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上游来水来沙与洞庭湖入汇顶托对荆江河段冲淤的影响

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水科学进展 2024年第3期35卷 485-495页

作者：尚海鑫胡春宏夏军强周美蓉武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室湖北武汉430072 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京100048

三峡工程运用后荆江河段处于持续冲刷状态,分析上游来水来沙与洞庭湖入汇顶托对荆江河段冲淤的影响,对掌握坝下游河道演变规律具有重要意义。本研究基于2003—2020年荆江河段实测水沙及冲淤量资料,建立河段累计冲淤量与河段上下游边界... 详细信息

三峡工程运用后荆江河段处于持续冲刷状态,分析上游来水来沙与洞庭湖入汇顶托对荆江河段冲淤的影响,对掌握坝下游河道演变规律具有重要意义。本研究基于2003—2020年荆江河段实测水沙及冲淤量资料,建立河段累计冲淤量与河段上下游边界条件之间的函数关系,并重点分析顶托作用对荆江河段冲淤的影响。结果表明:(1)荆江河段累计冲淤量与河段进口水流冲刷强度呈正相关,与进出口水位落差呈负相关,河段冲淤过程是二者共同作用的结果;(2)建立进口水流冲刷强度、进出口水位落差与荆江河段累计冲淤量的函数关系,能较好反映上下游边界条件对河段冲淤过程的影响(R^(2)>0.92);(3) 2003—2020年荆江河段累计冲刷量为12.3亿m^(3),在假设无洞庭湖入汇顶托的情况下比实测值增加0.67亿m^(3),即入汇顶托能使荆江河段冲刷量减少约5%;同期上、下荆江累计冲刷量分别为7.3亿和5.0亿m^(3),入汇顶托能使冲刷量分别减少约1%和16%。洞庭湖入汇顶托会导致荆江河段的冲刷量减少,对下荆江冲淤影响更显著。

关键词：顶托作用河床冲淤水流冲刷强度洞庭湖入汇荆江河段

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汛期与非汛期水沙条件对黄河下游不同河段过流能力的影响

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水科学进展 2024年第4期35卷 617-628页

作者：曹玉芹夏军强周美蓉程亦菲陈建国武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室湖北武汉430072 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

20世纪80年代以来黄河下游水沙输移特性显著改变,下游河道经历强来沙作用下的持续淤积与小浪底水库调控下的持续冲刷过程。基于黄河下游1986—2020年实测水沙数据与固定断面地形,计算了河段尺度的平滩流量,量化了汛期与非汛期水沙过程... 详细信息

20世纪80年代以来黄河下游水沙输移特性显著改变,下游河道经历强来沙作用下的持续淤积与小浪底水库调控下的持续冲刷过程。基于黄河下游1986—2020年实测水沙数据与固定断面地形,计算了河段尺度的平滩流量,量化了汛期与非汛期水沙过程对各河段过流能力的相对贡献。结果表明:①小浪底枢纽运行前水流冲刷强度随时间减弱,下游河道呈汛期淤积、非汛期冲刷的整体淤积态势,平滩流量持续减小,最小过流能力小于2000 m^(3)/s。②小浪底枢纽运行后水流冲刷强度显著增大,尤其在非汛期,对河床冲刷产生重要影响;各河段过流能力显著恢复,其中游荡段恢复最为迅速。③各河段平滩流量与前5 a汛期、非汛期平均水流冲刷强度呈良好的幂律关系,该关系能较好地反映汛期与非汛期累积水沙过程对过流能力的综合影响。④小浪底枢纽运行后,非汛期水沙条件对平滩流量的贡献率增大,尤其是对游荡段具有重要影响(占比53%),对过渡段与弯曲段贡献则较小(占比不到20%)。

关键词：平滩流量水沙条件非汛期汛期不同河型黄河下游

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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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黄河下游平滩流量的模拟方法

水利学报 2024年第7期55卷 791-801页

作者：吴保生沈逸马子普郑珊清华大学水圈科学与水利工程全国重点实验室北京100084 清华大学水利部水圈科学重点实验室北京100084 清华大学水利水电工程系北京100084 天津大学建筑工程学院天津300072

在黄河流域水沙变异背景下,准确计算黄河下游平滩流量对于河道冲淤趋势预测与悬河治理十分重要。本文在比较分析已有多个黄河下游平滩流量计算方法基础上,首先建立了考虑非汛期水沙条件影响的平滩流量滞后响应模型,再提出了基于滞后响... 详细信息

在黄河流域水沙变异背景下,准确计算黄河下游平滩流量对于河道冲淤趋势预测与悬河治理十分重要。本文在比较分析已有多个黄河下游平滩流量计算方法基础上,首先建立了考虑非汛期水沙条件影响的平滩流量滞后响应模型,再提出了基于滞后响应模型和能量法的平滩流量模拟方法,结果表明:(1)小浪底运行后非汛期水沙条件发生了重要改变,已有研究提出的三种黄河下游平滩流量计算方法中,滑动平均法、滞后响应模型、能量法均无法有效模拟2000年后的黄河下游河道平滩流量。(2)建立了考虑非汛期水沙条件影响的滞后响应模型,以反映小浪底水库运行以来非汛期来水来沙条件的影响,虽然提高了平滩流量的模拟精度,但平滩流量平衡值的计算公式中部分参数差异较大,结构形式不稳定。(3)借鉴能量法的优点,改进了平滩流量平衡值计算公式,改进后的平滩流量计算方法不仅可反映全年来水来沙的影响,而且可同时反映以床沙中值粒径为代表的床面阻力的影响,新方法不仅具有一定的理论基础,而且提高了平滩流量的模拟精度。

关键词：黄河下游平滩流量来水来沙床沙中值粒径滞后响应能量法

秸秆复合管地下灌溉对冬小麦生长与水分利用效率的影响

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节水灌溉 2024年第3期 50-55,67页

作者：仵峰刘林宝宰松梅魏焕宇李欣刘丹婷华北水利水电大学水资源学院郑州450046 华北水利水电大学水利学院郑州450046 河南省节水农业重点实验室郑州450046

为了推进秸秆复合管地下灌溉技术的应用,以冬小麦为供试作物,通过田间试验,研究了秸秆复合管地下灌溉对冬小麦生长及水分利用效率的影响。结果表明,与无灌溉对照相比,秸秆复合管地下灌溉、地表滴灌和地下滴灌对冬小麦的生长与产量的提... 详细信息

为了推进秸秆复合管地下灌溉技术的应用,以冬小麦为供试作物,通过田间试验,研究了秸秆复合管地下灌溉对冬小麦生长及水分利用效率的影响。结果表明,与无灌溉对照相比,秸秆复合管地下灌溉、地表滴灌和地下滴灌对冬小麦的生长与产量的提升均有促进作用,其中秸秆复合管地下灌溉的提升效果最显著。与地表滴灌相比,秸秆复合管地下灌溉显著提升了冬小麦起身期至抽穗期的株高、开花期之后的叶面积指数及地上干物质量,冬小麦穗长和穗粒数分别增加了5.84%和9.23%,产量提升了15.55%,水分利用效率与灌溉水利用效率分别提高了21.88%与15.55%,净收益提高了77.95%。与地下滴灌相比,秸秆复合管地下灌溉提高了冬小麦返青期后的株高、叶面积指数与开花期后的地上干物质量,冬小麦穗长和穗粒数分别增加了5.15%和9.8%,产量提高了5.11%,水分利用效率与灌溉水利用效率分别提高了8.81%与5.11%,净收益提升了23.53%。秸秆复合管地下灌溉有助于促进拔节期以后冬小麦生长,提高冬小麦的产量与水分利用效率,经济效益较高,在补充灌溉区对大田密植作物具有较好的推广应用前景。

关键词：秸秆复合管地下灌溉灌溉方式冬小麦生长指标水分利用效率

索风营水电站Dr2岩质边坡渐进破坏全过程数值模拟

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工程科学与技术 2024年

作者：毛佳王舒鹤邵琳玉赵兰浩周秋景河海大学水利水电学院河海大学水利部水循环与水动力系统重点实验室中国水利水电科学研究院水利部水工程建设与安全重点实验室

将有限单元法（FEM）和可变形圆化多边形离散单元法（DSDEM）相耦合，提出了模拟滑坡运动过程的FEM-DSDEM数值模拟方法。该方法用有限单元法模拟基岩，用可变形圆化多边形离散单元法模拟滑坡体，引入虚拟裂缝模型和Mohr-Coulomb准则模... 详细信息

将有限单元法（FEM）和可变形圆化多边形离散单元法（DSDEM）相耦合，提出了模拟滑坡运动过程的FEM-DSDEM数值模拟方法。该方法用有限单元法模拟基岩，用可变形圆化多边形离散单元法模拟滑坡体，引入虚拟裂缝模型和Mohr-Coulomb准则模拟滑坡体的破碎与剪切破坏等连续到非连续状态的转化，在截断边界上施加粘弹性人工边界，实现地震作用下滑坡体连续-非连续渐进演化过程的数值模拟。利用巴西圆盘试验和四点弯曲梁冲击试验验证了FEM-DSDEM数值模拟方法反映材料连续-非连续演化过程的可行性和准确性。开展了索风营水电站Dr2岩质边坡渐进破坏全过程数值模拟，研究了座滑破坏、局部崩塌破坏和滑移破坏3种不同破坏模式下的滑坡体的动力特性和堆积体空间分布特征。结果表明：Dr2岩质边坡失稳时，滑动模式均沿滑裂面产生滑动破坏，局部发生崩塌破坏；滑坡失稳运动的时间短、速度快、对河床对岸的山体冲击力强；失稳破坏后形成的堆积物会冲击河道，破坏和淤堵进水口。研究成果可为同类岩质边坡渐进破坏全过程的研究提供数值模拟方案。

关键词：离散单元法有限单元法连续-非连续粘弹性人工边界岩质边坡

SSA-XGBoost与时空特征选取的大坝变形预测模型

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水力发电学报 2024年第1期43卷 84-98页

作者：张孟昕陈波刘伟琪漆一宁张明河海大学水利水电学院南京210098 河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室南京210098 江苏省泰州引江河管理处江苏泰州225300

针对目前部分单测点模型未考虑大坝监测数据空间关联性、难以描述大坝变形整体响应特性的问题,以及传统回归模型未考虑环境量与变形量的非线性关系导致预测精度较低的问题,本文提出了一种预测模型,包括对监测数据进行基于自适应噪声完... 详细信息

针对目前部分单测点模型未考虑大坝监测数据空间关联性、难以描述大坝变形整体响应特性的问题,以及传统回归模型未考虑环境量与变形量的非线性关系导致预测精度较低的问题,本文提出了一种预测模型,包括对监测数据进行基于自适应噪声完备集合经验模态分解-小波包降噪,结合弹性网络对考虑了空间关联性的变形效应量因子进行特征选取,辅以交叉验证特征因子的有效性,并使用麻雀搜索算法提高计算效率。基于锦屏一级拱坝实测变形数据,探究了考虑空间关联性的最优因子集,并通过对比多种模型的MSE、RMSE等参数验证了本文方法的有效性,在大坝变形性态分析中具有一定应用价值。

关键词：弹性网络麻雀搜索算法 XGBoost 时空多因子特征选取

超深软土地基大功率振冲加固技术参数分析与研究

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水利学报 2024年

作者：陈祖煜胡明涛魏永新田应辉赵宇飞胡敏云西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室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华电金沙江上游水电开发有限公司

拉哇水电站上游的围堰坝高60 m,地基由堰塞湖相沉积厚约50 m的低液限黏土和粉土层组成。为了确保围堰建设的安全可靠,需要对深厚软土地基采用振冲碎石桩进行加固处理。本研究基于物联网远程施工控制平台收集的1.58亿条实测数据,测算了... 详细信息

拉哇水电站上游的围堰坝高60 m,地基由堰塞湖相沉积厚约50 m的低液限黏土和粉土层组成。为了确保围堰建设的安全可靠,需要对深厚软土地基采用振冲碎石桩进行加固处理。本研究基于物联网远程施工控制平台收集的1.58亿条实测数据,测算了振冲碎石桩的体积置换率和成桩桩径,并初步评估了振冲碎石桩的复合地基加固效果。测算结果表明,振冲碎石桩的桩间距对体积置换率有显著影响,当间距为2.5 m时,平均桩径为1.16 m,体积置换率为15.10%;当间距为3.0 m时,平均桩径为1.09 m,体积置换率为10.87%。研究还发现,地层的软硬和施工操作水平会影响成桩桩径尺寸,软弱夹层处易发生局部缩径,应严格控制加密段长度在0.5～1.0 m范围内,同时控制加密电流和留振时间满足施工标准。本研究基于智能化施工监测系统的应用,为深厚软土地基振冲碎石桩加固处理质量控制和检测,以及复合地基加固效果综合评价提供科学论证的初步成果,可为振冲碎石桩的加固设计提供参考。

关键词：深厚覆盖层振冲碎石桩法物联网远程施工控制加密电流置换率桩径质量效果评价

基于GRA-GPR的滚石运动特征参数敏感性分析及预测模型

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自然灾害学报 2024年第1期33卷 119-128页

作者：赵天豪马春辉杨杰程琳西安理工大学水利水电学院陕西西安710048 西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室陕西西安710048

针对滚石运动特征参数间关系模糊等问题,在开展其敏感性分析的基础上,构建准确、快捷的滚石运动特征参数预测系统。首先引入灰色关联法(grey relation analysis,GRA),以水平运动距离、弹跳高度和碰撞能量等滚石运动特征为目标参数,研究... 详细信息

针对滚石运动特征参数间关系模糊等问题,在开展其敏感性分析的基础上,构建准确、快捷的滚石运动特征参数预测系统。首先引入灰色关联法(grey relation analysis,GRA),以水平运动距离、弹跳高度和碰撞能量等滚石运动特征为目标参数,研究了初始速度、边坡摩擦角、滚石质量、法向恢复系数和切向恢复系数等滚石运动影响因素的敏感性和显著性。随后,使用高斯过程回归模型,建立水平运动距离、弹跳高度和碰撞能量等滚石运动特征参数的预测模型,避免了传统的滚石运动数值模拟软件繁琐的建模计算过程。研究表明,高斯过程回归(Gaussian process regression,GPR)模型对滚石的水平距离和总动能的预测精度最高。因此,文中所构建的滚石运动特征参数敏感性分析及预测模型能够快速得出滚石运动特征参数,对支挡结构的设计和施工有重要的参考价值。

关键词：边坡滚石敏感性分析灰色关联模型预测滚石特征参数