基于改进型MF-DFA的月径流序列多重分形分析

应用改进的多重分形消除趋势波动分析法对长江流域某水文站多年月径流资料进行分析计算,结果显示,月径流序列具有长程相关性和多重分形特征,并采用二项倍增串级模型,对其多重分形谱拟合,表明月径流序列具有较强的多重分形性。通过对其初始序列、重排序列和替代序列进行对比分析,揭示出月径流序列多重分形特征是序列本身的长程相关性和胖尾概率分布共同作用的结果,且胖尾概率分布起主要作用。     

河道水沙变化过程的多重分形研究——以长江重庆河段为例

河道水沙变化过程具有非线性特征,基于长江寸滩站、朱沱站和嘉陵江北碚站(简称"三站")1955-2011年的水文资料,应用多重分形消除趋势波动分析法(MF-DFA方法),研究长江重庆河段水沙变化过程的多重分形特征。结果表明:三站日流量和日输沙率序列具有多重分形特征,该多重分形特征是由序列的长程相关性引起的;日流量序列的奇异谱呈右钩状曲线,小涨落的影响在序列中占优势,日输沙率序列的奇异谱对称,大小涨落的标度行为在序列中基本一致;水沙时序变化的复杂程度可用多重分形谱宽Δα表征,且日输沙率序列的Δα相对较大,变化更为复杂;不同时段水沙序列的谱曲线形状存在较大差异,丰水丰沙时序的谱曲线较宽,顶部较圆滑,Δα较大,枯水枯沙时序的谱曲线较窄,顶部较尖锐,Δα较小。     

基于ICEEMDAN-MFDFA的广东日降水序列的多重分形特征

【目的】降水时间序列是典型的非平稳、非线性时间序列，在全球变暖的背景下呈现出明显的复杂波动特征。通过全面考察广东日降水序列的分形特征，为有效应对区域水旱灾害风险提供参考。【方法】引入改进的自适应噪声完全集合经验模态分解(ICEEMDAN)方法改善传统多重分形去趋势波动分析(MFDFA)方法在去趋势过程中的不足，利用ICEEMDAN-MFDFA方法得到1973—2021年广东日降水序列的多重分形结果。【结果】结果显示：广东日降水序列具有复杂的多重分形特征，多重分形谱表现为右偏、左勾状，Hurst指数小于0.5;各项多重分形谱参数呈现阶段性上下波动特征，谱宽、不对称指数、谱端高差和Holder指数的极值分别达到1.00、-0.72、1.01和0.12;降水序列的多重分形谱宽与谱端高差、不对称指数与Holder指数两两之间有着密切的联系。【结论】结果表明：降水序列内部演变的波动行为具有长程相关性，表现为反持续性；日降水对小幅度的局部气候波动较敏感，且有增大的趋势；当降水复杂性越强时对应着日降水增大的态势越明显，当多重分形谱的右偏程度越弱时其精细结构越丰富；与传统方法相比，ICEEMDAN-M...     

MF-DFA在大坝安全监测序列分析和整体性态识别中的应用

为更好地分析监测序列的波动特征进而识别大坝整体性态演变规律,将多重分形消除趋势波动分析(MF-DFA)方法应用到大坝监测序列分析,并以一混凝土坝垂线监测序列为例,通过单个测点、环境量的长程相关性和多重分形特征分析及3个不同坝段测点比较,结果表明:坝体变形序列具有较强的多重分形特征,大波动受温度和库水位的周期性变化影响,小波动则受水位的频繁涨落控制;同时,溢流坝段和挡水坝段又因其环境荷载条件和工作机理不同波动特征略有差异;总体看,变形序列受环境量控制,大坝整体性态正常。实例分析结果表明MF-DFA可以从局部和整体两个层面评价大坝的工作性态及其演变规律。     

基于多重分形原理的大坝位移分析与预测研究

大坝监测数据分析是大坝安全监测的重要环节,是认识大坝规律和判断大坝安全的重要手段。运用多重分形去趋势波动分析理论研究大坝位移时间序列的多重分形特性、大坝位移波动幅度和趋势、以及环境量与位移间关系,并运用分形预测原理对大坝位移时间序列进行了拟合和预测。结果表明:多重分形去趋势波动分析理论可以较好地应用到大坝监测数据分析中。     

基于去趋势波动分析方法的土壤水分长程相关性研究

采用去趋势波动分析法(DFA),分析华北山区2004-2007年逐日土壤水分序列的长程相关特性,为土壤水动态动力学机制的揭示以及模拟预测研究提供客观依据.主要结论有:(1)观测点土壤水序列并非完全随机的,具有较为显著的线性趋势,二阶去趋势波动分析可以有效地去除原始序列的线性趋势;(2)研究区土壤水序列波动形式接近于分维...     

大坝变形实测数据的多重分形特征解析方法

为更好地分析大坝变形实测数据的波动特征进而评价变形的整体性态,以某混凝土重力坝的实测数据为凭,将多重分形理论应用于大坝变形性态分析中,利用MF-DFA、MV-MFDFA和A-MFDFA解析变形性态的多重分形特征及其非对称性。结果表明,无论是多测点或单测点,实测序列均具有明显的多重分形特征,并且这种多重分形特征具有明显的非对称特性;实测序列从多测点到单测点、从整体波动到局部趋势均表现出良好的记忆性和长程相关性特征,在水位等大波动因素的影响下,该坝坝顶水平位移发展良好,大坝整体状态稳定。     

参考作物蒸腾量的多重分形特性分析

分析ET(Evapotranspiration,参考作物蒸腾量)的动力学特性,有助于进行中长期需水量的分析与预测。将多重分形特性分析方法应用于1978-2007年间30 a汉江流域3个典型站点(钟祥、天门、武汉)的参考作物ET时间序列。结果表明,逐日参考作物ET序列不仅具有不规则的高频振荡的特征,而且还具有明显的分形行为;在不同时间宽度(日、旬、月)下,逐日参考作物ET序列的多重分形特征最强。进一步的分析结果表明,序列中脉动引起的波动相关性和极端事件引起的胖尾概率等都是引起多重分形特征形成的原因。结合趋势转折分析方法发现:不同时间阶段内的多重分形特征显著;但在不同的时间段内,多重分形谱和局部分维宽度等都受到了极端事件的影响,且影响幅度与所处流域内的位置有关。     

向家坝水电站过机泥沙的多重分形特性

以向家坝水电站过机泥沙为研究对象,采用激光粒度仪分析过机泥沙粒径级配的体积百分比,运用多重分形理论对粒径分布的特征规律进行研究。结果表明:过机泥沙粒径具有良好的多重分形特性,结合多重分形理论,粒径分布整体平均上的不均匀大小为D_1(B_2)D_1(C_1)D_1(C_2)D_1(A_2)D1(B_1)D_1(A_1)D_1(D_2)D_1(D_1);存在某一阈值q,使得当q≥5时,最大子集粒径分布的不均匀大小为D≥5(B_2)D≥5(B_1)D≥5(D_2)D≥5(C_2)D≥5(A_2)D≥5(C_1)D≥5(A_1)D≥5(D_1),当q≤-7时,最小子集粒径分布的不均匀大小为D≤-7(C_1)D≤-7(B_2)D≤-7(A_1)D≤-7(D_1)D≤-7(C_2)D≤-7(A_2)D≤-7(D_2)D≤-7(B_1)(其中A_1、B_1、C_1、D_1为左岸机组过机泥沙样品编号,A_2、B_2、C_2、D_2为右岸机组过机泥沙样品编号);多重分形奇异谱谱宽Δα应分为最小子集和最大子集奇异谱谱宽Δα_1和Δα_2分别计算;结合广义维数谱和多重分形奇异谱,关于粒径分布在局部上的不均匀程度,两者的结论是相同的;结合相关性分析,泥沙细化和最大子集分布不均匀大小呈现良好的负相关性,而泥沙细化和最小子集分布不均匀大小无关。     

西安市降雨和气温的非趋势性波动分析

为研究西安市降雨和气温的长程相关规律,首先用K-S法对西安市近58年月降雨及月平均气温序列进行正态检验,在此基础上应用非趋势波动(DFA)分析方法,对其非趋势波动性加以分析。结果表明:标度指数存在变点;月降雨序列在分割长度S(24时和月平均气温序列在S(22时,标度指数分别为0.26和0.20,均小于0.5,说明序列仅呈现短期的记忆特征。     

水轮机压力脉动的测试分析与评价

近几年来,国内外一些新投入运行的大型电站在稳定性运行方面遇到了不少问题,有的已经解决,有的则还没有找到问题的原因,影响了电站的稳定运行。三峡水电站2003年已有多台机组投入运行,其将来能否安全稳定运行是人们共同关心和担心的问题。针对水轮机的稳定性问题,国内外进行了大量的研究工作,水轮机的压力脉动无疑是最受关注的问题之一。但是,     

不同时间尺度径流的多重分形特征解析

径流时间序列的变化过程呈现出复杂的非线性特征,分形是非线性时间序列的典型特点。以锦江流域为例,研究了1967年～2018年的年、月尺度平均流量时间序列的多重分形结构特征。分析结果表明,锦江流域过去52年的年、月尺度的平均流量均表现出明显的多重分形特征。其中,年平均流量的波动幅度最小,月平均流量中9月平均流量序列的波动幅度较大,即9月平均流量表现出强烈的多重分形特征;锦江流域10月平均流量波动行为的混乱程度和奇异性最低,而11月平均流量波动行为的混乱程度和奇异性最高。研究说明锦江流域年、月平均流量时间序列具有较为复杂的混乱特性,可为锦江流域年、月平均流量的复杂性规律的解析提供依据。     

蜗壳式混流泵压力脉动特性研究

基于雷诺时均方程和RNG k-ε湍流模型,应用SIMPLE算法,对混流泵内部流场进行非定常数值模拟,分析不同工况监测点上压力脉动的时域特性和频域特性。取定常计算的外特性与实验值对比,对比结果为不同工况的扬程偏差均小于5%,证明该数值模型能准确地描述泵内流场特征。结果表明:叶片进口处水流冲击产生的回流和漩涡是引起叶轮内压力脉动的主要动力源,叶轮与蜗壳间的动静相干作用是产生蜗壳内压力脉动的主要动力,并且在向下游传播过程中,压力脉动逐渐减弱,叶频占主导地位,在小流量工况运行时,主频有向叶轮转频迁移的趋势,大流量工况下最大压力脉动发生在转轮中间位置;叶轮内的压力脉动要远远高于蜗壳,这是引起机组振动和噪声的主要来源。     

气液两相流压力波动特性

压力波动是两相流动的固有特性，研究波动规律对实现两相流动的智能监测有重要意义。本文采用统计学原理和确定性混沌学中的分形理论，对垂直上升空气水两相流的壁面静压力波动过程进行了研究，分析了表观液速对统计特征和分形特征的影响规律，首次发现环状流内高气速时压力波动的分维数大于1．5。     

黏性土粒径分布的多重分形特性及土-水特征曲线的预测研究

土壤粒径分布的分形特性常由单一分维数来描述,这一分形参数可作为土-水特征曲线模型中的常数。但实验证据显示,单一分维数不足以描述某些黏性土在整个粒径范围土粒的分形分布。为了评估粒径分布的多重分形参数预测土-水特征曲线的效能,对3个黏土样实测粒径分布和土-水特征曲线,研究粒径分布的多重分形特性,并利用分形模型预测土-水特征曲线。研究发现,在较为宽泛的粒径范围,土的粒径分布存在3个不同分维数的土粒区域,分维数的大小与土粒区域的粒径大小有关。粒径越大的区域,分维数越大;利用不同区域的分维数预测土-水特征曲线并与实测结果比较,显示模型预测对多重分形参数较为敏感,采用大粒径区域分维数的计算结果与实测数据甚为吻合。虽然多重分形参数精确描述了土粒的分形分布,但在预测土-水特征曲线时应考虑粒径分布分形标度性质的差异。     

基于DFA的桑干河水文气象因子的趋势分析

研究区域的气象因子(气温、降水和蒸发)及径流的长期演变特性,对于水文水资源系统的预报、模拟具有十分重要的作用。采用非趋势波动(DFA)分析法,对桑干河近55年(1955年-2010年)的气象因子的变化及石匣里水文站1955年-1990年的径流量的变化进行了分析,计算得到气温、蒸发、降水和径流的标度指数的数值分别为0.523 9、0.696 8、0.723 7、1.201 1,其中气温、降水和蒸发的标度指数居于0.5～1之间,而径流的标度指数大于1,分析结果表明,未来该流域的气温将呈升高的趋势,而蒸发和降水呈逐渐减少的趋势,降水的减少将更为显著,径流未来的变化趋势不能用DFA法来识别,有待于进一步的研究。     

三维非定常湍流尾水管涡带数值模拟

采用全流道三维非定常流动数值模拟方法,研究了混流式水轮机在部分负荷工况运行时,尾水管涡带在尾水管内引起的压力脉动现象。计算工况为典型的部分负荷工况,单位转速为70.52r/min, 单位流量为0.679m3/s。计算结果表明在4个计算点都得到了涡带低频压力脉动：频率为0.333Hz, 是转频1.25Hz的1/3.75,相近工况（n11=71.25r/min,Q11=0.689m3/s）模型试验测得涡带频率为5.31Hz, 是转频18.62Hz的1/3.51,从涡带频率看计算结果与试验测量结果一致。研究成果表明数值模拟方法是可行的,可以在设计阶段预测尾水管内涡带压力脉动的特性。     

水轮机模型验收试验的研究与探讨

介绍百色水利枢纽混流式水轮机模型验收试验中效率、出力、空化、压力脉动、飞逸、轴向水推力、导叶水力矩和Winter -Kennedy蜗壳压差等试验的基本情况 ,并就试验中遇到的卡门涡、叶道涡、特殊压力脉动带等关键技术问题进行了详细的分析讨论 ,同时着重介绍了电站装置空化系数 3种不同定义方式对压力脉动测试的影响 ,探讨了空化系数在原模型相似方面的影响     

双吸离心泵泵站压力脉动与振动特性现场试验研究

双吸离心泵运行时,动静干涉会引起特定压力脉动,其频率为叶轮转频与叶片数相乘,即叶频。前期研究表明叶频压力脉动主要产生于压水室的隔舌区域,是引起水泵机组和泵房振动的重要激振源。为了揭示双吸离心泵系统压力脉动和振动特性的关系,开展了泵站压力脉动和振动特性的现场试验。通过在泵基础、出水管和泵房楼板位置布置振动传感器,同步测量了泵出口阀门不同开度下和泵启动开阀过程中的振动信号,借助时频分析方法开展了泵房振动信号的溯源分析。分析结果表明:在稳态工况中,水泵压力脉动和振动的相干性主要表现在转频、叶频及其倍频,且叶频压力脉动具有向上游衰减快,向下游衰减慢的特点;在启动工况中,水泵压水室压力脉动与基座(特别是垂直方向),甚至泵房出水侧楼板振动在叶频和转频处表现出相干性。根据现场测试结果认为,干室型双吸离心泵泵房在设计时,需要重点关注水泵叶频压力脉动作用下出水侧楼板等泵房结构的动力学响应问题。     

联合运行水电站水力机械系统小波动稳定性研究

推导了水电站联合运行条件下的系统等效惯性时间常数、总出力变化以及机组控制方程,结合水电站实际工程的水道布置及机械特性,分别建立了系统的小波动稳定理论分析模型和小波动过渡过程时域仿真模型。通过理论分析,给出联合运行条件下系统的稳定性特征,采用数值仿真,模拟了负荷扰动时系统参数的小波动过渡过程,并与孤网条件下单个水电站的稳定性及调节品质进行了比较。结论表明:相对于孤网运行,水电站联合运行可增加系统的稳定性,改善系统的调节品质,联合运行改变了机组的调节方式,系统总出力与负荷平衡,机组无需保持自身出力为常数;联合运行时,调速器参数可在系统稳定域内选取相对较小值,在保证系统稳定的前提下,可加快调节过程,改善调节品质。