折减模型,...     

含水层非均质性对地下水蒙特卡罗模拟结果的影响

为研究含水层非均质性对地下水蒙特卡罗模拟结果的影响,对非均质性分区渗透系数最终随机场的产生采用对应充填和排列充填两种处理方法,并对两种处理方法的蒙特卡罗模拟结果进行了比较。结果表明:对于具有强烈非均质性的含水层,蒙特卡罗模拟的实现数对于对应充填至少要取至2 500次,排列充填至少要取至10 000次,所得结果才是合理的;在绝对实现数相同的情况下,对应充填处理结果优于排列充填,但当实现数达到22 500次以上时,两种处理方法所得结果就无明显差别。     

不规则游动网格的蒙特卡罗方法

本文首次提出了用于求解复杂边界水动力学问题的不规则游动网格的蒙特卡罗方法，给出了相应的随机游动模型及其证明，并通过实例计算加以验证。计算表明，本文方法的结果与有限元法的结果吻合很好，新方法是正确可行的，计算精度与规则游动网格相比有明显的提高。     

负荷历时曲线在流域水质特征分析中的应用

介绍了负荷历时曲线(LDC)的概念和建立方法,以及针对不同水质标准时,LDC应用于水质评价、关键水质条件和主要污染机制判断、现状及允许负荷通量估算等问题的分析。结合国外已有案例,并以洱海弥苴河流域作为典型研究区域,分别探讨了不同水质限制要求下,运用LDC具体分析和解决各类水质问题的方法。结果表明,LDC包含众多水质特征信息,可以在较少数据信息条件下,合理分析各类水环境问题,从而为流域水环境管理提供可靠决策依据。     

电力系统小扰动概率稳定性的蒙特卡罗仿真

计及发电方式、负荷水平及网络拓扑的不确定性,基于蒙特卡罗状态抽样方法,通过分析系统特征值、特征向量及参与因子等特征参数的概率特性和失稳概率研究电力系统小扰动概率稳定问题。分析中分别用离散分布随机变量和正态分布随机变量描述发输电元件状态及负荷水平的概率特性,并重点讨论了网络拓扑的不确定性对失稳概率指标的影响。一个两区域算例表明所提出的方法能够从概率统计意义上为小扰动稳定性分析及电力系统稳定器（PSS）的合理配置等提供更为丰富、全面的信息。     

用蒙特卡罗法解堰闸流动

本文首次运用不规则游动网格的蒙特卡罗方法求解堰闸流动问题.根据蒙特卡罗方法可以独立计算区域内任一点值的特点，提出了相应的自由表面和流量的迭代计算方法.经过多组计算表明，本文方法灵活、快速，流量系数、堰面压力分布的计算值与试验值吻合良好，为蒙特卡罗法求解有自由表面的流动问题取得了成功的经验。     

基于Monte Carlo方法的地表水地下水耦合模拟模型不确定分析

为分析参数的不确定性对地表水地下水耦合模拟模型输出结果的影响,本文运用Monte Carlo方法对地表水地下水耦合模拟模型进行不确定性分析,并根据不确定性分析结果进行生态恶化风险评估。以石头口门水库上游饮马河汇水流域为例,建立地表水地下水耦合模拟模型,并运用HydroGeosphere(HGS)软件求解。利用局部灵敏度分析方法甄选出耦合模拟模型中灵敏度较高的参数,作为随机变量。最后,运用Monte Carlo方法对耦合模拟模型进行不确定性分析。为了减少不确定性分析过程中的计算负荷,应用Kriging方法,建立耦合模拟模型的替代模型。结果表明:地表水地下水耦合模拟模型中灵敏度较高的参数为渗透系数、孔隙度和曼宁粗糙系数,其中渗透系数的变化不仅对耦合模型中地下水水位产生影响,也对地表水流量产生影响;Kriging替代模型可以在保证一定精度的条件下大幅度减少计算负荷;风险评估结果表明,在当前的水资源开发利用条件状态下,研究区地下水生态环境恶化风险的概率为6%,地表水生态环境恶化风险概率为15%。     

用蒙特卡罗法解有压隧洞出口段水流问题

利用不规则游动网格的蒙特卡罗法对有压隧洞出口段水流进行了数值模拟。根据数值计算与模型试验结果的比较,得出具有凸形曲面边界（包括折面底坡）负压区的存在不仅是边界层分离所致,边壁弯曲使过流产生的离心力也是产生负压的重要原因的结论。计算结果表明：蒙特卡罗法灵活简单、结果稳定,计算结果与实测结果吻合较好。     

蒙特卡罗法在嫩江流域汛期降雨量预测中的应用

以蒙特卡罗理论为基础,采用P-Ⅲ型分布函数来概括流域汛期降雨量的概率特性,并以包含预测值样本系列的均值不超出历史均值范围为控制条件,经有限次试验确定预测值。结合嫩江流域尼尔基站控制断面以上1970年-2009年汛期(6月-9月)降雨资料,以1970年-2005年汛期降雨量为计算样本,预报2006年汛期降雨量,并以2006年实测降雨量进行检验,不断外推预测与检验,直至2010年。预测结果表明:当实际汛期降雨量属平水时,都会获得较高的预报精度,如2006年和2008年;在极枯情况,如2007年(降雨保证率为99.82%)的相对误差较大,为0.75;在较丰情况,如2009年(降雨保证率为19.63%)的相对误差也较大,为-0.20。所以,本方法适合平水年的预测,对于如何进行丰枯极值预报,最后从原理和方法上进行了探讨性思考。     

采用蒙特卡洛法研究百色水利枢纽主坝坝基深层抗滑稳定

百色水利枢纽工程ROC主坝高132m,本次研究是基于主坝溢流坝段、右岸挡水坝段坝基的软弱带和节理裂隙面的分布情况,分析确定合理的坝基失稳模式,建立正确的坝基稳定功能函数和极限状态方程,采用蒙特卡洛法研究坝基深层抗滑稳定的失效概率和可靠度。     

基于Monte Carlo法的黄土二维微观结构模型构建

从微观尺度研究土的力学行为是揭示其力学机理的一种有效途径,为此首先建立其微观结构模型。目前常通过光学显微镜或者扫描电镜图像获取黄土的微观结构,但将其直接用于二维建模时,存在颗粒悬浮和叠置的问题。基于黄土的颗粒累积分布曲线和实际颗粒形态,提出了一种随机生成其二维微观结构模型的方法。首先将颗粒累积分布曲线按粒径范围分为若干区间,从各区间上随机抽取粒径值,形成满足其粒径分布的粒径数据库;再根据黄土颗粒的微观图像建立颗粒的形态数据库。从这2个数据库中随机抽取颗粒粒径和形态,生成具有随机大小、形态的颗粒库。采用Monte Carlo法将这些颗粒在模型顶端随机投放,建立黄土的二维微观结构模型。该模型为黄土微观力学行为的分析提供了原型。     

基于蒙特卡罗法的缓变型防洪风险分析

针对水库大坝服役期的水文、水力不确定性因素及工程结构风险等因素的影响,在时变效应理论的基础上,构建了时变随机变量量化的函数模型,并提出缓变型防洪风险分析模型;同时运用蒙特卡罗法(Monte Carlo method)来求解风险率,进而定量的分析大坝的防洪安全。以池潭水电站为例,利用监测资料序列构建坝前最高水位与坝顶高程的缓变历程的函数关系,结果分析表明:大坝继续使用期内的防洪风险率满足现行规范设防标准,可为大坝的防洪风险评估提供科学依据,亦可将该分析方法拓展至其他服役水利工程的防洪安全评估。     

水质距离法分析水质在大伙房水库的应用

本文通过引入数学中的坐标、距离等概念,形成距离法这一科学方法,并结合大伙房水库详细阐述了该方法的原理和使用过程。应用结果表明,该方法确实有效。     

Modelling water quality of a reregulated stream below a peaking hydropower dam

This paper describes CE-QUAL-R1V1, a dynamic, one-dimensional, stream water quality model capable of simulating branched riverine systems with multiple hydraulic control structures, such as weirs, reregulation dams, and navigation locks and dams. We provide examples of potential water quality impacts associated with operations alternatives for a reregulation dam proposed for construction downstream from Buford Dam on the Chattahoochee River near Atlanta, Georgia, in the southeastern United States. Model calibration, confirmation, and application are examined. The model is calibrated for stage, transport, temperature, dissolved oxygen, carbonaceous biochemical oxygen demand, ammonium-N, and nitrate-N. Results indicate that release operations which maintain cool temperatures in summer may cause undesirable decreases in dissolved oxygen and increases in dissolved iron in autumn. Flexibility in release scheduling is recommended to avoid unnecessary problems.     

基于Monte-Carlo方法的重建工程施工导流风险分析

施工导流挡水建筑物的设计必须考虑施工洪水过程和导流建筑物泄流能力,确定上游设计水位与上游围堰高程,并对上游围堰高程及上游设计水位之间的关系进行分析,判断围堰是否满足度汛要求。而针对重建工程利用原大坝作为上游围堰进行挡水的情况,其导流风险分析不同于新建工程,这种导流方式存在自身的特殊性。针对此类工程,在分析其施工导流风险时,需要在原有的基于新建工程导流围堰风险分析方法的基础上加以改进。针对重建工程利用原坝导流的特殊性,分析相关的影响因素,采用Monte-Carlo方法模拟施工洪水入库和导流建筑物泄流等过程,最终确定施工导流系统的风险率。