非稳定渗流下非饱和土体水力梯度的时变分析

为了研究非稳定渗流对坝体非饱和土体水力梯度的动态变化影响,考虑土体基质吸力与体积含水量的变化关系,建立了非饱和土体的渗流运动微分方程.采用SEEP/W软件对均质土坝在水位降落和上升等工况下的瞬时渗流场进行数值模拟,分析坝体上游侧、下游侧等不同深度的水力梯度变化值,以探寻坝体不同部位水力梯度在整个渗流历时内的动态变化规律及其可能发生渗透破坏的主要时间段.数值模拟结果表明:上游侧坝体底部水力梯度会在骤降历时的60%~70%时间段内出现高出稳定渗流期36.4倍的峰值,是最易引发渗流破坏的时间段;坝体上游侧水位变动区土体的水力梯度在上升历时的25%~50%时间段内增加较慢,在50%时间段后迅速增加,增加幅度达30~50倍,水位上升历时的50%时间段之后是其发生水力渗透破坏的主要时间段;水位升降对坝体下游侧土体水力梯度的影响甚微.计算结果可为大坝的调洪运行管理提供可参考的决策依据.     

地下水回灌过程中水文地质参数的反演

根据回灌过程中水文地质参数的特点,建立相应的反演优化模型,以西安市北郊某回灌试验为例,利用改进遗传算法求解,并将求解结果与瞬时渗透系数进行对比。结果表明,回灌过程中渗透系数符合指数衰减函数;在渗透系数为常量和变量2种情况下,对比4种求解方法,结果显示,在回灌过程中,将渗透系数设为随时间衰减变量的优化模型,更符合回灌实际情况,利用相应的改进遗传算法进行求解,误差更小,结果更可靠。     

基于遗传算法的非饱和溶质运移参数优化

根据室内实验和数值模拟数据,分别以土壤含水率和溶质质量浓度的实测值与其计算值标准差最小为优化目标,建立溶质和水分运移参数识别的多目标优化模型,采用遗传算法、有限差分法和线性加权法相结合的计算方法,对模型进行优化求解。分别以单组、2组和3组时刻实验数据组合作为参数优化初始数据,获取了土壤非饱和水分和溶质运移参数值,并以1 345 min时刻实验数据进行验证。含水率计算值与实测值相关系数的最大值和最小值分别为0.975 3和0.945 0;溴离子溶液质量浓度的计算值与实测值相关系数最大值和最小值分别为0.964 6和0.935 2,实测值与计算值吻合较好,表明用这一方法识别非饱和水分-溶质运移参数是可行的。     

基于向导点法反演水文地质参数

为了研究观测井与向导点布置范围以及水文地质参数初值对反演结果的影响,利用二维承压含水层理想模型,分别建立观测井、向导点不同分布范围(占研究区面积16％、36％、64％、81％和100％)以及不同渗透系数场初值的地下水反演模型,讨论其反演规律.其中,初始渗透系数场与实际渗透系数场之间的均方根误差记作R1,表示先验信息精度;初始渗透系数场经过PEST程序反演后的结果称为渗透系数估计场,与实际渗透系数场之间的均方根误差记作R2,表示参数估计精度,R2值越小反演精度越高.结果表明:随观测井、向导点分布范围增加,相应模型的R2值先减小后逐渐保持稳定;同时随向导点分布范围的增加,调用Modflow程序与优化迭代的次数减少;R1值增加,不同渗透系数初值模型的R2值、Modflow程序调用次数与优化迭代也会增加.由此看出,观测井与向导点分布范围越大,初始渗透系数场越接近真实值,反演结果越理想.研究成果为观测井与向导点的科学布置以及初始渗透系数场的取值提供了理论依据,有助于向导点法的推广.     

基于沉降数据对Tatay面板坝变形参数的反演分析

根据Tatay面板坝的实际情况和工程特点,建立了混凝土面板堆石坝坝体及坝基的三维有限元模型。根据施工期、运行期测得的原型大坝沉降变形资料,用堆石体的时效分量模型对其进行分析处理,分离出自重、水压力引起的变形和时效分量。为了避免水管式沉降仪和电磁式沉降管的在监测过程中的监测缺陷,以减小反演误差,先依据电磁式沉降管测得的沉降变形,采用可变容差法反演得到堆石体的邓肯张E-B模型参数,然后以水管式沉降仪测得的沉降变形作为校核依据。     

基于支持向量机的面板堆石坝堆石料参数反演分析

在综合分析了各种参数反演方法的基础上,提出了支持向量机的堆石料参数反演方法,并在MATLAB中编制了相应的支持向量机程序,建立了相应的堆石料参数反演模型。以大量的实测数据作为学习样本和测试样本,验证基于支持向量机的参数反演分析方法及其可行性。研究表明,用支持向量机方法来反演堆石料参数是可行的。     

基于神经网络模型的水源地水质参数反演研究

以武汉市的主要供水水源地水质参数(氨氮含量)为研究对象,根据某时段的实测数据、遥感影像数据,尝试性地建立了氨氮含量的神经网络反演模型.反演模型的平均相对误差为4.8%,可用于该项水质指标的反演研究.     

基于红边参数的枸杞土壤水分反演模型研究

为了快速准确地诊断枸杞水分需求,利用地物光谱仪实测枸杞关键生育期不同灌溉水平的叶片反射高光谱数据,应用光谱一阶微分方程,获取枸杞微分光谱680～760 nm波段的红边参数,分析红边位置λre、红边面积Sdre、红边振幅Dλre、红边偏度Dλre和红边峰度Kλre在不同处理下的变化,探讨了不同生育期内土壤水分与红边参数的相关性.结果表明,同一生育期内红边位置不会随着灌溉水平变化而发生偏移,各处理同一生育期内红边位置基本相同;土壤水分在枸杞休眠期和开花期与红边偏度相关性最好,在新梢开花期与红边峰度的相关性最好,展叶期与红边面积的相关性最好,选择各生育期与土壤水分相关性最好的红边参数建立水分估算反演模型,反演方程分别为休眠期:Y=151.581 X-261.325 X2-3.169;开花期:Y=e(1.748-0.016/X);新梢开花期:Y=e(-28.786-44.35/X);展叶期:Y=82.116 X-116.648 X2+13.037.     

基于RLPM模型的ET反演参数在时间尺度上的敏感性分析

为研究和提高RLPM模型反演ET精度,探究各项气象参数和遥感参数对于ET反演值就时间尺度变化规律的影响,基于RLPM反演模型,采用改进的摩尔斯分类筛选法,将黄土高原2010-2015年98个站点ET值结果对NDVI、相对湿度,日照时数、气温和太阳辐射在月尺度和年尺度变化进行敏感度分析研究。研究表明除相对湿度外,各项因子的敏感系数的绝对值在夏天达到最高值,而相对湿度的敏感系数在冬季达到最高值。ET反演值对于太阳辐射的敏感性最强,对NDVI和日照时数的敏感性次之,而对气温和相对湿度的敏感性最小。     

基于遗传算法和遗传神经网络算法的堆石料参数反演分析研究

面板堆石坝应力变形计算过程相当费时费力,如果直接调用有限元计算程序进行反演计算,难度相当大,效率也非常低.利用遗传算法优化BP神经网络权值与阈值,建立遗传神经网络模型代替堆石坝的有限元计算程序以提高反演计算效率,同时利用遗传优化算法全局搜索功能寻找使遗传神经网络模拟值和实测值之间误差最小的最优参数组,并通过MATLAB实现基于遗传算法和遗传神经网络算法的堆石料参数反演分析,反演结果表明该算法能够很好地提高反分析效率及准确性.     

反演分析土壤-秸秆水分运动参数

通过潜水均衡试验站土壤测渗仪资料,以新疆具有一定代表性的轻粘土为例,利用无秸秆覆盖和地表以下35 cm秸秆覆盖的实测资料,研究作物生长条件下土壤水分和盐分运移模型参数,通过HYDRUS模型反演确定了土壤水分运动参数和秸秆水分参数。并与测筒实测数据进行了比较。通过计算,无论是模拟计算的土壤水分运动参数还是秸秆水分参数都与相应的测筒观测值具有良好的一致性,模拟值与实测值吻合较好,这表明了轻粘土土壤水分运动参数和秸秆水分运动参数的确定是合理的。这些参数的确定将为更好地模拟秸秆覆盖条件下土壤水盐运移规律,研究秸秆覆盖层阻止土壤潜水蒸发抵制土壤盐分向上运动提供科学数据。     

基于群智能优化算法的土壤水动力参数反演

土壤水动力参数是模拟田间土壤物质传输过程的基本参数,准确确定土壤水动力参数对实现农田生境精准调控具有重要意义。基于一维垂直入渗试验数据,采用代数方法和数值方法,构造3个不同的目标函数,并分析鲸鱼优化算法和灰狼优化算法反演Brooks-Corey-Mualem模型参数的适用性。结果表明：通过选择合适的目标函数,两种群智能优化算法均可用于反演土壤水动力参数。在代数方法中,鲸鱼优化算法在目标函数2下(由累积入渗量、入渗时间、含水率构成的相对误差)固定参数θ_r、θ_s优化得到的土壤水动力参数误差最小,反演参数得到的累积入渗量、入渗率、含水率的相对误差都在9.74%以下,决定系数都在0.904 0以上,反演时间为70 s;在数值方法中,灰狼优化算法在目标函数3下(由累积入渗量、湿润锋深度、含水率构成的相对误差)固定参数θ_r、θ_s优化得到的参数误差最小,反演参数得到的累积入渗量、入渗率、含水率的相对误差都在2.53%以下,决定系数都在0.991 7以上,反演时间为115 s。因此,代数方法所用时间短、精度相对较低...     

基于流变参数反演的高面板坝长期变形预测

堆石体的变形控制是高混凝土面板堆石坝的核心问题,同时由于堆石体流变变形的存在,使后期变形量持续发展,这对面板及趾板等防渗体结构造成很大的安全隐患。反演分析方法是根据现场原位观测资料来确定堆石体的流变参数。由于流变参数较多,通过敏感性分析,选出7个流变参数进行反演,节省计算空间。受自然界物种优胜劣汰的启发,引入遗传算法和有限元正解联合对参数进行筛选,通过复制、交叉、变异操作对参数过滤,和位移监测值适应度高的个体被保留下来,寻求了最优流变参数。以水布垭面板堆石坝为例,采用该方法对流变参数进行了反演分析。反演结果表明,计算值与实测值在数值和变化规律上总体符合较好,反演结果合理可靠且更加高效。使用反演所得的流变参数,对大坝进行长期变形计算,预测2020年左右坝体沉降在合理范围。     

有压泄洪洞衬砌混凝土热学参数反演分析

在大体积混凝土的温控研究中,绝热温升及水化热散发一半的时间是影响混凝土温度场结果的两个关键参数,有必要进行施工反演分析,验证前期取值的合理性,提高仿真分析的精度,进而指导温控研究,达到温控防裂的目的。利用ANSYS有限元软件,基于溪洛渡水电站泄洪洞有压段衬砌混凝土现场实测数据,对该衬砌用泵送C9040混凝土绝热温升和水化热散发一半的时间值进行反演分析,并利用反演分析成果,进行实际施工方案的复核。成果表明,有压洞衬砌混凝土温度场仿真计算值与现场实测数据相关系数较高,施工方案复核的计算中,温度应力结果与现场衬砌裂缝情况较为吻合,因而热学参数的反演分析成果合理。反演分析方法及结论可为类似地下工程衬砌混凝土温控防裂研究提供相应参考。     

基于四参数随机生长法重构土体的渗流细观数值模拟

基于四参数随机生长法(QSGS),根据土体孔隙率,重构土体微观结构.通过格子Boltzmann方法,左右采用不透水边界,上下边界采用非平衡外推格式,颗粒之间的碰撞采用标准反弹格式,建立饱和土体渗流模型,并让恒定流速的水渗入模型.结合算例,推导了宏观物理单位与格子单位之间的转换关系,编制相关Matlab程序,并且进行运算分析,探讨在计算机模拟情况下的微观土体结构中水的渗流变化规律.结果表明:根据QSGS方法所重构的土体生成过程与自然环境下多孔介质的生成过程类似,重构土体性状各异,连通性和结构与实际土体类似;在连通性良好的前提下,土体中水的渗流速度与孔隙率大小有关;同一土体中渗流通道越小的位置水的渗流速度越小,渗流通道越大的位置渗流速度越大;在相同孔隙率条件下,大颗粒土的平均渗流速度比小颗粒土的平均渗流速度大,而小颗粒土的渗流更为稳定.     

基于光学特性参数反演的绿萝叶绿素含量估测研究

为快速准确检测植物体叶绿素含量,提出一种基于MMD迁移的光学特性参数反演方法.以绿萝叶片为研究对象,仿真光子在基于蒙特卡洛方法的单层平板模型上的运动轨迹,获得12000幅绿萝叶片仿真光亮度分布图,利用卷积神经网络对模拟光谱数据进行训练,得到预训练模型;基于预训练模型进行迁移学习,在少量实测绿萝叶片光谱数据上对模型进行微...     

基于PSO-BPNN和多目标优化的混凝土坝参数反演

基于监测数据的混凝土坝参数反演能够为评估大坝安全性态提供重要信息。传统的参数反演方法通常采用加权求和法以简化基于多种类型监测数据构建的多个目标函数,并结合单目标优化算法求解。由于权值的确定具有主观性以及单目标优化算法在实际应用中存在局限性,可能导致反演结果出现较大偏差。因此,考虑多种类型的监测数据以构建不同的目标函数,结合NSGA-Ⅱ算法搜寻Pareto最优解集,提出了一种基于PSO-BPNN模型和多目标优化的混凝土坝参数反演方法。研究成果依托于GD重力坝工程,并与传统参数反演方法进行了对比分析。应用表明,该方法对于混凝土坝参数反演更为合理和准确。     

降雨过程中稳定同位素组成分析

降雨过程中凝结和蒸发都会引起降水同位素组成变化,在介绍了开放水体凝结过程中的瑞利分馏模型的基础上,对云体作了一定简化和假设.基于瑞利分馏原理和质量守恒定律分别推导了降雨过程中的稳定同位素组成随时间变化和质量变化的微分方程模型,并通过数学推理论证了上述各模型之间的内在联系,导出了降雨过程中稳定同位素组成与分馏系数、时间以及质量之间的定量关系,揭示降雨过程中的同位素比率变化,为数值模拟降雨过程的稳定同位素组成提供了确定性的数学基础,为降雨同位素的纬度效应、高度效应、降雨量效应以及大陆效应解释提供了理论依据。     

劈裂灌浆过程中坝坡稳定分析

针对劈裂灌浆加固土坝过程中坝坡的稳定情况进行了分析，在已有的稳定分析方法上，提出了水平疏松层存在情况下的稳定分析方法和计算公式，对土坝的加固设计有一定参考价值。     

土石坝坝坡稳定影响参数分析

以湖北省建始县四十二坝水库大坝为例,建立了灰色关联度和偏最小二乘回归方程分析坝坡稳定性影响因素.选择黏聚力、摩擦角、含水量和干密度4个因素作为子序列,简化Bishop法计算的土石坝稳定性系数作为母序列,进行了敏感性分析.结果表明:两种计算方法获得参数敏感程度排序不同,其中考虑参数相关性的偏最小二乘回归方程获得的敏感性分级明显,更能体现参数的真实敏感性.