梯形渠道横断面设计方法改进

目前梯形渠道横断面设计主要采用试算法和图解方法,计算效率不高。对现有试算方法进行了改进,便于利用计算机进行试算,另外给出了设计水深计算的迭代方法。最后给出了基于试算法和迭代法的FORTRAN程序,设计结果表明,上述方法简单有效。     

梯形渠道横断面设计方法改进

目前梯形渠道横断面设计主要采用试算法和图解方法，计算效率不高。对现有试算方法进行了改进，便于利用计算机进行试算，另外给出了设计水深计算的迭代方法。最后给出了基于试算法和迭代法的FORTRAN程序，设计结果表明，上述方法简单有效。     

梯形渠道水跃共轭水深直接计算公式

根据工程实践中水跃函数各部分的相对比例，通过对水跃方程的数学变换，应用迭代理论提出快速收敛的共轭水深直接计算方法，使用方便准确，克服了查图查表法精度低、试算法繁琐应用不便的缺点。     

水库调洪计算方法的应用研究

基于调洪计算的传统方法如试算法、单辅助线法和数值解法如改进欧拉法、四阶龙格-库塔法,分析了不同算法的结果差异和影响因素,并对调洪时段的选取进行了研究。结果表明:1直接求解一阶微分方程的数值解法的优点是无需迭代,可快速得到计算结果,通过迭代试算或反复内插辅助线求解非线性超越方程的计算速度较慢,调洪时段缩短时会出现不稳定、不收敛的情况,同时存在直接内插库容曲线的误差,不推荐采用;2调洪时段较长时,试算法计算的水位偏高,会增大工程投资,调洪时段较小时传统方法结果偏小,对工程安全不利,数值解法随调洪时段缩短精度有所提高,计算水位值增大,有利于工程安全,宜广泛采用;3调洪时段的选取要以能控制入库洪峰流量为前提,时段步长越短,精度越高,精度一定时,四阶龙格-库塔法时段选取的范围较广,对工程的适应性较好。     

圆形无压隧洞水力计算

根据规范的要求 ,推导出圆形断面无压输水隧洞直径的直接计算方法和正常水深的迭代计算公式 ,证明了迭代格式的收敛性 ,并且利用回归分析拟合出迭代函数的近似表达式 ,以此求出迭代初值。经过二次迭代计算 ,所得正常水深的相对误差的绝对值一般不超过 0 .2 33% ,该方法计算简便 ,可在工程实际中应用     

恒定渐变流水面线计算的一种迭代方法

本文将现行水面线试算方法改为收敛迭代计算以求解恒定渐变流水面线的数学模型。文中对方法的收敛性进行了分析，通过实例计算，表明该方法能够避免牛顿迭代方法复杂函数求导的困难和试算法不便于计算机编程计算等问题，计算精度较高，能够满足工程设计要求，并便于工程人员实际应用。     

矩形断面收缩水深的直接计算方法

矩形断面收缩水深的计算需求解高次隐函数方程,理论上无解析解,传统的图解法或者试算法计算过程复杂,费时费力.通过对矩形断面收缩水深的基本方程进行恒等变形,得到快速收敛的迭代公式;再与合理的迭代初值配合使用,得到矩形断面收缩水深的直接计算公式.误差分析及实例计算表明,在工程常用范围内,收缩水深的最大相对误差仅为0.28%,直接计算公式形式简捷、精度高、适用范围广.     

混凝土拱坝的极限分析

采用工程结构极限分析方法，利用已有的有限元计算程序并结合数学规划方法来推求拱坝的整体安全系数。作为弹塑性求解问题的简化方法，极限分析比传统的弹塑性增量计算效率更高、更实用。提出了适用于三维混凝土高拱坝结构极限下限分析的有限元数学规划算法。针对数学规划格式中未知变量过多的难点，采用有限元弹塑性增量计算中同一增量步上不同迭代步之间的应力差来构造缩减的自平衡应力场。采用序列二次规划算法直接求解下限分析的非线性规划问题，避免了线性化屈服条件造成的计算规模的大幅度增加。算例表明，提出的方法切实可行而且效率更高。     

改进的粒子群算法在水库优化调度中应用

针对水库优化调度中存在的规模庞大、结构复杂,涉及大量的决策变量和复杂的约束条件,呈现出高维度、非线性、强约束特性,传统的优化方法难以直接求解或者计算效率低,存在早熟等问题。为了提高粒子群算法全局搜索能力和收敛性能,把下山搜索策略引入到粒子群智能算法中,提出了改进的粒子群算法。函数测试证明该方法改进了算法的鲁棒性,提高了算法求解效率。上述优化算法应用于水库优化调度模型求解中,计算结果表明:该方法易于实现,求解效率高,为水库优化调度模型求解提供了新的途径。     

基于迭代动态初始解的水电站发电流量计算方法研究

水电站短期优化调度运用在出力推求发电流量时常采用迭代方法,而不恰当的迭代初始值会导致迭代计算次数大幅增加、计算效率低及迭代不收敛等问题。针对这些问题,本文通过对多个水电站实验数据的分析研究,提出了一种在实际工况条件下的机组发电流量隐函数形式。基于发电流量计算影响因素拟提出水电站机组发电流量迭代动态初始解函数式,将该函数计算值作为发电流量迭代计算的初始值。实例应用表明,该方法能够较地好提高计算效率,且方法简单有效,为水电站在短期优化调度中机组发电流量迭代计算提供了新方法。     

Joint Application of Artificial Neural Networks and Evolutionary Algorithms to Watershed Management

Artificial neural networks (ANNs) have become common data driven tools for modeling complex, nonlinear problems in science and engineering. Many previous applications have relied on gradient-based search techniques, such as the back propagation (BP) algorithm, for ANN training. Such techniques, however, are highly susceptible to premature convergence to local optima and require a trial-and-error process for effective design of ANN architecture and connection weights. This paper investigates the use of evolutionary programming (EP), a robust search technique, and a hybrid EP–BP training algorithm for improved ANN design. Application results indicate that the EP–BP algorithm may limit the drawbacks of using local search algorithms alone and that the hybrid performs better than EP from the perspective of both training accuracy and efficiency. In addition, the resulting ANN is used to replace the hydrologic simulation component of a previously developed multiobjective decision support model for watershed management. Due to the efficiency of the trained ANN with respect to the traditional simulation model, the replacement reduced the overall computational time required to generate preferred watershed management policies by 75%. The reduction is likely to improve the practical utility of the management model from a typical user perspective. Moreover, the results reveal the potential role of properly trained ANNs in addressing computational demands of various problems without sacrificing the accuracy of solutions.     

梯形渠道恒定渐变流水面线计算的新解析法

对棱柱体明渠梯形断面下的恒定非均匀流沿程水面线进行深入研究,基于恒定渐变流基本微分方程,通过对该微分方程无量纲化,采用数值分析理论,得到由简单双曲函数组成的新等效恒定渐变流基本微分方程;通过变量分离,直接积分得到流程S与始、末段水深h1,h2的解析函数;通过该解析函数可直接计算出沿程水面线。该方法比《溢洪道设计规范》中推荐的分段求和试算法更简单、便捷,特别对水深较敏感段,规范推荐试算法误差较大,并且逐段试算推求水深将导致末端断面水深误差逐步累积,导致误差增大,精度下降。最后通过工程实例计算比较得出:新解析法计算成果与规范推荐法(程序)计算成果基本一致,对于渠长较长时新解析法成果甚至优于规范推荐的分段试算法,完全满足工程实践要求。     

两股射流在空中碰撞消能的水力计算

本文利用流体力学的动量积分方程，详细地导出了计算两股水舌在空中碰撞消能的有关公式，引入了水舌碰撞消能率的概念和计算方法，并结合我国某项水电工程给出算例。     

实用堰后接梯形断面泄槽水面线计算方法探讨

梯形断面是泄槽最常用的断面形式之一,泄槽水面线计算对溢洪道设计具有重要意义。实用堰后接梯形断面泄槽起始水深及水面线计算须求解非常复杂的非线性方程,传统试算法计算过程繁琐,需要多次计算才能得到满足精度要求的结果。为解决实用堰后接梯形断面泄槽水面线计算的难题,构造坡降差方程,介绍了弦截法计算泄槽水面线的具体步骤,并对起始水深方程进行恒等变形,得出了起始水深的直接计算公式。实例表明,采用的计算方法可行,计算结果可靠,可为类似工程设计提供参考。     

丰满水库通过不同途径计算的出库流量可信度分析

水库出流计算可以通过机组效率曲线、水位耗水率曲线、闸门泄流曲线、下游水文站水位流量关系曲线求出，各种计算方法精度有所不同，通过对各种方法的计算结果进行分析，可以检验所用方法计算结果的可信度，为模型试验或测流定线提供依据。     

标准Ⅱ型马蹄形断面水面线的积分算法

标准Ⅱ型马蹄形断面由于几何形状复杂,水面线的计算较为困难,研究其工程设计中的简化计算方法是完全必要的。根据标准Ⅱ型马蹄形断面的几何关系分析了标准Ⅱ型马蹄形断面不同区域内相对断面面积、相对湿周、相对水力半径、相对水深和相对水面宽度的计算方法。根据明渠恒定非均匀流水面线的微分方程,给出了标准Ⅱ型马蹄形断面水面线的分段试算法公式。根据最小二乘法拟合原理,给出了j′,Fr′²与相对水深h/r₁的近似关系,并以此关系给出了标准Ⅱ型马蹄形断面水面线的积分公式,积分公式为显函数关系式,计算方便。通过3个算例比较了试算法和积分法的结果,其中试算法的步高取为1 mm,积分法与试算法相比,最大误差为0.965%,计算精度满足工程设计要求。     

基于区间入流预报的右江河道洪水演进

广西右江如果发生大洪水,将对郁江和南宁市的防洪产生严重威胁,因此右江洪水演进分析对南宁市的防洪具有重要意义。选出百色水文站洪峰流量依次增大的5场洪水,用右江百色-田东河段区间内的小流域作为代表性流域率定新安江模型参数,对区间入流洪水进行了预报。根据预报结果采用经参数试错法率定后的马斯京根模型对5场洪水进行了演进,计算了田东水文站断面的流量。结果表明:计算结果与实测流量相对误差较小,相关性系数较大,说明试错法对于马斯京根模型参数求解精度较高。     

WASP6水质模型在渭河流域水环境容量解析中的应用

将WASP6水质模型应用于渭河流域陕西片,分析流域水环境的污染现状,并采用模型试错法模拟计算渭河陕西段水环境容量,并对比分析节水增流前后水质变化,根据分析结果提出节水增流减污的水污染控制方案,为渭河的污染治理提供依据。     

Influence of Time Step Synchronization on Urban Rainfall-Runoff Simulation in a Hybrid CPU/GPU 1D-2D Coupled Model

The 1D sewer - 2D surface coupled hydrodynamic model has increasingly become an essential tool for simulating and predicting the flood process and is widely used in the study of urban rainfall-runoff simulation. The current method of using the smaller time step of the sub model in the coupled model as the synchronization time greatly limits the computational efficiency, especially in the case of the large data amount or models executed in different platforms and in various types of codes. To evaluate the impact of time synchronization on the rainfall-runoff process in a coupled hydrodynamic model, a new model that couples the 2D GPU accelerated shallow water model and the 1D SWMM is applied to two urban catchments to simulate the rainfall-runoff-drainage processes, the fixed time step (5 s, 10 s, 30 s, 60 s, 120 s, 180 s and 300 s) is adopted to ensure the calculation efficiency and precision of the model. The results show that the time computational efficiency can be improved by 7.27%–27.37% in different scenarios compared with the method applying 2D model time step as the synchronization time; the surface runoff process is hardly affected as the synchronization time changes; and the relative error of the drainage process is less than 2.5% when the synchronization time is less than 60 s. Therefore, the fixed synchronization time method is recommended in the 1D-2D coupled model to improve the computational efficiency for flood and inundation simulation. Based on the advantage that the fixed synchronization time is easy to realize in the programming of the model and the high efficiency of the fixed synchronization time method concluded above, this work is expected to provide a reference for model coupling applications.

     

动水压力波高阶双渐近时域平面透射边界Ⅱ：计算性能

为了阐明动水压力波高阶双渐近平面透射边界在时域内的计算性能,本文从时域求解、稳定性、收敛性、计算精度和计算效率等方面对其进行了研究和验证。为了提高计算效率,通过空间模态解耦将原时域高阶透射边界的求解转化为一系列单模态透射边界的求解。常微分方程系数矩阵的广义特征值分析表明,本文发展的高阶双渐近边界是渐近稳定的。高阶双渐近边界的等价频域动力刚度表达的误差范数分析显示,连分式逼近的计算误差会随着阶数的增加迅速下降,计算结果快速收敛于准确解。刚性坝算例表明,在计算精度相当的情况下,高阶双渐近透射边界与远置Sommerfeld边界方法相比在计算效率上有数量级的提高,并且还具备长期计算误差发展稳定的特点。上述研究和验证算例揭示了本文发展的高阶双渐近时域平面透射边界所具备的优良计算性能,可以考虑将其进一步应用到大坝-水库动力相互作用分析中。