基于自适应粒子群算法优化神经网络的多沙水库冲淤预测模型研究及应用

【目的】针对传统多沙水库冲淤预测模型难以准确、迅速预测某一具体水库调度运行方式下泥沙的冲淤变化过程,无法为制定合理水库调度运行方式提供决策依据的不足,构建一种计算效率高、能保证一定计算精度且相对简便的泥沙冲淤预测模型。【方法】将人工神经网络及粒子群优化算法引入到多沙水库冲淤预测中,构建基于自适应粒子群算法优化BP神经网络的多沙水库冲淤预测模型,并将该模型应用于冯家山水库库区泥沙冲淤形态、冲淤量的预测,验证其实用性。【结果】将多沙水库冲淤变化过程视为一个非线性动力系统,利用人工神经网络处理大规模复杂非线性动力学问题的优势,在采用自适应粒子群优化算法对BP神经网络的初始连接权值和阈值进行优化的基础上,成功构建了基于自适应粒子群算法优化BP神经网络的多沙水库冲淤预测模型。该模型在冯家山水库冲淤预测中的应用结果表明,模型计算值与实测值之间吻合良好,可满足实际水库管理的需要。【结论】所构建模型具有较强的合理性及较广的适用性,为多沙水库冲淤预测提供了一条有效途径。     

"纳沙"台风对乌石渔港引起的台风浪的数值研究

利用MIKE21 SW波浪模型,对台风"纳沙"过境期间台湾宜兰县乌石渔港附近波浪特征进行数值模拟。结果表明,在"纳沙"影响下,在渔港近岸海域形成了最大有效波高超过5.5 m的巨浪,持续时间长达12 h。乌石渔港在多级防波堤的掩护下,港内有效波高逐渐减小,乌石渔港内有效波高低于0.5 m的有效避风面积达到总港域面积的24.2%。     

甬江口及附近海域冲淤变化研究分析

利用1935年、1962年、1979年、2004年这四个年份的海图资料,建立了甬江口及附近海域的数字高程模型（DEM）,进而定量计算了不同时段的海床平面冲淤变化、海岸演变和滩槽平面变化。结果表明,在1935-2004年间,甬江口及附近海域总体上以轻微淤积为主,年均淤积速率4.24 cm/a;岸线持续向海推进,潮滩呈淤涨态势,而深槽则趋于萎缩。但冲淤性质在不同时段有所不同,呈现出由冲转淤的调整趋势,这种趋势主要是人为因素作用的结果。     

枸杞岛养殖海域流场环境改造的数值模拟

为造成适合于网箱养鱼的流场环境，同时扩大贻贝和藻类养殖面积，拟在枸杞岛西侧海域建设堤坝工程，通过数值实验对工程前后的流场变化进行了模拟。数值模型采用半隐式有限差分格式，经离散处理后，模型最后用迭代法求解一个五点方程。计算结果显示，模拟流场与枸杞岛周围海域实际流场吻合、精度良好。在此基础上，对两个不同的建坝方案分别进行数值计算，预演、比较堤坝工程实施前后海域流场的变化，从中选择既满足南侧海域深水网箱养殖的低流速要求，又可以尽量增加北侧海域贝类、藻类养殖面积的较佳方案。     

枸杞岛养殖海域流场环境改造的数值模拟

为造成适合于网箱养鱼的流场环境，同时扩大贻贝和藻类养殖面积，拟在枸杞岛西侧海域建设堤坝工程，通过数值实验对工程前后的流场变化进行了模拟。数值模型采用半隐式有限差分格式，经离散处理后，模型最后用迭代法求解一个五点方程。计算结果显示，模拟流场与枸杞岛周围海域实际流场吻合、精度良好。在此基础上，对两个不同的建坝方案分别进行数值计算，预演、比较堤坝工程实施前后海域流场的变化，从中选择既满足南侧海域深水网箱养殖的低流速要求，又可以尽量增加北侧海域贝类、藻类养殖面积的较佳方案。     

海南省清澜渔港近岸台风浪数值模拟及波高重现值的推算

选取1980—2010年在海南省东海岸登陆的、每年强度等级最高的31个台风数据,应用MIKE21Spectral Wave计算模型,模拟清澜渔港台风浪的全过程,并对其中3个台风浪进行模型率定,计算结果与海南省清澜渔港近岸30 m水深处波浪实测数据相吻合。应用皮尔逊Ⅲ型频率曲线软件进行分析,清澜渔港近岸30 m水深处最大有效波高出现在N至NE方向,百年一遇的有效波高为5.78 m,50年一遇的有效波高为5.3 m,20年一遇的有效波高为4.6 m。本研究结果可对渔港的规划设计、防灾减灾提供有效参考,特别对缺少波浪实测资料的近岸工程具有实际应用价值。     

闹德海水库异重流排沙分析

异重流问题是泥沙研究的一个重要方面.介绍了闹德海水库异重流观测及统计分析的有关成果,建议在工程实际运用中区分不同的情况,选择合适的排沙方式:6、9两月日均流量大于100 m3/s或日均含沙量大于100 kg/m3的洪水,应进行敞泄排沙以保证水库的冲淤平衡.对于其他6、9月份的洪水,可以相机利用异重流或其他方式排沙,减少库区淤积.     

潼关河段冲淤对渭河下游冲淤变化的影响

三门峡水库控制运用以来,潼关高程持续抬升,渭河下游仍在淤积发展,究竟是潼关高程抬升引起渭河下游淤积发展,还是渭河下游淤积发展造成潼关高程的缓慢上升,一直是三门峡问题的焦点。在实测资料的基础上,对渭河下游与潼关断面两者间水位变化和河段冲淤变化的相关性分析发现,渭河下游与潼关河段水力泥沙要素具有良好的相关性及一致性。潼关河段(或潼关断面)若发生冲淤,通常会引起华阴以下河段发生沿程冲淤,并随之引起华阴以上河段发生较大范围的溯源冲淤;此外,潼关高程与渭河下游泥沙累计淤积量及河床比降减缓密切相关。     

多泥沙河流供水水库水沙联合优化调度的研究与应用

【目的】分析多泥沙河流供水水库中供水与排沙减淤之间的矛盾,为此类水库合理调度运行方式的确定提供技术支撑。【方法】运用水沙数学模型与优化理论的基本思想,构建多泥沙河流供水水库水沙联合优化调度耦合模型,并将该模型应用于亭口水库这一典型多泥沙河流供水水库调度运行方式的优化比选研究中。【结果】成功构建了多泥沙河流供水水库水沙联合优化调度耦合模型,该模型由水库优化调度动态规划子模型及泥沙冲淤计算子模型2部分构成,子模型之间通过参数及数据的相互传递,实现对模型定解条件的影响,从而组成一个耦合模型。该模型在亭口水库调度运行方式优化比选研究的应用表明,亭口水库适宜采用"蓄水运用,汛期低水位相机排沙"的调度运行方式。【结论】所构建模型具有较强的合理性及较广的适用性,为多泥沙河流水库水沙联合调度运行方式的制定提供了一条行之有效的解决途径。     

马鞍列岛海域浮游植物优势种粒径组成及影响因子分析

基于2005年3月-2006年11月对马鞍列岛海域进行的采样调查及后续实验,探讨了该海域浮游植物优势种类的粒径分布及其季节变化特点,分析了水温、营养盐、悬浮物等环境因子对浮游植物粒径变化的影响.结果表明,马鞍列岛海域浮游植物粒径组成主要受琼氏圆筛藻(Coscinodiscus jonesianus (Grev.) Ostf)、窄隙角毛藻(Chaetoceros affinis Lamx)、拟旋链角毛藻(Chaetoceros pseudocurvisetus Mangin)、中华盒形藻(Bidduphia sinensis Greville)、佛氏海毛藻(Bidduphia sinensis Greville)以及夜光藻(Noctiluca scientillans)等优势种的季节变化趋势所影响,分布范围在8.7 μm～396.7 μm之间,其中小型浮游植物比例为65.2%,硅藻和甲藻的平均粒径分别为44.3 μm和141.5 μm,浮游植物平均粒径的最小和最大值分别出现在8-11月和3-5月;硅藻粒径组成与水温成显著线性负相关(R2=0.64、 P<0.01),与该海域限制性营养盐氮的浓度成显著正相关(R2=0.65、 P<0.01),硅藻体积与水温及氮营养盐的关系为当水温上升1℃,体积减小6.5%,而当氮营养盐上升1μg/L时,体积增大0.37%.甲藻粒径组成对悬浮物浓度的显著负线性相关大于硅藻,其粒径变化与悬浮物浓度的数值对应关系约为悬浮物浓度每升高1 mg/L甲藻粒径减小1.73%,硅藻粒径的降低幅度为甲藻的1/2.     

夏、冬季苏北近岸海域悬沙浓度垂直分布特征

通过将2012年8月、12月在苏北黄海海域野外调查获得的声学多普勒流速剖面仪(ADCP)后向散射强度数据与悬沙浓度进行拟合,得知两者的相关系数在0.8以上,反演结果较理想。并结合同步观测的温度、盐度等水文要素资料,对该区域夏、冬季两季悬浮泥沙的垂直分布特征、形成原因及输运进行了研究,结果表明苏北近岸海域悬浮泥沙分布的典型性季节变化明显,冬季悬沙浓度普遍高于夏季。悬浮泥沙分布及输运受苏北沿岸水、黄海西部沿岸流、长江冲淡水、黄海暖流、黄海冷水团等影响,其中黄海西部沿岸流的季节变化为主要的影响因素。苏北沿岸水携带废黄河口的再悬浮泥沙和近岸悬沙向东南外海扩散,冬季的搬运量和扩散范围显著大于夏季。黄海暖流阻碍悬沙向外海扩散,使其在近岸被大量捕集下来。夏季长江冲淡水的东北方向偏转,使得苏北南部海域悬沙分布出现层化现象。     

舟山近海域悬浮泥沙浓度遥感反演研究

[目的]采用卫星遥感方法反演舟山海域悬浮泥沙的分布,并进一步探索适合的反演模型,为以后舟山海域悬浮泥沙遥感研究提供参考依据。[方法]利用实测数据、遥感数据和实验室分析的方法,对舟山海域不同水体进行光谱分析,建立水体遥感反射率与悬浮泥沙浓度之间3种不同的反演模型。[结果]遥感参数反演模型的反演效果最好;对数反演模型次之,对数模型下TM4波段的相关系数最大,TM3波段的相关系数最小;线性反演模型最差,线性模型下TM2波段的相关系数最大,TM3波段的相关系数最小。[结论]在舟山海域采用遥感参数模型可以获得较高的反演精度。     

东雷抽黄引水灌区退水对干渠减淤的影响

【目的】分析东雷抽黄引水灌区渠系泥沙淤积问题,探讨通过加大干渠输水流量以减少渠道淤积的可行性。【方法】利用东雷抽黄灌区总干渠的泥沙淤积实测资料,对水沙输移数学模型进行验证,再依据典型年份不同灌季不同时段引水含沙量高低情况,拟定了加大渠道输水流量的多种方案,对不同方案情况下渠道的冲淤过程及减淤量等进行数值模拟计算。【结果】减淤量和抽水费用等的计算结果表明,减淤效果最佳的方案是春灌期间含沙量较低时段加大渠道输水流量,该方案的减淤率为59.63%,减淤耗水费用为9元/m~3,较人工清淤费用(50元/m~3)节省成本82%。【结论】在春灌或夏灌含沙量较低时段,利用退水渠加大干渠输水流量减少渠道淤积在技术上是可行的,经济上也是合理的。     

输变电工程对土壤环境的影响及其防控

输变电工程建设及其营运对变电站场和线路工程区及周边局部区域的水土资源产生一定影响,本文就输变电工程对土壤理化性质、土壤生物、水土保持的影响,工程活动可能带来的外来物种入侵生态风险等进行综述分析,并通过地处亚热带地区的广东沿海某500 kV输变电工程项目的实际案例,总结了防控输变电工程土壤侵蚀等环境影响的具体措施。     

冻土区埋地热油管道土壤融化圈特征数值分析

根据相变瞬态温度场的控制微分方程,应用Galerkin法推导出计算温度场的二维有限元公式,对中国东北多年冻土区运行30年的加热输油管道土壤温度场(融化圈)进行了计算分析和比较。计算结果表明,对于15℃的油温,管顶之上的土壤在管道运行的第1年就达到热平衡状态,同时土壤融化速率在第1年达到最大,随后4年时间里迅速减小,第5年后融化速率变化趋于稳定;管道运行一定时间后,管道周围的融化圈在土壤中随冷暖季节的变化呈交替式的扩展;在管道运行30年后,管底下融深可达到10m以上,这将引起基础融沉、管道变形及多年冻土环境破坏等问题,需引起工程部门的高度重视。     

基于饱和与非饱和理论的滑坡稳定性分析——以雾江滑坡为例

库水位下降是导致滑坡失稳的主要因素之一,涔天河水库扩建工程在施工期为进行老灌溉洞改造,需将老坝库水位从253.0 m下降到235.0 m,研究其对库首雾江滑坡体稳定性的影响,对保证工程安全具有重要意义。基于饱和与非饱和理论,用有限元模拟库水位从253.0 m下降到235.0 m时滑坡暂态渗流场,将得到的暂态孔隙水压力分布用于滑坡稳定性计算。研究表明:扩建工程施工期库水位下降使滑坡稳定性系数由1.09下降到1.05,降幅约5%,不会导致滑坡体整体失稳。     

地下水封洞库水位降深与涌水量的数值分析

在对工作区进行水文地质调查和水文实验的基础上,运用FEFLOW软件建立三维数值模型,计算出相关参数结果,运用ARCGIS软件进行空间分析,可以得到地下洞库在施工和运营过程中的水位变化、涌水量大小、水位降深漏斗大小和范围等数值,为地下水封洞库的建设提供依据,保证施工和运营过程中的安全性和经济性.以烟台某地下水封洞库为例,利用拟合模型,对施工期及运营期的涌水量以及相应水幕补水量进行模拟预测:施工期各阶段稳定涌水量为72.3～287.6 m3/d,水幕补水量为45.5～232.7 m3/d;运营期稳定涌水量为323.5 m3/d,水幕补水量稳定值约为254 m3/d.     

水电站工程建设对河道泥沙含量变化的影响——以金安桥水电站为例

由于水电工程建设的特殊性,导致弃土弃渣直接进入河道现象比较严重,致使施工区及以下河道泥沙含量发生显著变化,严重影响库区使用寿命和河道行洪安全。本文运用比重法对金安桥水电站工程建设过程中受影响河道的泥沙含量进行测定,以分析其动态变化特征及控制措施。结果显示:(1)施工初期和末期的工程开挖对河道泥沙含量的贡献率较大,分别是多年平均值的3.99倍和4.55倍;(2)年内河道上下游断面泥沙含量变化也较大,2005～2008工程区上下游河道断面泥沙含量变化差异性较大,下游泥沙含量分别比上游高出-1.99%、24.58%、27.19%和375.51%。     

沉降对多孔方型人工鱼礁流场效应影响的数值模拟

礁体沉降作为人工鱼礁投放后普遍产生的现象,对人工鱼礁周围流场会产生影响。为研究多孔方型人工鱼礁不同沉降情况下流场效应的变化,采用计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)技术,利用Fluent软件模拟在固定来流流速为0.8 m/s时,5种不同沉降程度下单体鱼礁周围的流场情况。结果显示:与无沉降时(初始状态)相比,在沉降程度为20%时,上升流最大高度降低约1.0 m,最大上升流流速增大约0.015 m/s,侧向流速增大区域(大于来流速度)扩大至1.5倍左右,同时礁体背流面透水区域增大,背涡流区域沿水流方向移动约2 m,礁体周围流场情况一定程度上变得更加复杂;在沉降程度为40%时,上升流流速最大值与初始状态相比减少约为0.010 m/s,侧向流增大区域基本一致,此时礁体背流面透水区变化较大,有形成一个逆时针涡旋的趋势;当沉降程度达到60%时,礁体周围流场效应开始明显下降,上升流最大高度相较于初始状态降低约3.2 m,上升流最大流速降低约0.600 m/s,侧向流速增大区域与壁面间距缩短约0.4 m,背涡流区域有消失的迹象;在沉降程度达到80%时,礁体流场效应基本丧失。研究表明,对于多孔方型人工鱼礁,在沉降程度40%以内,人工鱼礁仍然能够发挥着较好的流场效应;礁体在沉降程度达到60%时,礁体周围流场复杂程度相较于初始状态有明显损失,之后随着沉降深度增加,礁体流场效应逐渐消失。     

庆阳市农田灌溉渠道水力设计研究

为了利用庆阳市含沙量较大的地表水进行农业灌溉,采用了不冲不淤和冲淤平衡2种渠道设计思路。研究分析了在2种设计思路下渠道断面的设计流程,并举例分析了不同思路下断面的差异。结果表明,在不同的设计思路下,断面尺寸差异较大,对工程的投入影响较大。为了节约投资,建议在地势平缓地区采用不冲不淤的设计思路,在地势陡峭的地区采用冲淤平衡法进行断面设计。