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改进一维卷积神经网络的隧道围岩收敛变形分级预测

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应用基础与工程科学学报 2024年第1期32卷 145-159页

作者：吴浩陈运涛朱赵辉李秀文岳强中国水利水电科学研究院北京100048 中交天津港湾工程研究院有限公司天津300222 山东农业大学水利土木工程学院山东泰安271018

隧道围岩收敛变化是认识围岩和支护结构动态作用及其时空演变机理的前提,变形分级准确预测是对围岩稳定性和支护结构有效性评估的重要基础.本文提出了改进一维卷积和支持向量机融合深度网络的隧道收敛变形分级预报模型.根据围岩变形的... 详细信息

隧道围岩收敛变化是认识围岩和支护结构动态作用及其时空演变机理的前提,变形分级准确预测是对围岩稳定性和支护结构有效性评估的重要基础.本文提出了改进一维卷积和支持向量机融合深度网络的隧道收敛变形分级预报模型.根据围岩变形的主要影响因素和特征类型,选取强度应力比、隧道埋深、隧道等效直径、支护刚度和岩体质量指标,建立了变形等级的识别框架.收集了159组国内外经典的隧道收敛变形实例数据,采用全局均值池化层和支持向量机改进传统卷积神经网络中全连接层和Softmax层进行等级分类,利用改进的一维卷积神经网络自动提取隧道变形的隐含典型特征.运用衰减学习率和Dropout正则化深度学习训练技巧,防止模型出现过拟合.与其他方法的结果对比,证明了该方法有着更好的准确率和鲁棒性,模型完全利用数据驱动实现有限数据集的深层复杂且微妙关系学习.应用于多雄拉公路隧道的围岩收敛变形分级预测,预测结果与现场实际一致,进一步验证了方法的准确性和适用性.研究结果有利于提高隧道收敛变形预测的理论水平和可靠性,为类似工程提供参考.

关键词：隧道工程收敛变形预测深度学习改进一维卷积神经网络

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贫数据小型水利工程结构安全分析

高压水道钢筋混凝土夹心钢板衬砌研发与性能验证

水利水电技术(中英文) 2024年第S1期 73-77页

作者：吴浩吕玮张峰中国水利水电科学研究院河海大学力学与材料学院

我国小型水库数量多，溃坝多发，运行风险大。为了保障水库的安全稳定运行，有必要对小型水库的结构安全分析和评估进行深入研究。由于小型水库大多建于20世纪50—70年代，各类工程资料匮乏，难以进行结构安全分析工作。以北京地区一小... 详细信息

我国小型水库数量多，溃坝多发，运行风险大。为了保障水库的安全稳定运行，有必要对小型水库的结构安全分析和评估进行深入研究。由于小型水库大多建于20世纪50—70年代，各类工程资料匮乏，难以进行结构安全分析工作。以北京地区一小型拱坝为例，采用地面三维激光扫描测绘技术对大坝进行扫描，将所得点云数据集进行编辑、配准、拼接处理，生成三维模型导入有限元分析计算软件进行结构稳定分析。坝体建模网格及单元划分质量高，满足计算精度的要求，分析计算成果与客观规律一致，这为资料匮乏的小型水利工程结构安全分析提供了一种新思路。

关键词：资料匮乏小型水利工程三维激光扫描有限元计算

来源：评论

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水利学报 2024年第3期55卷 336-343页

作者：裴江荣汪小刚魏小令刘和艺陈天楠刘立鹏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 四川华能泸定水电有限公司四川成都610072

针对高压水道中钢筋混凝土衬砌内水外渗以及钢板衬砌易于溃屈问题,研发了一种高压水道钢筋混凝土夹心钢板衬砌,主要由内层钢筋混凝土-钢板-外层钢筋混凝土组成。为验证新型衬砌性能,进行了高内外水交替作用下模型试验,研究衬砌变形受力... 详细信息

针对高压水道中钢筋混凝土衬砌内水外渗以及钢板衬砌易于溃屈问题,研发了一种高压水道钢筋混凝土夹心钢板衬砌,主要由内层钢筋混凝土-钢板-外层钢筋混凝土组成。为验证新型衬砌性能,进行了高内外水交替作用下模型试验,研究衬砌变形受力及荷载分担变化情况。结果表明:外水压力作用下衬砌处于受压状态,各部分荷载分担比较为固定,钢板部分所受压应力仅为1.47 MPa,远低于临界应力20.25 MPa,失稳溃屈的风险极小;内水压力作用下衬砌处于受拉状态,随着内水压力的增加,内层混凝土会先于外层混凝土开裂,未开裂前衬砌各部分荷载分担比基本固定;开裂后混凝土部分分担荷载降低、钢板与围岩所分担荷载增加,钢板所受拉应力为28.01 MPa,远低于其极限强度。相较于传统衬砌,新型衬砌结构在高压水道环境下具有更优越的性能。

关键词：钢筋混凝土夹心钢板衬砌内外水压力荷载分担比

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长江黄河源区水土资源生态承载力耦合协调度分析

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测绘科学 2024年第6期49卷 188-202页

作者：龙明伟赵娜娜赵财胜宋建新孙文洁中国矿业大学(北京) 北京100083 自然资源部国土整治中心(自然资源部土地科技创新中心) 北京100035 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 自然资源部土地整治重点实验室北京100035

针对长江黄河源区水土资源发展和可持续利用问题,该文基于水土资源生态足迹模型和耦合协调度模型,分析了长江黄河源区2010—2021年水土资源的匹配状况,评估了水土资源可持续发展状态及水土资源承载力耦合协调状态。结果表明:2010—2021... 详细信息

针对长江黄河源区水土资源发展和可持续利用问题,该文基于水土资源生态足迹模型和耦合协调度模型,分析了长江黄河源区2010—2021年水土资源的匹配状况,评估了水土资源可持续发展状态及水土资源承载力耦合协调状态。结果表明:2010—2021年研究区的水土资源匹配状态极差,基尼系数虽然逐渐减小,但仍未达到理想状态;水资源处于可持续发展的状态,生态足迹呈现下降趋势,承载力呈上升趋势;土地资源则处于不可持续发展状态,生态足迹和承载力均呈现下降趋势;水土资源耦合协调状态极差,由于土地资源承载力发展滞后水土资源承载力发展处于失调状态。总体上,长江黄河源区的水土资源状态较差,可持续利用形势严峻,提高源区水土资源的生态承载力,实现水土资源可持续发展,对维护水安全、生态安全至关重要。

关键词：水土资源匹配水资源土地资源基尼系数生态足迹耦合协调度

基于深度学习和信号分解的北方寒区河流开河日期预报

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水利学报 2024年第5期55卷 577-585页

作者：丁红王伟泽杨泽凡刘欢胡鹏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 西安理工大学土木建筑工程学院陕西西安710048

中国北方寒区河流春季开河时易产生冰凌现象,威胁涉河水工建筑物的安全。准确地预测寒区河流开河日期可为防凌指挥、调度决策提供重要参考依据。本文基于中国北方典型寒区-黑龙江省的5个代表水文站近60年的历史开河日期序列,采用完全自... 详细信息

中国北方寒区河流春季开河时易产生冰凌现象,威胁涉河水工建筑物的安全。准确地预测寒区河流开河日期可为防凌指挥、调度决策提供重要参考依据。本文基于中国北方典型寒区-黑龙江省的5个代表水文站近60年的历史开河日期序列,采用完全自适应集合经验模态分解(CEEMDAN)技术和深度学习长短期记忆模型(LSTM)方法构建河流开河日期预报的耦合模型,以期提高河流开河日期预报的精度。结果表明:本研究构建的开河日期预报耦合模型(CEEMDAN-LSTM)预测精度明显优于单一深度学习方法(LSTM)计算结果;与LSTM相比,CEEMDAN-LSTM可将开河日期预报的平均绝对误差从2.51 d降低至1.20 d,合格率从91.59%提高至100%。验证期平均绝对误差从3.85 d降低至1.65 d,合格率从88%提高至96%。因此,所构建的开河日期预报耦合模型具有较高的预报精度,可为我国北方寒区春季防凌指挥和调度提供技术支持。

关键词：河流开河日期信号分解技术深度学习预报方法北方寒区

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基于可解释机器学习的青藏高原草地物候变化多因素影响分析

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环境科学 2024年第6期45卷 3375-3388页

作者：刘慧文刘欢胡鹏彭辉王硕中国海洋大学环境科学与工程学院青岛266100 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 中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室青岛266100 中国海洋大学海洋环境地质工程山东省重点实验室青岛266100

气候变化背景下,青藏高原植被物候发生显著改变.然而,影响物候的水热因素众多,目前较少有研究关注多因素对青藏高原物候的影响效应,导致对青藏高原物候变化机制认识不足.为此,研究通过遥感数据解译,在对2002~2021年青藏高原草地物候时... 详细信息

气候变化背景下,青藏高原植被物候发生显著改变.然而,影响物候的水热因素众多,目前较少有研究关注多因素对青藏高原物候的影响效应,导致对青藏高原物候变化机制认识不足.为此,研究通过遥感数据解译,在对2002~2021年青藏高原草地物候时空变化特征分析的基础上,聚焦降水、气温、海拔和土壤等多方面,利用可解释机器学习方法(SHAP)揭示物候变化的主导因素,并量化分析多因素对物候的交互影响.结果表明:①青藏高原分别有56.32%、67.65%和65.50%的草地表现出生长季开始时间(SOS)提前、生长季结束时间(EOS)延迟和生长季长度(LOS)延长趋势;②青藏高原草地SOS和LOS主要受水分条件影响,3月0~10 cm土壤水分对SOS提前和LOS延长起促进作用的范围分别在10~25 kg·m^(-2)和15~25 kg·m^(-2)之间,峰值分别在20 kg·m^(-2)和18 kg·m^(-2)左右;EOS则主要受温度影响,9月和10月温度越高对EOS延迟促进作用越强,并分别在高于8℃和-0.5℃时达到峰值;③水热等因素对物候的影响存在非线性交互效应,3月0~10 cm土壤水分达到20 kg·m^(-2)后,更有利于低降水和低海拔地区SOS提前;10月温度高于0℃后较好的水分条件更有利于EOS延迟;3月0~10 cm土壤水分在12~22 kg·m^(-2)之间时,高降水地区LOS更长.研究表明,可解释机器学习方法可为物候变化的多因素影响定量分析提供一种新的方法.

关键词：青藏高原草地物候时空变化极限梯度提升(XGBoost) SHAP 交互影响

基于源荷储灵活资源协同的电热综合能源系统实验平台

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实验室研究与探索 2024年第7期43卷 69-75页

作者：张亚超朱蜀林俊杰福州大学电气工程与自动化学院福州350108 国网湖南省电力有限公司调度控制中心长沙410004

当前能源转型背景下,发展综合能源系统是实现“碳达峰、碳中和”以及新型电力系统建设目标的重要途径。针对含多元化灵活资源的电热耦合系统,提出考虑“源-荷-储”协同的电热综合能源系统实验平台构建方案。设计考虑热电联产机组、电制... 详细信息

当前能源转型背景下,发展综合能源系统是实现“碳达峰、碳中和”以及新型电力系统建设目标的重要途径。针对含多元化灵活资源的电热耦合系统,提出考虑“源-荷-储”协同的电热综合能源系统实验平台构建方案。设计考虑热电联产机组、电制热装置、蓄热罐以及电/热需求响应协同优化调度的实验案例,探讨实验平台在基础教学和拓展科研方面的用途。实验平台的建设为电气工程专业学生参与项目训练和创新实践类活动提供了重要的实践平台,有助于激发科研人员的探索性、创新性思维,促进理论研究和实验仿真的有机结合与良性循环,为综合能源系统领域的研究提供有力支撑。

关键词：源荷储协同实验平台综合能源系统电热需求响应

定量评估气候变化和人类活动对澜沧江流域植被动态的影响

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水利水电技术(中英文) 2024年

作者：袁泽申程瑶武金坤连曦河北工程大学水利水电学院河北工程大学水资源智慧调控与综合管理省部共建协同创新中心

【目的】植被对水沙平衡、生源要素交换、生态系统稳定性等方面具有重要影响。澜沧江是中国西南地区重要的水利工程和水资源调节中心，其植被动态事关流域防洪安全、供水安全和生态安全。【方法】以澜沧江流域为研究区域，利用1998—202... 详细信息

【目的】植被对水沙平衡、生源要素交换、生态系统稳定性等方面具有重要影响。澜沧江是中国西南地区重要的水利工程和水资源调节中心，其植被动态事关流域防洪安全、供水安全和生态安全。【方法】以澜沧江流域为研究区域，利用1998—2020年时间序列气象、归一化植被指数NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)等数据，结合Mann-Kendall趋势检验和Sen’s Slope斜率估计，分析了澜沧江流域植被动态的时空变化差异，并采用偏最小二乘法结构方程模型定量评估气候变化和人类活动对澜沧江流域植被动态的影响。【结果】1998—2020年期间，澜沧江流域NDVI生长季年变化速率为0.0042/a，呈显著增长趋势，其中青海和西藏段变化速率为0.002/a，云南段为0.0053/a。流域内植被明显改善的区域占比高于40%，严重退化的区域占比低于5%，春、夏、秋三季NDVI也均呈现显著增长，其中春季增长最快，夏季增长最慢；青海和西藏段增长速率最快的季节为夏季，春季的增长速率最低；云南段增长速率最快季节为春季与秋季，夏季增长速率相对最低；地形因素对植被的平均影响量为-0.085，人类活动对植被的平均影响量为0.009，气候因素对植被的平均影响量为0.451。【结论】气温目前是影响研究区植被生长的主要气候因子，人类活动对植被动态的影响较为微弱，地形因素通过调节气候因素间接影响植被生长。

关键词：降水气温人类活动归一化植被指数澜沧江流域偏最小二乘法结构方程模型

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土的级配特征与连续级配方程研究

水利学报 2024年第5期55卷 597-606页

作者：樊书抗杨正权朱凯斌赵艺颖刘小生赵剑明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

级配显著影响着土的工程力学特性,深入研究土的级配特征并建立级配方程将其定量表达,对于土的物理力学性质分析与工程应用至关重要。通过分析不同粒组含量分布态势下土的级配特征,确定了连续级配土级配曲线的基本形态。基于Burr分布,提... 详细信息

级配显著影响着土的工程力学特性,深入研究土的级配特征并建立级配方程将其定量表达,对于土的物理力学性质分析与工程应用至关重要。通过分析不同粒组含量分布态势下土的级配特征,确定了连续级配土级配曲线的基本形态。基于Burr分布,提出了一个适用于各类连续级配土的连续级配方程,对级配方程特征参数和级配曲线形态的关系进行定量分析,并利用实际工程数据验证了该连续级配方程的广泛适用性。研究表明:土的粒组含量分布态势和级配曲线形态有很好的对应关系,连续级配曲线存在近似直线形、双曲线形、上凸形和反S形等4种基本形态;提出的连续级配方程可以很好地描述连续级配曲线的4种基本形态;通过连续级配方程特征参数分析,可以定量判断土的级配曲线形态和级配优劣情况;连续级配方程对天然砂砾料和人工爆破堆石料等粗粒土,以及覆盖层天然砂土、粉土和黏土等细粒土,均能够很好地描述它们的级配特征。

关键词：连续级配土级配曲线连续级配方程适用性验证

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