基于SVM方法的小流域泥石流输沙量预测

介绍SVM方法的基本原理及特性,建立基于SVM方法的小流域泥石流输沙量预测模型,用复相关分析法确定了影响流域输沙的3个主要因子:过程降雨量,前期降雨量,泥石流历时。对12组实测资料进行训练,训练值与实测值吻合较好;用训练好的模型对5组实测资料进行预测,预测效果优于神经网络模型。理论分析和实例验证均表明SVM方法可以获得整体最优效果。     

蒋家沟阵性泥石流输沙特性初步分析

对云南蒋家沟泥石流1987~1991年的10场共1 271阵阵性泥石流输沙率资料进行归纳分析,认为阵性泥石流输沙基本服从幂律分布。     

云南蒋家沟黏性泥石流输沙的涨落特征

间歇性阵流是山区小流域发生的黏性泥石流活动的基本形式,其输沙特性表现出一定的间歇性和涨落特性,其涨落可达均值的2~4个数量级。利用Hurst指数分析了蒋家沟近50年的数千阵泥石流观测资料,发现间歇性阵流的流量、径流量、输沙量序列的Hurst指数均大于0.5,说明序列具有一定程度的长程关联性。同时,对比阵流序列与洪峰序列,发现泥石流阵流的长程关联性强于洪峰序列。另一方面,输沙量的累积百分比均满足统一的指数分布形式:P(S)=CS~(-μ)exp(-S/S_c),其中μ越大意味着序列中输沙量较小的阵次越多;S_c表示的是阵流输沙的涨落情况,即S_c越大,阵流输沙的涨落越大。     

嘉陵江流域北碚站年输沙量的变化规律及预测研究

首先利用小波变换对北碚站年输沙量的变化规律进行了研究,结果表明:年输沙量呈现出明显的减少趋势;其次,将小波变换结合BP神经网络建立小波网络模型,并利用该模型对北碚站的年输沙量进行预测,同时将预测结果与BP神经网络模型的预测结果进行了比较。认为在缺乏其它相关资料的情况下,单从输沙量和径流量资料出发,小波网络模型的预测效果明显优于BP神经网络模型。由此表明,小波网络模型不仅能对年输沙量的趋势进行预测,还能对年输沙量的大小进行较为准确的预测,从而为在资料较少的情况下进行输沙量的定量分析提供了一种新的方法。     

蒋家沟泥石流沟道年际冲淤变化特征分析

为了分析泥石流对沟道冲淤的累积影响效应,根据蒋家沟1999—2014年泥石流沟道断面测量数据对沟道年际冲淤变化特征及影响因素进行了分析。结果表明蒋家沟泥石流沟道断面形态变化主要表现为断面展宽、断面淤积抬高或冲刷降低;沟道宽度变化主要发生于1999—2009年,2009年后沟道宽度相对稳定,沟道冲淤速率逐渐减缓;沟道整体纵剖面曲线呈现下凹型,下凹度不断减小,2009年后下凹度在1.1左右波动,纵剖面整体比降不断增大,2009年后比降增加速率减缓;泥石流输沙规模减小、泥深及流速减小、支沟泥石流汇入、沟道下游排导工程是影响蒋家沟泥石流沟道冲淤的主要因素。研究成果可为泥石流流通及堆积区的防治提供参考。     

蒋家沟流域非泥石流活动期的输沙特征

实测2008—2009年间蒋家沟非泥石流时期推移质和悬移质的总量,分析非泥石流时期蒋家沟的输沙特征,结果表明:非泥石流活动期推移质含量极大,年输沙量达3.6万t,相当于一次中等规模泥石流的固体物质总量;泥石流对推移质和悬移质含量影响很大,泥石流之后,河道内悬移质和推移质含量呈衰减趋势,其中悬移质呈负幂指数衰减y=y0exp(-bx),推移质衰减速度大于悬移质;推移质粒径范围雨季和旱季差别较大,悬移质则相对一致,悬移质和推移质粒径分布均满足对数高斯分布y=aexp(-(x-b)2/c2);悬移质具有良好的分形特征,能得到其分维值范围,并确定悬移质分形的无标度区的界限,即划分床沙质和冲泻质的临界粒径为16μm,大于和小于该粒径的颗粒组成均具有较好的分形特征。     

蒋家沟流域输沙预测模型初探

从时间和控制因子两个角度，初步探讨了蒋家沟流域产沙预测模型，结果表明，由周期预测和控制因子预测组成的综合预测模型，可对蒋家沟泥石流的输沙进行较为可靠的预测，同时，在探讨了模型存在的及有待改进的问题的基础上，还对综合预测模型进行了探讨。     

非均质泥石流堆积过程粒度与粒序分布特征

以非均质泥石流为研究对象,通过实施云南东川蒋家沟泥石流堆积过程现场模拟实验,首先分析非均质泥石流堆积物颗粒级配组成的平面变化特点,即容重较低的稀性泥石流堆积扇两侧及前缘细颗粒较多,而容重较高的黏性泥石流堆积扇的两侧及前缘粗颗粒较多,并得出非均质泥石流堆积物中值粒径随泥石流容重减小而降低的结果;在此基础上,进一步分析泥石流堆积物垂向粒序分布特征,结果表明蒋家沟泥石流容重较小时泥石流堆积物颗粒垂向呈现正粒序分布,否则呈现反粒序分布或混杂粒序分布。本文研究成果对下一阶段建立泥石流堆积动力学模型及预测堆积成灾规模奠定了基础。     

蒋家沟入汇河段泥石流堆积与输移特征分析

泥石流堆积及其对主河河床演变和输沙特征影响的研究已有不少成果问世,但基于实地观测数据的具体演化过程的分析研究还不多见,以2008年至2010年蒋家沟入汇段小江河床地形断面监测和采样分析为基础数据,结合泥石流活动的观测资料,对蒋家沟入汇后泥沙物质的堆积及其再起动输沙特征进行了分析。蒋家沟入汇的泥石流固体物质主要堆积于入汇口以下500 m（主河宽10倍以内）的范围内,堆积量的多少与原堆积物被小江冲刷输移的量有关。泥石流物质在被小江输移的过程中沿途落淤而堵塞河道,常常引起主河小江的改道。泥石流物质的堆积使小江在入汇处形成节点,尽管近年来入汇口附近小江河床总体表现为冲刷的趋势,但下游冲刷速度较上游快,导致下游河床比降增大而上游减小,入汇口的节点特征更为突出。     

支持向量机和BP神经网络在泥石流平均流速预测模型中的比较与应用

在综合分析多种泥石流研究方法的基础上,提出分别基于支持向量机和改进的BP神经网络模型的黏性泥石流平均流速预测方法,建立了相应的泥石流平均流速预测模型.以蒋家沟泥石流实时监测数据作为学习样本和测试样本,比较了两种模型的预测精度和适用范围.研究结果表明,泥石流样本训练阶段,支持向量机和BP神经网络均具有较高的模拟精度,BP神经网络较优于支持向量机模型,而在样本预测阶段,支持向量机的预测精度明显优于BP网络,表明支持向量机预测模型有较强的外推能力和预测计算的有效性,可以较好地描述泥石流复杂的非线性关系,为泥石流防治提供精确的科学依据.     

粘性泥石流掺气减阻作用初探——云南东川蒋家沟泥石流

根据野外泥石流观测资料 ,分析了泥石流掺气与降粘减阻现象 ,建立了泥石流掺气量与流速的经验公式 ,并根据泥浆掺气降粘减阻的试验 ,揭示了泥石流掺气降粘减阻机理 ,提出了泥石流屈服应力与气体含量及固体浓度的经验公式。本文对解释泥石流减阻 ,预估泥石流流变特性有重要意义。     

考虑浆体黏度的泥石流流速计算方法

泥石流浆体黏度通过影响泥石流内、外部的阻力特征影响泥石流的糙率系数,泥石流糙率系数与浆体黏度之间的关系还没有基于观测数据的定量表述。通过对云南东川蒋家沟泥石流观测资料的分析,研究泥石流糙率系数与浆体黏度之间的关系,并通过回归分析得到考虑浆体黏度的泥石流糙率系数计算公式,最后基于此构建了考虑浆体黏度的泥石流流速计算公式。结果表明,随着泥石流浆体黏度的增加,泥石流糙率系数逐渐增加,浆体黏度在宏观上表现为增阻作用,考虑浆体黏度的泥石流流速计算公式改进了现有公式在计算浆体黏度较高的泥石流流速中的不足。研究结果可为进一步研究浆体黏度对泥石流运动阻力的影响提供参考,也为工程实践中的流速计算和增阻消能设计提供新的思路。     

宁夏清水河流域水沙变化特点分析

为搞清清水河流域不同时期、年际及年内水沙变化特点,以清水河流域固原、韩府湾和泉眼山3个水文站长系列实测水沙资料为基础,采用实测资料统计分析方法对水沙量进行系统分析,并利用Mann-Kendall突变检验方法确定了各站年水沙突变点年份。研究表明:与长时期相比,近期2010—2015年除泉眼山站水量增加6.2%外,其他各站水沙量均减少,水沙减少范围分别为58.8%～65.7%和64.3%～94.4%,沙量减幅大于水量减幅。清水河流域年水量的58.5%～65.6%和年沙量的85.6%～89.4%都集中在汛期,年际间水沙丰枯悬殊。各站年径流量和输沙量突变时间存在差异性,各站水沙量近期呈减少趋势。同时也对影响清水河流域水沙条件变化的降雨量、坡面水土保持措施、水库运用和淤地坝建设等因素进行了初步分析。     

不同沙源条件下地区前期降雨与小流域产沙关系的对比研究

为认识在不同沙源条件下前期降雨对小流域产沙的贡献和作用，本文利用不同沙源条件下两个典型小流域(山西砖窑沟流域和云南蒋家沟流域)以及一组篱笆减少侵蚀试验的降雨和产沙资料，选取产期降雨、过程降雨、产沙历时以及雨强因子，运用主成分分析法，进行对比研究，并分析了其机理。结果表明，在符合主成分选取条件下，对砖窑沟渐变型产沙，前期降雨仅是第二主成分的主要贡献者，与降雨性质相比，起次要作用；但对蒋家沟突变型产沙，前期降雨是第一主成分的主要贡献者之一，起首要作用。     

人类活动对无定河流域不同地貌区水沙变化的影响

为了研究人类活动对无定河流域不同地貌区水沙变化的影响,选择无定河流域内风沙区海流兔河和黄土丘陵沟壑区大理河代表水文站1956-2010年的水文泥沙实测数据。采用Mann-kendall和Pettitt法分别对水文泥沙数据进行趋势分析与突变检验,确定发生突变的临界年份,再利用双累积曲线法的回归方程定量确定人类活动对两种地貌区水沙变化的影响。结果表明:风沙区代表水文站韩家峁站控制流域的面降水量、年径流量和输沙量发生突变的临界年份分别为1970年、1985年和1986年;黄土丘陵沟壑区代表水文站绥德站控制流域的面降水量突变的临界年份为2000年,而年径流量和输沙量临界年份均为1971年。与基准期相比,风沙区年径流量与输沙量分别减少10.02%和43.90%;黄土丘陵沟壑区年径流量与输沙量分别减少21.03%和40.20%。人类活动对风沙区的减水和减沙效益分别为21.74%和81.43%,对黄土丘陵沟壑区的减水和减沙效益分别为27.12%和58.46%。     

长江上游不同水沙来源区产沙量变化对宜昌-汉口河段泥沙冲淤量的影响

长江上游流域的水沙特性表现出显著的地域分异,体现出水沙异源的特点,可以划分为两个多沙区和一个少沙清水区,即金沙江下游多沙区和嘉陵江多沙区,其余地区构成少沙清水区。以有关水文站的年系列资料为基础,研究了上游不同来源区产沙量变化对宜昌-汉口河段泥沙淤积速率的影响。研究表明,宜昌-汉口^#河段冲淤量与嘉陵江产沙区产沙量的变化有很好的同步关系。宜昌-汉口^#河段冲淤量与金沙江下游产沙区产沙量的变化,在20世纪80年代末以前有较好的同步关系,此后则不具有同步关系。这意味着,自从20世纪80年代以来,嘉陵江产沙区产沙量的变化对宜昌-汉口^#河段冲淤量的变化起着主要的控制作用,金沙江下游江产沙区产沙量的变化对宜昌-汉口^#河段冲淤量变化的控制作用较小。这一事实表明,对金沙江下游的治理亟待加强。以宜昌-汉口^#河段冲淤量Sdep,Y-H作为因变量,北碚站的年输量Qs,北碚、屏山站的年输沙量Qs,屏山、宜昌站年最大流量Qmax,宜昌以及3口分沙比Rw,div为影响变量,运用1955-1997年间的资料建立了多元回归方程,在此基础上对各个影响变量的变化对河段冲淤量的变化的贡献率进行了估算。结果表明,Qs,屏山、Qs,北碚、Qmax,宜昌以及Rw,div的贡献率分别为18．75％,42．06％,36．53％,2．64％。由此可见,嘉陵江重点产沙区产沙量变化对宜昌-汉口^#河段冲淤量变化的贡献率要大于金沙江下游重点产沙区。研究还得到,使宜昌-汉口^#河段不淤的两个重点产沙区的年产沙量之和的临界值为2．1亿t/a。     

Experimental study on evolution of bed structures of natural mountain rivers

Bed structures in many mountain rivers provide additional resistance to the flow.A field experiment was conducted on debris flow deposits in the valley of the Jiangjiagou Ravine,a tributary of the Yangtze River in southwestern China,to study the evolution and distribution of bed structures and their relationship with environmental conditions.Water and sediment from the Jiangjiagou main stream were diverted into the experimental channel.Several hydrological schemes were adopted to scour the channel until equ...