基于正交极差分析的青龙河流域HSPF模型参数寻优模式

为评价桃林口水库水文水质状况,建立其上游青龙河流域的BASINs/HSPF水文水质模拟模型.以Nash-Sutcliffe效率系数作为评价标准,联合正交设计和极差分析法进行参数寻优研究和可靠性分析.结果表明:BASINs/HSPF模型参数寻优的正交极差联合分析模式可大幅减小参数的寻优次数和寻优区间,是获得模型灵敏度参数和参数满意解的高效模式,可为模型参数寻优算法开发提供借鉴;应用正交极差分析的参数率定结果,以青龙河流域下游桃林口水库监测点2011年实测径流数据对模型进行验证,验证期(2011年)的Nash-Sutcliffe效率系数为0.79,稍低于率定期(2012年)的Nash-Sutcliffe效率系数(0.81)以及PEST自动校准的Nash-Sutcliffe效率系数(0.84),水质模拟结果也基本吻合;针对青龙河流域BASINs/HSPF模型,应用正交极差分析方法识别出6个高灵敏的BASINs/HSPF模型参数(IRC、INFILT、AGWRC、DEEPFR、AGWETP和LZSN);应用正交极差分析方法获得的BASINs/HSPF模型参数满意解取值区间依次为:LZSN[2.0,6.3],INFILT[0.084,0.167],AGWRC[0.90,0.95],DEEPFR[0.209,0.333],BASETP[0.067,0.199],AGWETP[0.067,0.199],CEPSC[0.14,0.27],UZSN[1.35,2.00],IRC[0.392,0.483].     

模型参数不确定性对排水管网功能状态评价的影响

降雨时空分布的随机性,下垫面的复杂性,以及管网在设计、施工、使用过程中的不确定性,导致排水管网水力模型参数取值存在着不确定性.为了评估参数不确定性对节点和管道功能状态评价的影响,建立了考虑降雨输入、产流、汇流、管网水动力计算各过程不确定性参数的分析模型.根据建模流程的参数要求和文献结论,选择了暴雨洪水管理模型(storm water management model,SWMM)建模过程中的14个参数作为不确定性参数;基于模型参数的增量对计算结果的影响分析,进行了参数灵敏度排序,选取了5个主要参数进行不确定性分析;基于SWMM求解器,采用Monte Carlo随机模拟方法计算了节点、管道的失效概率和相应的溢流时间、体积、充满度模拟均值、变异系数;通过对比参数取中值的确定性工况计算出的节点、管道的相应结果,分析了不确性与确定性分析结果的差异性.算例分析结果表明:在降雨输入和模型计算过程中均存在影响较大的不确定性参数,有必要考虑模型计算全过程参数的不确定性;相对于确定性工况,不确定性分析模型对高风险概率的节点和管道具有较好的识别效果;不确定性分析识别出的不可靠节点的溢流时间、体积模拟值相对确...     

压力型可回收式锚杆锚固段应力分布

利用弹性力学理论计算了锚固体因轴向压缩导致径向膨胀而产生的径向应变,并与土力学理论相结合计算出砂浆体挤压周围岩土体产生的径向应变。根据锚固体与周围岩土体边界面上的变形协调假定,推导出了压力型可回收式锚杆锚固段应力分布的理论解,并与现有理论结果进行对比。结果表明：理论解比现有理论结果更加贴近实际。基于理论解讨论了锚固体与岩土体弹性模量之比E₁/E₂、岩土体泊松比μ、锚固体外半径R对锚固段上的峰值剪应力及其应力分布范围的影响。结果表明：E₁/E₂、R越小,μ越大,峰值剪应力越大,剪应力分布范围越小。     

考虑空间变异性的基坑降水支护开挖引起地面沉降的可靠度评估

对于软黏土或残积土中的深基坑支护开挖,开挖后的地面沉降与基底隆起和挡墙变形密切相关,且受墙后地下水变化的影响显著。提出一种基于最新开发的简化对数回归模型的可靠性分析方法预测地面最大沉降,采用考虑土体空间变异性的方差缩减技术实现一阶可靠性方法（FORM）,探讨了地面沉降超过既定阈值的概率,验证了方差缩减技术的高效性。通过分析关于空间平均及关键设计参数的影响发现,土体空间变异性会导致较高的破坏概率,挡墙的系统刚度、地面沉降阈值的大小、土体特性的变化系数以及地下水下降深度也对可靠性指标β有不同程度的影响,忽略其影响会导致不可靠的设计,较大的特征长度会导致较低的破坏概率和较高的β,同时考虑c_u/σ''_v和E₅₀/c_u的空间变异性会比单独考虑其中一项对β影响更大。     

弹性SDOF体系输入能量谱的设计表达式

合理的地震动设计输入能量谱是推动能量法走向工程应用的重要基础。选取3种场地条件下259条地震动记录,针对弹性单自由度体系（Single Degree of Freedom）的输入能量进行研究。采用归一化方法,将输入能量谱表征为输入能量谱峰值（E_lmax）与归一化输入能量谱的乘积;根据相关性分析,提出输入能量谱峰值的影响参数及估算方法;基于3种场地条件下归一化输入能量谱特征,通过拟合建立三段式归一化输入能量谱,提出阻尼比为0.05时,弹性SDOF体系设计输入能量谱的计算方法,并验证了该方法的可行性。     

Maisotsenko燃气轮机循环技术经济分析与参数优化

Maisotsenko燃气轮机循环(MGTC)的能效需进一步提升且其经济适用性未被合理评估,为此,区别于具备后冷及回热过程的两级MGTC,充分考虑对于冷却水的重复使用和能量回收,构建另耦合有中冷过程的3级MGTC系统(IMGTC)布局。研究压比(R_c)、饱和器出口气流湿化程度(H_ASD)以及燃烧室出口温度（T_CO）对于热效率、饱和器载水量、当量二氧化碳排放（E_EC）和平准化电力成本(C_LOE)的影响。最后,基于ISIGHT平台对系统展开多目标优化并筛选出最佳参数组合。结果表明,IMGTC的中冷器及其能效增进能够调节并有效减少饱和器载水量,可实现IMGTC系统饱和器最低载水量仅为无中冷模式下饱和器载水量的57.55%。多目标优化表明,IMGTC在采用最佳参数组合时热效率达49.89%,E_EC和C_LOE分别仅为5.496 kg/s和0.059 5 USD/kWh。研究证实了IMGTC相比MGTC在热力学性能及经济性方面的显著优势。     

基于空气质量模拟的江苏省大气污染物排放清单比较研究

大气污染物排放清单是空气质量模拟和空气污染治理的重要依据.本研究比较分析了两套覆盖江苏省的2017年大气污染物排放清单，即分别由上海市环境科学研究院、江苏省环境科学研究院编制的"长三角清单"和"江苏省清单"，并结合区域空气质量模型CMAQ评估不同清单对长三角地区2017年1、4、7、10月的空气质量模拟的影响.清单比较结果表明，除二氧化硫（SO₂）以外，江苏省清单估算的各污染物排放量较长三角清单低.通过与观测数据比较，发现两套清单对SO₂、氮氧化物（NO_x）、臭氧（O₃）和细颗粒物（PM_2.5）的模型模拟性能均较好.江苏省清单与长三角清单两者的模拟结果空间分布接近，其中江苏省清单模拟的PM_2.5和O₃在长三角多数地区略低于长三角清单的模拟结果（1月O₃除外）.江苏省清单与长三角清单均能够用于空气质量模式模拟，可为江苏地区的细颗粒物和光化学烟雾污染的控制策略制定提供参考.     

随机有限断层法的俯冲带板内地震动模拟

为明确随机有限断层法在俯冲带板内地震动模拟中的适用性,以2021年日本千叶M_j6.1俯冲带板内地震为例,使用该方法模拟了震中范围100 km内25组KiK-net台站井上和井下记录,并分析了模拟与观测记录的频谱、持时、峰值和空间分布等地震动特征。结果表明:模拟与观测记录的5%阻尼比拟加速度反应谱（A_ps）在0.1~10 Hz频带范围内吻合较好；基于70%能量持时模型的模拟记录在强震动段和持时上与观测记录匹配良好；井上台模拟与观测记录的地表峰值加速度（A_pg）接近,且两者A_pg衰减特征基本一致；模拟和观测记录所得A_pg等值线相似。此外,将模拟和观测记录与现有日本俯冲带板内地震动衰减关系式（Zhao16）进行了比较,发现Zhao16的A_pg预测值普遍出现高估,其A_ps预测值在低频和高频分别出现一定程度的低估和高估,这可能与研究区域的盆地效应和软土层有关。研究结果为随机有限断层法模拟俯冲带板内地震动的适用性提供了依据,进而为探索将该方法应用于中国具有相似俯冲带构造的地区提供参考。     

应用径向基函数神经网络处理EMD方法中的边界问题

利用RBF神经网络分析方法对一个数据序列的两端加以延拓,分别得到两个附加的极大值点和极小值点,然后利用三次样条函数将附加的极值点与原时间序列的极值点连接起来,拟合出原始数据序列的上下包络线,实现了准确的EM D分解,较好地解决了其边界问题.     

2020年新冠疫情前后南昌市大气CO2浓度变化及影响因子分析

大气CO₂浓度的变化主要受源汇和大气传输过程影响,因此城市地区的浓度观测包含区域人为源排放的重要信息.为明晰2020年新冠疫情对CO₂浓度及人为源排放量的影响,本研究以南昌市大气CO₂为研究对象,结合先验排放清单和高精度大气传输模型,对南昌市2020年1月24日至4月30日的小时CO₂浓度进行了观测和模拟.基于当地管控政策把研究时段分为两段:一级管控期间(1月24日至3月11日)和二、三级控期间(3月12日至4月30日),并对排放源等主要影响因子进行了量化分析.研究发现:模型能够模拟CO₂浓度的小时变化特征,然而由于模型没有考虑排放源的高度信息,尤其是城市中的发电站烟囱等强点源,将对夜晚浓度高估,而正午(12:00-18:00)则无影响.一级管控期间正午CO₂浓度(干燥空气中CO₂的摩尔分数)观测值和模拟值分别为433.63×10^-6和438.22×10^-6,其中模拟的人为源浓度贡献值高于观测值约21.9%;而二、三级控期间的观测值和模拟值分别为432.06×10^-6和432.24×10^-6,其模拟一致性高.浓度对比结果表明所使用的先验排放清单能代表二、三级管控期间人为CO₂的排放量,而一级管控期间的排放量则偏高约21.9%,显示出调控措施明显降低了南昌市人为CO₂的总排放量.整个时间段植被NEE的平均CO₂浓度贡献都小于2×10^-6,表明人为源相较于NEE是导致CO₂浓度差异的主要因素.二、三级管控期间的边界层相比一级管控期间升高,减少了人为CO₂排放量导致的浓度增加幅度,抵消了背景值浓度升高的影响,是两个时间段的浓度观测值接近的主要因素.本研究结果可为城市尺度的温室气体反演提供科学支撑和方法参考.     

考虑参数相关性的给水管网模型不确定性分析

给水管网运行环境的随机性与复杂性,导致管网水力模型参数存在不确定性.为分析模型参数的不确定性对模拟结果的影响,基于Monte Carlo随机模拟方法,提出考虑参数相关性的给水管网模型不确定性分析方法.将存在相关性的参数视为具有一定相关系数的随机变量,在Monte Carlo随机抽样阶段,先进行独立正态随机数抽样;当计算随机样本对应的管网模型结果时,通过逆-正交变换和逆-Nataf变换,把独立正态随机数转换为相关随机数,将相关随机数作为管网模型参数值进行水力计算.以管道摩阻系数的相关性和不确定性对模型计算结果中的节点压力和管道流量的影响为重点进行探讨.算例分析结果表明,管道摩阻系数的相关性对不确定性分析结果有显著的影响,考虑相关性与不考虑相关性的计算结果相比,节点压力、管道流量的平均波动值相差比率分别可达70%和60%以上.所以,在给水管网模型的不确定性分析中应该考虑模型参数间的相关性问题.     

函数生成机构运动误差的随机特性分析

函数生成机构的运动误差是机构构件尺寸和输入运动(时间)的函数,同时构件尺寸公差具有随机性;因此机构运动误差在其运动行程内某时间点上为随机变量,在整个运动行程上为随机过程。基于平面四杆函数生成机构的运动误差模型,推导了误差过程的均值、标准差、自相关函数、自协方差函数的解析表达。数值分析表明,含结构误差和随机误差的机构运动误差为一普遍随机过程。     

气动锤铆过程仿真分析与试验

为提高锤铆工艺质量,提出一种对锤铆过程仿真分析的方法,并获得锤铆工艺所需铆接时间.建立气动铆枪的运动学模型,结合Matlab仿真得到不同输入气压下（0.2～0.6 MPa）冲锤的冲击速度及其冲击频率;在ABAQUS中对锤铆过程进行有限元分析,将运动学模型的仿真结果（冲锤的冲击速度及频率）应用至有限元模型中,以获得规定的镦头尺寸为目标,得到不同输入气压下需要的铆接时间.实验得到铆钉在0.2~0.6 MPa不同气压下的铆接时间,实验值与仿真值的偏差在15%之内,验证此仿真方法的可行性.结果表明,铆枪的输入气压及铆接时间是影响锤铆工艺的关键因素.     

基于动态贝叶斯网络的电子对抗演练效果评估研究

动态贝叶斯网络是对具有随机过程性质的不确定性问题进行建模分析的有力工具。以作战效能为标准,建立了基于动态贝叶斯网络的电子对抗演练效果评估模型。仿真算例结果表明,动态贝叶斯网络对电子对抗演练效果评估合理。与静态贝叶斯网络相比,动态贝叶斯网络由于考虑了时间因素的影响,能更好地反映电子对抗分队演练效果的变化规律与趋势,具有较好的准确性以及容错能力。     

微机械陀螺非平稳随机信号改进GM-AR模型研究

为进一步提高中低精度器件微机械陀螺的测量精度,采用一种基于动窗平滑的GM(1,1)改进模型对微机械陀螺零输入条件下输出的非平稳随机漂移信号进行建模,去除了多种因素引起的确定性趋势项,并与常用的线性拟合、多项式拟合方法进行了对比研究.对比仿真结果表明,改进的GM(1,1)模型可以有效地去除漂移中的确定性趋势项,较以往效果有一定改善,去除了趋势项的残差序列经验证为平稳、零均值的随机过程,对该序列建立了AR模型,利用AIC信息准则检验了模型适用性,检验结果表明,AR(3)模型为适用模型.对补偿前后的漂移序列用Allan方差方法进行分析,可以有效实现对不同频段内噪声模型的辨识,对比结果表明,补偿后的漂移噪声参数有所减小,噪声信号得到有效抑制.     

混凝土结构构件等应力区内裂缝随机性仿真计算方法研究

针对混凝土构件材料强度和变形性质的随机性,采用数学方法提出构造混凝土极限拉应变数列的原理.结合钢筋混凝土有限元,建立了混凝土构件等应力区初始裂缝随机性的仿真计算方法,对钢筋混凝土梁纯弯段的裂缝规律进行了仿真计算.算例表明,本方法较好地描述了混凝土材料性质的随机性,计算结果与模型试验和工程实际规律吻合.     

基于非平稳随机场的水泥土堤坝边坡可靠度分析

采用水泥固化疏浚淤泥作为堤坝填料往往会使堤坝土体参数具有较高的变异性;同时,在水泥土堤坝填筑过程中,通常设置水平排水板加速土体排水固结,这使得主固结完成后水泥土强度随排水板位置呈现一定空间变化趋势,通常的平稳或准平稳随机场模型很难表征这一趋势。为此,提出一种不排水抗剪强度垂直排水板方向衰减的非平稳随机场模型,并以水泥土堤坝边坡为例,结合强度折减法和蒙特卡洛模拟,对比提出的非平稳随机场模型和传统平稳随机场模型、深度趋势非平稳随机场模型对边坡安全系数和滑动面分布的影响,讨论模型中趋势参数对可靠度的影响。结果表明：平稳随机场模型及深度趋势非平稳随机场模型的计算结果偏于危险,提出的非平稳随机场模型既能考虑土体不排水抗剪强度沿深度方向的趋势项与随机波动项,又能考虑其沿垂直排水板方向的衰减趋势,与现有研究符合较好。     

BCC_S2S预报长江上中游流域夏季降水精度评估

为评估我国国家气候中心季节-次季节预报模式产品(BCC_S2S)在长江上中游流域对日降水和夏季极端降水事件的预报性能,本文基于BCC_S2S模式在2005-2020年的每周两次滚动预报未来60天降水回报格点数据,把格点预报降水双线性插值到站点,将其与站点观测降水进行对比分析。通过相关系数、均方根误差和平均误差三个指标,评估模式预报日降水的性能;对于极端降水事件,依照百分位法定义极端降水,基于HSS指标评估单站极端降水,并利用层次聚类方法划分区域性极端降水类型,进一步评估预报性能。结果表明：BCC_S2S模式在各季节日降水的预报性能随预见期的增加而下降,在预见期大于5~10日后,进入低预报技巧阶段;将长江上中游划分为六个子区域进一步分析,各区域平均的相关系数仍然是在预见期较短时较高,平均误差表明预报模型在流域中东部区域整体呈现出正偏差,金沙江流域则是负偏差,均方根误差同样在流域中东部偏大;通过分析三个指标的箱型分布图,表明在长江上中游的大多数区域,模式预报6月份的降水精度最佳,误差范围相对较小。对极端降水事件,单站极端降水事件的HSS指标随预见期增加而下降;对大多数区域,模式的预报技巧在月降水总量偏多、极端降水频发的月份较高。针对四类区域性极端降水,模式超前0~10日预报的多雨带空间分布与观测较为一致,降水量值偏小,在超前10日以上预报时效果较差。总体上,模式对长江上中游地区的日降水和极端降水事件的预报性能随预见期的增加而下降,6月预报精度相对较好,可能与6月主要受大范围水汽输送或锋面这样较容易预报的天气系统有关。     

船舶横摇运动的时间序列预报

船舶横摇运动是对船舶航行影响最大的运动,研究船舶横摇运动的建模与预报对于提高船舶适航性、耐波性有重要意义.根据船舶在随机海浪作用下的运动特性,运用时间序列分析方法建立了AR模型,并将其应用于船舶横摇运动时间序列预报,取得了较好的效果.仿真结果表明,预报误差为4.4% 左右.时间序列分析法亦可用于船舶纵摇、艏摇的时间序列预报,该方法在工程中具有很大的实用价值.