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基于可解释GWO-XGBoost的隧道挤压预测研究

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水利水电技术(中英文) 2024年

作者：李占科许正魁王艳宁王昆贾运甫车璇关鹏中国水利水电第四工程局有限公司天津市政工程设计研究总院有限公司中国水电建设集团十五工程局有限公司新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司中国地质大学(武汉)

【目的】为了实现对隧道挤压的准确预测，【方法】构建了XGBoost分类预测模型，利用灰狼优化算法（GWO）对XGBoost模型进行超参数优化，基于经过插补和过采样处理的不平衡缺失数据集进行模型的训练和测试。模型的输入特征为隧道埋深（H... 详细信息

【目的】为了实现对隧道挤压的准确预测，【方法】构建了XGBoost分类预测模型，利用灰狼优化算法（GWO）对XGBoost模型进行超参数优化，基于经过插补和过采样处理的不平衡缺失数据集进行模型的训练和测试。模型的输入特征为隧道埋深（H）、岩石掘进质量指数（Q）、隧道直径（D）、强度应力比（SSR）和支护刚度（K），评价指标为准确率（ACC）、F1分数、Kappa系数和Matthews相关系数（MCC）。【结果】所构建的GWO-XGBoost模型在训练集和测试集上预测准确率均达到了98.94%，在测试集上的评价指标累计值达到了5.9131，展现出了优越的预测性能。SSR、D、K、Q和H的平均Shapley可加性解释（Shapley Additive exPlanation， SHAP）值分别为3.06、1.07、0.82、0.73和0.51，表明SSR是对模型输出结果影响最大的特征。【结论】GWO-XGBoost模型在互助北山隧道和木寨岭隧道的挤压预测结果与实际情况相符，证明了该模型在隧道工程中具有较高的适用性和预测准确性。

关键词：隧道挤压预测 XGBoost 灰狼优化算法模型解释缺失数据集

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新疆中型水库投资效益分析与建议

水利技术监督 2024年第6期 140-144页

作者：郑玮洪良鹏李江新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司新疆乌鲁木齐830000 新疆塔里木河流域管理局新疆库尔勒841000

为科学规划水库工程,实现水库效益最大化,文章以新疆新建28座典型中型水库为例,分析了水库工程建设投资情况与工程效益。结果表明:随着水库最大坝高和总库容的增加,水库单方库容投资均呈减少趋势;水库单方库容投资随着年代的递增也不断... 详细信息

为科学规划水库工程,实现水库效益最大化,文章以新疆新建28座典型中型水库为例,分析了水库工程建设投资情况与工程效益。结果表明:随着水库最大坝高和总库容的增加,水库单方库容投资均呈减少趋势;水库单方库容投资随着年代的递增也不断提高;除水库库容系数外,南疆地区的总库容、最大坝高、单方库容投资均高于东疆、北疆两个地区;水库工程的建设对于灌溉、防洪、发电等多个方面均有重要作用。最后,立足于新疆现状存在的气候变化对流域径流影响大、水库调蓄能力不足、水库淤积、防洪体系不完善、水库管理体系落后、水库群联合调度难度大等问题提出了几点思考建议,为后续水库规划与修建提供技术参考。

关键词：中型水库投资效益建议新疆

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新疆洪水灾害风险区划编制实践与思考

水利规划与设计 2024年第3期 19-23页

作者：牛芳鹏张江辉白云岗卢震林曹彪新疆水利水电科学研究院新疆乌鲁木齐830049

新疆洪水灾害风险区划研究是全国水旱灾害风险普查工作的重要组成部分,也是防洪减灾非工程措施之一。以新疆地区为研究对象,阐述了洪水灾害风险评估与区划研究的体系,并实现了对新疆洪水风险的定量评估。研究表明,新疆洪水灾害极高、高... 详细信息

新疆洪水灾害风险区划研究是全国水旱灾害风险普查工作的重要组成部分,也是防洪减灾非工程措施之一。以新疆地区为研究对象,阐述了洪水灾害风险评估与区划研究的体系,并实现了对新疆洪水风险的定量评估。研究表明,新疆洪水灾害极高、高、中风险区域面积分别为5414.99、3463.81、8753.72km^(2),主要江河防洪区一级、二级重点防治区面积分别为2194.07、5203.82km^(2),山地洪水重点防治区面积13650.93km2。基于新疆洪水风险区划的应用情况,提出了该领域实践中存在的问题,为推进洪水灾害防治工作提供了技术支持和参考。

关键词：洪水灾害风险区划防治区划新疆

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生产建设项目水土保持后续设计探讨

江西水利科技 2024年第3期50卷 218-221页

作者：詹晓群中铁水利水电规划设计集团江西南昌330029

生产建设项目水土保持后续设计深度不足,导致水土保持措施难以实施和水土保持设施验收困难,成为当前水土保持管理工作亟待解决的问题。本文探讨水土保持后续设计内容和相关技术要求,保障水土保持措施有效实施和竣工验收顺利开展,为进一... 详细信息

生产建设项目水土保持后续设计深度不足,导致水土保持措施难以实施和水土保持设施验收困难,成为当前水土保持管理工作亟待解决的问题。本文探讨水土保持后续设计内容和相关技术要求,保障水土保持措施有效实施和竣工验收顺利开展,为进一步实现水土保持监督管理向“全严准”转变,促进社会经济和生态环境保护协同发展提供依据。

关键词：水土流失水土保持后续设计

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三峡运行对荆江三口径流及生态效应影响研究

长江科学院院报 2024年

作者：曹艳敏王崇宇黎小东裴煊铭杨怡冯萱湖南城市学院土木工程学院湖南省水务规划设计院有限公司湖南省水利水电勘测设计规划研究总院有限公司

为评价三峡运行过程对荆江三口径流及生态效应的影响特征。本研究以荆江三口5个主要水文控制站新江口、沙道观、弥陀寺、康家岗和管家铺1988～2020年逐日流量数据为基础，通过流量历时曲线（FDC）计算生态剩余和生态赤字指标，并计算整... 详细信息

为评价三峡运行过程对荆江三口径流及生态效应的影响特征。本研究以荆江三口5个主要水文控制站新江口、沙道观、弥陀寺、康家岗和管家铺1988～2020年逐日流量数据为基础，通过流量历时曲线（FDC）计算生态剩余和生态赤字指标，并计算整体水文变异度D0，以此评价荆江三口生态径流和水文变化特征。研究结果表明：（1）三峡运行后，荆江三口汇入洞庭湖流量中松滋口占比持续提升，藕池口、太平口占比持续下降；全年和汛期流量藕池口和太平口下降趋势显著；枯水期，松滋口流量增至三峡运行前的2.5倍。（2）康家岗站平均断流天数比三峡运行前增加30.88天，呈增加趋势，弥陀寺减少21.62天，呈减少趋势。（3）三峡运行后FDC曲线整体下降，尤其上部下降明显，高流量量级和次数大幅度降低；除松滋口的新江口站FDC低流量区域超过三峡运行前，其他站高流量和低流量无法完全覆盖三峡运行前高、低流量出现区域。（4）由于藕池口汇入洞庭湖流量中康家岗占比持续减少，管家铺占比持续增长，2003～2020年康家岗站和管家铺站持续发生生态赤字和生态剩余。（5）三峡蓄水试运行（2003～2008年）和三峡试运行后（2009～2020年）松滋口的新江口站改变度达到66.68%和72.46%，为高度改变，其余控制站为中度改变。三峡运行导致荆江三口部分地区长期出现生态赤字或生态剩余，不利于河流生态系统，建议流域管理者加强对同一口不同分支分流比的监控，并开展相应生态影响治理工作。

关键词：三峡运行荆江三口生态剩余生态赤字

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TBM卡机防控脱困方案智能决策方法研究

水利规划与设计 2024年第4期 66-71页

作者：边策杨凡刘志明吴剑疆池建军刘进水利部水利水电规划设计总院北京100120 中水北方勘测设计研究有限责任公司天津430015 新疆水利发展投资(集团)有限公司新疆乌鲁木齐831499

目前深埋长输水隧洞中硬岩掘进机(TBM)卡机防控脱困方案决策过程受卡机机理复杂性、围岩-护盾相互作用全过程监测困难性及人为主观经验等因素影响,导致决策结果的有效性、经济性和及时性有待提高。针对上述技术难题,基于构建的TBM卡机... 详细信息

目前深埋长输水隧洞中硬岩掘进机(TBM)卡机防控脱困方案决策过程受卡机机理复杂性、围岩-护盾相互作用全过程监测困难性及人为主观经验等因素影响,导致决策结果的有效性、经济性和及时性有待提高。针对上述技术难题,基于构建的TBM卡机案例库数据,尝试采用支持向量机分类(SVM)方法,预测TBM卡机致灾模式和风险,继尔采取相应预防措施。同时,基于案例推理(CBR)方法,对卡机后脱困方案进行科学决策。智能决策方法应用于新疆某输水工程隧洞关键洞段施工中,准确预测了TBM卡机风险,并提前采取防控措施,避免了卡机事故的发生。同时针对已发生卡机的洞段,决策推荐了卡机脱困处理方案,与现场实际采取的脱困方案一致,有效降低了脱困处理工程费用,并缩短了处理时间。

关键词：隧道掘进机(TBM)卡机防控脱困方案决策支持向量机案例推理

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微膨胀对人工骨料自密实混凝土性能影响研究

水利规划与设计 2024年第7期 92-96页

作者：程宁宁杨桂权王怀义王显旭新疆水利水电科学研究院新疆乌鲁木齐830049 新疆水利水电材料工程技术研究中心新疆乌鲁木齐830049

文章结合新疆水利工程建设,从混凝土配合比优化设计的角度探究微膨胀对人工骨料自密实混凝土性能的影响。结果表明:掺膨胀剂自密实混凝土早期强度略有增强;在300次冻融循环后,掺膨胀剂的自密实混凝土性能优于未掺膨胀剂的自密实混凝土;... 详细信息

文章结合新疆水利工程建设,从混凝土配合比优化设计的角度探究微膨胀对人工骨料自密实混凝土性能的影响。结果表明:掺膨胀剂自密实混凝土早期强度略有增强;在300次冻融循环后,掺膨胀剂的自密实混凝土性能优于未掺膨胀剂的自密实混凝土;膨胀剂在水化干燥收缩期间发生一定程度的膨胀,能抑制混凝土早期的收缩开裂,进而避免或减少混凝土裂缝的产生,提高混凝土的耐久性,以保证自密实混凝土的施工性能和结构性能。

关键词：微膨胀自密实混凝土耐久性早期抗裂

克里雅河流域平原区土地利用类型时空演化规律及驱动因素分析

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水利规划与设计 2024年第5期 84-89,120页

作者：王友年新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司新疆乌鲁木齐830000

为推动克里雅河流域土地资源的合理开发利用及绿洲湿地保护,在基于研究区30年土地覆被类型数据的基础上,分析区域土地利用类型的时空演化规律及影响因素。结果表明:近年来研究区耕地及建设用地呈增加趋势,林草地呈先减后增趋势,水域及... 详细信息

为推动克里雅河流域土地资源的合理开发利用及绿洲湿地保护,在基于研究区30年土地覆被类型数据的基础上,分析区域土地利用类型的时空演化规律及影响因素。结果表明:近年来研究区耕地及建设用地呈增加趋势,林草地呈先减后增趋势,水域及未利用地呈减少趋势;各类型土地转变频繁,其中草地和未利用地面积转变最多,建设用地转变最少;2000年后区域生态环境有所改善,荒漠化进程变缓;流域各土地利用类型的转变均主要受区域经济社会发展及人口变化的影响。克里雅河流域在今后应持续加强生态保护与修复,提高用水效率,以期实现区域荒漠和绿洲平衡共存。

关键词：土地利用转变规律驱动因素克里雅河

某深埋TBM隧道断层破碎带卡机原因分析及治理方案

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水利规划与设计 2024年第1期 131-136页

作者：路强新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司新疆乌鲁木齐830000

文章针对某深埋TBM隧洞穿越断层破碎带时刀盘卡机问题,分析了3次TBM卡机的主要原因,提出了超前地质预报和治理方案的综合防治方法。结果表明,断层破碎带岩体条件、结构面特征以及地下水是导致卡机的主要原因。采用超前地质预报获取隧道... 详细信息

文章针对某深埋TBM隧洞穿越断层破碎带时刀盘卡机问题,分析了3次TBM卡机的主要原因,提出了超前地质预报和治理方案的综合防治方法。结果表明,断层破碎带岩体条件、结构面特征以及地下水是导致卡机的主要原因。采用超前地质预报获取隧道围岩地质条件,确定塌方区域及范围,采用固结灌浆等手段提高围岩稳定性,保证TBM顺利通过不良地质段,结果表明该方法能够有效提高围岩稳定性,提高TBM卡机处理效率。研究成果能够为相近工程TBM通过断层破碎带提供参考。

关键词：断层破碎带 TBM卡机治理方案深埋TBM隧洞