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基于蒙特卡洛模拟的水质概率预报模型

水利学报 2015年第1期46卷 51-57页

作者：刘悦忆赵建世黄跃飞施勇陈炼钢清华大学水利水电工程系水沙科学与水利水电工程国家重点实验室南京水利科学研究院

在流域尺度的水动力学-水质模型中,水文条件是模型输入的重要组成部分。在水污染事故实时调度管理实践中,未来时段内区间入流的不确定性对水动力学-水质模型的预报结果会产生较大的影响。本文在淮河流域水动力学-水质模型的基础上,针对... 详细信息

在流域尺度的水动力学-水质模型中,水文条件是模型输入的重要组成部分。在水污染事故实时调度管理实践中,未来时段内区间入流的不确定性对水动力学-水质模型的预报结果会产生较大的影响。本文在淮河流域水动力学-水质模型的基础上,针对模型输入中区间入流的不确定性,采用历史序列拟合的方法,提出区间入流的对数正态概率分布函数,并使用蒙特卡洛方法随机抽样模拟产生大量的区间入流序列,作为水动力学-水质模型的输入条件进行计算,建立基于蒙特卡洛模拟的水质概率预报模型。根据计算结果,可以统计分析计算时段内河流水质的范围及其概率。淮河流域的案例研究表明,该模型可以为水环境管理者提供目标断面的水质概率分布和污染事故发生概率,进而为实时调度决策提供更好的支持。

关键词：水质模拟不确定性蒙特卡洛模拟概率预报

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核电站结构地震动态响应并行计算研究

清华大学学报（自然科学版） 2012年第8期52卷 1096-1101页

作者：薛志成王振清王立涛裴强哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院哈尔滨150001 黑龙江科技学院建筑工程学院哈尔滨150027 中国水利水电科学研究院北京100048 大连大学土木工程技术研究与开发中心大连116622

为了分析核电站复杂结构地震动态响应,以MPI作为基本并行编程环境,在LINUX操作系统下,开发了核电站结构地震动态响应的并行有限元计算程序。该程序采用黏弹性边界模拟外行波向远域地基的辐射,方程的求解采用时域显式解法,能够模拟包含... 详细信息

为了分析核电站复杂结构地震动态响应,以MPI作为基本并行编程环境,在LINUX操作系统下,开发了核电站结构地震动态响应的并行有限元计算程序。该程序采用黏弹性边界模拟外行波向远域地基的辐射,方程的求解采用时域显式解法,能够模拟包含各类静动荷载以及温度、接触等因素作用下的结构响应。经算例验证,该程序正确可靠。利用该程序对某核电站取水口建筑物进行了动态响应分析,并与ANSYS软件的分析进行比较,所花费时间从单机串行程序的20h40min减少到并行程序下的2h15min。结果证明,该并行程序具有较高的并行度以及良好的并行效率。

关键词：核电站结构结构抗震并行计算黏弹性边界

城市地面洪水演进模拟方法的数值实验对比研究

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四川大学学报（工程科学版） 2011年第4期43卷 1-6页

作者：周浩澜陈洋波中山大学地理科学与规划学院广东广州510275

为了探索城市洪水模拟中各种城市建筑物处理方法效果及可行性,归纳了边界法、设定高程法、人工加糙法以及容积率方程法4种方法。最后,构建了一个模拟城市建筑群算例,采用4种方法进行计算并对比结果分析。研究表明,边界法模拟效果最好,... 详细信息

为了探索城市洪水模拟中各种城市建筑物处理方法效果及可行性,归纳了边界法、设定高程法、人工加糙法以及容积率方程法4种方法。最后,构建了一个模拟城市建筑群算例,采用4种方法进行计算并对比结果分析。研究表明,边界法模拟效果最好,但前期数据处理复杂,并且计算耗时长;容积率系数法前期数据处理简单,计算耗时短,并且模拟效果能满足大尺度城市洪水演进模拟要求。

关键词：水动力有限体积法数值模拟城市洪水浅水方程

水氮量对层状包气带土壤氮素迁移累积的影响分析

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农业机械学报 2013年第10期44卷 112-121页

作者：商放泽杨培岭任树梅中国农业大学水利与土木工程学院北京100083

采用田间小区试验,研究夏玉米/冬小麦轮作期间不同水氮处理对0～450 cm土壤N03--N、NH4＋-N和总N迁移累积的影响.结果表明,层状包气带土壤的质地和结构对水分、N03--N和总N在土层中的分布均有显著影响,而土壤结构只对NH4＋-N有显著影响... 详细信息

采用田间小区试验,研究夏玉米/冬小麦轮作期间不同水氮处理对0～450 cm土壤N03--N、NH4＋-N和总N迁移累积的影响.结果表明,层状包气带土壤的质地和结构对水分、N03--N和总N在土层中的分布均有显著影响,而土壤结构只对NH4＋-N有显著影响.不同水氮处理对土壤N03--N、NH4＋-N和总N的直接影响深度分别为400、200和120 cm,间接影响深度都为400 cm.单次灌水量52.5 mm、单次施氮量195 kg/hm2的处理土壤N03--N在0～250 cm土层发生明显的迁移现象;而单次灌水量105 mm、单次施氮量大于等于130 kg/hm2的处理在0 ～ 400 cm土层发生明显的迁移现象.对于“壤土-砂土-壤土”结构的包气带土壤,土壤中N03--N、NH4＋-N和总N质量比从大到小为：380～450 cm壤土土层、0～ 120 cm壤土土层、120～380 cm砂土土层、380 ～ 450 cm特殊的壤土土层对水分和氮素的迁移起到了阻碍作用.建议当地种植夏玉米/冬小麦期间,单次灌水量为52.5 mm、施氮量为65 kg/hm2.

关键词：施氮量灌水量硝态氮铵态氮总氮迁移累积

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沟蚀发育的黄土坡面上秸秆覆盖防蚀效果研究

农业机械学报 2015年第8期46卷 130-137页

作者：徐锡蒙郑粉莉覃超吴红艳西北农林科技大学水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100

为评价玉米秸秆这一廉价资源的防蚀效果,利用人工模拟降雨试验,研究在黄土高原典型高强度侵蚀性降雨条件下,不同玉米秸秆覆盖方式（沟头缓冲带覆盖、沟内填充覆盖）及其组合对沟蚀发育黄土坡面侵蚀的防治效果。结果表明,对于有细沟和浅... 详细信息

为评价玉米秸秆这一廉价资源的防蚀效果,利用人工模拟降雨试验,研究在黄土高原典型高强度侵蚀性降雨条件下,不同玉米秸秆覆盖方式（沟头缓冲带覆盖、沟内填充覆盖）及其组合对沟蚀发育黄土坡面侵蚀的防治效果。结果表明,对于有细沟和浅沟发育的黄土坡面,不同方式秸秆覆盖可减少坡面侵蚀量8.3%-46.2%,降低径流含沙浓度19.1%-49.6%。其中浅沟沟头覆盖＋浅沟侵蚀带沟道全覆盖（H＋G）和浅沟沟头覆盖＋浅沟侵蚀带主沟道覆盖＋细沟沟头覆盖（H＋MG＋RH）2个处理的防蚀效果最佳,二者分别减少坡面侵蚀量45.0%和46.2%。秸秆覆盖通过改变坡面径流与侵蚀产沙量的关系而非减少径流量来减少坡面侵蚀量。不同方式的秸秆覆盖均可降低径流流速、减弱径流挟沙能力以及径流侵蚀力,进而减少坡面侵蚀量,其中,浅沟沟头秸秆缓冲带覆盖和浅沟沟槽内秸秆填充覆盖均可减小流速42.6%以上。比较2种覆盖方式,沟头缓冲带覆盖较沟内填充覆盖在减少侵蚀方面更有效。因此,在沟蚀发育的黄土坡面上,用玉米秸秆缓冲带覆盖侵蚀活跃的沟头部位可达到最优的防蚀效果。

关键词：玉米秸秆覆盖方式沟蚀黄土坡面人工模拟降雨

高地应力条件下地下厂房洞室群围岩的变形破坏特征及对策研究

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岩石力学与工程学报 2012年第2期31卷 228-244页

作者：张勇肖平西丁秀丽欧文兵卢波廖成刚董志宏中国水电工程顾问集团成都勘测设计研究院四川成都610072 长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室湖北武汉430010

依据官地水电站大型地下厂房洞室群地应力高、围岩坚硬、结构面发育等特点,在地应力特征、围岩结构特征分析的基础上,结合围岩变形监测成果和三维数值仿真分析成果,对洞室围岩变形破坏特征进行归纳总结,并系统提出高地应力条件下地下厂... 详细信息

依据官地水电站大型地下厂房洞室群地应力高、围岩坚硬、结构面发育等特点,在地应力特征、围岩结构特征分析的基础上,结合围岩变形监测成果和三维数值仿真分析成果,对洞室围岩变形破坏特征进行归纳总结,并系统提出高地应力条件下地下厂房洞室群的布置设计、开挖支护设计和施工对策。建议高地应力条件下,洞室纵轴线的选择应兼顾最大主应力方位和围岩主要结构面、采用较大的洞室间距和较大的顶拱矢跨比、采用合理的开挖方式和开挖顺序、适当提高喷混凝土强度等级、延时浇筑岩壁吊车梁和母线洞衬砌、合理确定锚索张拉力锁定值,对具备岩爆条件的洞室围岩先初喷50～60 mm厚的钢纤维混凝土后再实施系统锚杆和挂网喷混凝土层到设计厚度等。上述建议对于高地应力条件下类似地下厂房洞室群的设计与施工具有重要的指导意义和应用价值。

关键词：岩石力学地下厂房高地应力坚硬围岩变形特征破坏特征对策措施官地水电站

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降雨强度和坡度对细沟形态特征的综合影响

农业机械学报 2015年第7期46卷 162-170页

作者：沈海鸥郑粉莉温磊磊姜义亮卢嘉西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100

细沟的形态特征研究可揭示坡面侵蚀发生机理,且细沟形态对坡面径流和侵蚀有重要影响;而现有研究仅用细沟密度和细沟宽深比等指标来表征细沟形态,不能全面准确地反映细沟的形态特征。为此基于模拟降雨试验,研究降雨强度和坡度对黄土坡面... 详细信息

细沟的形态特征研究可揭示坡面侵蚀发生机理,且细沟形态对坡面径流和侵蚀有重要影响;而现有研究仅用细沟密度和细沟宽深比等指标来表征细沟形态,不能全面准确地反映细沟的形态特征。为此基于模拟降雨试验,研究降雨强度和坡度对黄土坡面细沟侵蚀和细沟形态特征的综合影响。试验处理包括3种黄土高原有代表性的侵蚀性降雨（50、75、100 mm/h）和3个细沟侵蚀发生最常见的坡度（10°、15°、20°）。试验结果表明,坡面侵蚀速率和细沟侵蚀速率均随着降雨强度和坡度的增加呈幂函数增加。试验条件下,细沟倾斜度介于16°-20°之间,随着降雨强度的增加而增大,随着坡度的增加而减小;细沟密度、细沟割裂度和细沟复杂度分别为0.74-1.95 m/m^2、0.08-0.17和1.09-1.38,三者皆随降雨强度和坡度的增加而增大;细沟宽深比为1.93-2.35,随着降雨强度和坡度的增加而减小。通过相关分析发现,细沟割裂度是评价细沟侵蚀和细沟形态的最优指标;研究降雨强度对细沟形态的影响时,建议优先选用细沟割裂度、细沟复杂度和细沟倾斜度指标;分析坡度对细沟形态的影响时,除选取细沟割裂度外,建议优先选用细沟密度和细沟宽深比指标。细沟横断面主要呈＂V形＂,随着降雨强度和坡度的增加,径流紊动性增强,细沟横断面变化趋于不规则,说明细沟横断面变化可以反映径流的变化特征,从而揭示细沟侵蚀发生机理。

关键词：细沟侵蚀降雨强度坡度细沟形态细沟横断面

模糊理论和神经网络预报河流冰期水温的比较研究

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水利学报 2013年第7期44卷 842-847页

作者：王涛杨开林郭新蕾付辉中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100038

冬季冰期水温的预报是冰情预报的基础。将基于自适应网络的模糊推理系统(ANFIS)和Levenberg-Marquardt算法改进的BP神经网络模型ANN应用到黄河冬季水温预报中,通过分析模型结构特性、水文数据及其相关预报因子的特点,确定模型合理的输... 详细信息

冬季冰期水温的预报是冰情预报的基础。将基于自适应网络的模糊推理系统(ANFIS)和Levenberg-Marquardt算法改进的BP神经网络模型ANN应用到黄河冬季水温预报中,通过分析模型结构特性、水文数据及其相关预报因子的特点,确定模型合理的输入参数。在ANFIS和ANN模型输入因子和预见期相同的条件下,预报黄河最北端三湖河口、头道拐、巴彦高勒3个水文站冬季结冰期的水温。两种模型预报结果的优劣通过确定性系数、均方根误差和相关系数3种参数的比较进行评定。通过12组参数预报结果的比较和特性评定,自适应网络的模糊推理系统预报结果均比神经网络模型预报结果好。研究表明:基于自适应网络的模糊推理系统这一新的理论能够适合冬季结冰期水温预报的特点,预报精度得到普遍的提高。

关键词： ANFIS ANN 冰情预报水温黄河

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雨滴打击对黄土坡面细沟侵蚀特征的影响

农业机械学报 2015年第8期46卷 104-112,89页

作者：沈海鸥郑粉莉温磊磊卢嘉姜义亮西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100

基于模拟降雨试验和纱网覆盖消除雨滴打击作用的试验方法，研究雨滴打击对黄土坡面细沟侵蚀特征的影响。试验包括 3 种黄土高原代表性的侵蚀性降雨（50、75 和 100 mm/h）和 3 个细沟侵蚀发生最常见的坡度（10°、15°和 20°）。结果... 详细信息

基于模拟降雨试验和纱网覆盖消除雨滴打击作用的试验方法，研究雨滴打击对黄土坡面细沟侵蚀特征的影响。试验包括 3 种黄土高原代表性的侵蚀性降雨（50、75 和 100 mm/h）和 3 个细沟侵蚀发生最常见的坡度（10°、15°和 20°）。结果表明，同有雨滴打击试验处理相比，纱网覆盖消除雨滴打击后，坡面径流稳定产流率和含沙量均明显减小；坡面侵蚀量和细沟侵蚀量分别减少 28.1%-47.7%和 20.2%-38.6%；而细沟侵蚀对坡面侵蚀的贡献率增加。消除雨滴打击后，坡度对细沟侵蚀的影响与有雨滴打击时相同，而降雨强度对细沟侵蚀的影响增加。有、无雨滴打击试验处理的细沟密度和割裂度均随着降雨强度和坡度的增加而增大；而细沟倾斜度的变化较为复杂，所以细沟密度和割裂度可作为描述细沟形态的最佳指标。试验结果还表明，雨滴打击对细沟沟槽形状也有间接影响，即消除雨滴打击后，细沟宽度和深度的变异程度减小，沟槽形状更为规则。同时，有雨滴打击试验处理的细沟宽深比随着坡度和降雨强度的增加而减小，而无雨滴打击试验处理的细沟宽深比随着坡度的增加而减小，随着降雨强度的增加呈微弱的增加趋势。

关键词：细沟侵蚀形态特征雨滴打击模拟降雨黄土坡面