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远场水下爆炸冲击作用下重力坝动力稳定性的简化时程分析方法

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工程力学 2024年第3期41卷 73-81页

作者：黄宇峰卢文波王高辉陈明严鹏武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072 武汉大学水工岩石力学教育部重点实验室湖北武汉430072

高坝大库的抗爆与防护是国防安全的重要研究课题。该文针对远场水下爆炸冲击作用下混凝土重力坝的稳定安全评价问题,研究了远场水下爆炸冲击波的传播及其与坝体的相互作用过程;基于波动理论和平面波假设,建立了重力坝爆炸动应力场的简... 详细信息

高坝大库的抗爆与防护是国防安全的重要研究课题。该文针对远场水下爆炸冲击作用下混凝土重力坝的稳定安全评价问题,研究了远场水下爆炸冲击波的传播及其与坝体的相互作用过程;基于波动理论和平面波假设,建立了重力坝爆炸动应力场的简化理论计算模型,最终建议了一种远场水下爆炸冲击波作用下重力坝动力稳定性的简化时程分析方法;同时结合工程实际,采用该方法对某混凝土重力坝的动力稳定性进行了分析。结果表明:在远场爆炸冲击荷载作用下,重力坝的稳定安全系数呈现出先增后减再增并最终保持恒定的变化规律;下游坝面反射形成的拉伸波与剪切波的共同作用是导致建基面稳定安全系数降低的主要原因。

关键词：混凝土重力坝水下爆炸坝体动应力动力稳定性时程分析

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基于EFDC模型的表面流人工湿地水力性能和净化效果影响因素分析

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农业工程学报 2024年第7期40卷 172-181页

作者：王佳儿崔远来张博超廖斌贺天忠郭健武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072 湖北省漳河工程管理局荆门448156

为探究长宽比、水深和水力负荷对表面流人工湿地水力性能和净化效果的影响及其定量关系,采用EFDC(environmental fluid dynamics Code)模型建立表面流人工湿地水动力-水质耦合模型并对模型进行率定和验证,基于构建的模型设置3因素6水平... 详细信息

为探究长宽比、水深和水力负荷对表面流人工湿地水力性能和净化效果的影响及其定量关系,采用EFDC(environmental fluid dynamics Code)模型建立表面流人工湿地水动力-水质耦合模型并对模型进行率定和验证,基于构建的模型设置3因素6水平的全因子模拟试验,通过分析216组试验结果研究湿地长宽比、水深和水力负荷及其交互作用对湿地水力性能和净化效果的影响,进而采用多元非线性回归模型将多因子影响与7个评价指标之间建立定量关系。结果表明:长宽比、水深和水力负荷之间的交互作用对水力性能和净化效果均有显著影响(P<0.05)。构建的参数与评价指标的回归模型说明水力效率、有效容积率和莫里尔离散指数与长宽比呈指数相关,总氮浓度去除率与水深呈指数相关,回归方程的建模决定系数均大于0.9,经试验数据验证的相对误差在20%以下,说明模型是可靠的。研究可为表面流人工湿地设计和运行提供依据。

关键词：磷氮湿地水力性能净化效果 EFDC模型

北京市主城区高分辨率的城市水碳通量模拟研究

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水利学报 2024年第5期55卷 516-527页

作者：邵薇薇邵蕊倪广恒王义成杨志勇刘家宏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 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北京100084

城市化通过影响地表蒸散发(ET)过程改变了区域水热平衡等水文和生态过程,进而改变了陆地生态系统的结构与功能。为科学评估城市水碳过程,基于哨兵二号卫星数据的植被信息,估算了2016—2021年逐月北京市主城区10 m×10 m空间分辨率的植... 详细信息

城市化通过影响地表蒸散发(ET)过程改变了区域水热平衡等水文和生态过程,进而改变了陆地生态系统的结构与功能。为科学评估城市水碳过程,基于哨兵二号卫星数据的植被信息,估算了2016—2021年逐月北京市主城区10 m×10 m空间分辨率的植被指数,进一步结合PT-JPLim四源蒸散发模型、InVEST模型以及解析型生态系统水分利用效率(WUE)模型,模拟了2016—2021年北京市主城区10 m×10 m空间分辨率的蒸散发、蒸散发分量(植被蒸腾E t、土壤蒸发E b、截留蒸发E i和不透水面蒸发E u)、总初级生产力(GPP)、碳储量以及WUE的月值,并分析了其相关关系。植被指数较大值集中在西部山区,其次为北京市的公园区域,归一化植被指数NDVI最大值为0.65。主城区多年平均蒸散发量为497 mm,ET随着叶面积植被指数LAI和增强植被指数EVI的增加而增加。2016—2021年期间,NDVI、LAI和EVI分别以每年0.0048、0.016 m^(2)·m-2和0.0047的速度增加。区域平均E t为141.51 mm,E i为50.77 mm,E b为272 mm,不透水面上的E u ET为18.2%。碳储量较高的区域主要分布在西部山区,该区域海拔相对较高,植被覆盖率较高,总碳储量密度高值超过5 t hm^(2)。研究区GPP的平均值为2.7 g·m^(-2)·d^(-1),多年平均WUE为0.63 g·mm^(-1)。WUE和E t ET呈显著负相关(R=-0.44,p<0.001),WUE随GPP的增加呈现显著的上升趋势。精细化的城市水碳模拟能够为海绵城市的建设和评估提供理论基础,对“双碳”目标的实现具有重要意义。

关键词：城市化生态系统蒸散发北京市水分利用效率

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三门峡水库水沙调度过程的数值模拟研究

中国科学：技术科学 2024年第4期54卷 722-733页

作者：王增辉夏军强周美蓉齐张辛西北农林科技大学水利与建筑工程学院杨凌712100 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072

针对大部分水库调度模型中水沙输移计算大幅简化且与库水位计算过程间只有单向耦合的问题,本研究构建了基于激波捕捉式有限体积法与河网算法的库区水沙调度模型.该模型采用河段连接单元内水沙质量与动量守恒方程的准二维求解算法,河网... 详细信息

针对大部分水库调度模型中水沙输移计算大幅简化且与库水位计算过程间只有单向耦合的问题,本研究构建了基于激波捕捉式有限体积法与河网算法的库区水沙调度模型.该模型采用河段连接单元内水沙质量与动量守恒方程的准二维求解算法,河网算法可以反映干支流交汇角的影响,并且使用OpenMP技术实现了并行求解.该模型的水库调度模块将调度方案表示为5个触发条件和4个调度指令参数构成的调度规则表,由水沙动力学模型向调度模块提供入库监测断面的水沙条件与实时更新的水位库容关系,水库调度模块为水沙动力学模型提供库区下游边界条件,从而实现两者双向耦合.采用2020年三门峡库区实测水沙数据进行了模型验证,库区三个河段的水位、流量和含沙量计算结果与实测值相符,在坝前水位最快下降速度达到2.3 m/h的敞泄排沙时段,数值计算过程稳定且成功预测了出库沙峰.针对近年黄河来沙量减少而潼关高程下降趋势并不稳定的问题,应用模型开展了三门峡水库水沙调度过程的数值模拟研究,通过对不同的汛期和非汛期调度方案的模拟分析,初步确定了坝前控制水位对于年内库区冲淤量和潼关高程影响显著的时期,研究结果可以为三门峡水库调度方案进一步优化提供思路.

关键词：水库调度数值模拟三门峡水库潼关高程冲淤量

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基于深度强化学习的任务分析方法

系统仿真学报 2024年第7期36卷 1670-1681页

作者：龚雪彭鹏菲荣里郑雅莲姜俊海军工程大学湖北武汉430033 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072

针对任务分析中任务协同交互耦合度高、影响因素繁多等问题,提出了基于序列解耦与深度强化学习的任务分析方法,实现了复杂约束条件下的任务分解及任务序列重构。设计了基于任务信息交互的深度强化学习环境,基于目标网络与评估网络损失... 详细信息

针对任务分析中任务协同交互耦合度高、影响因素繁多等问题,提出了基于序列解耦与深度强化学习的任务分析方法,实现了复杂约束条件下的任务分解及任务序列重构。设计了基于任务信息交互的深度强化学习环境,基于目标网络与评估网络损失函数间的差值改进SumTree算法,实现任务间的优先级评估;将激活函数运行机制引入深度强化学习网络,提取任务特征,提出贪婪激活因子,优化深度神经网络参数,确定智能体最优状态,从而进行智能体状态转换。通过经验回放生成多目标任务执行序列图。仿真实验结果表明,该方法能生成最佳调度下的可执行任务图;且相对于静态情景,该方法对动态情景有较好的自适应性,在领域任务筹划中具有良好的推广应用前景。

关键词：任务分析强化学习评估网络贪婪因子耦合任务激活函数

基于多源遥感影像的海河流域东淀蓄滞洪区运用过程研究

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武汉大学学报(工学版) 2024年

作者：唐玉洁张艳军张过李珊琦顾文权欧梦丽郑宇武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室

蓄滞洪区是保障重点防洪区安全、减轻灾害的有效措施，但通常在应急条件下启用，其洪水淹没过程与蓄洪量等关键数据较难通过地面监测获取。在海河“23·7”流域性特大洪水防御过程中，基于以珞珈二号01星SAR(Synthetic Aperture Radar，... 详细信息

蓄滞洪区是保障重点防洪区安全、减轻灾害的有效措施，但通常在应急条件下启用，其洪水淹没过程与蓄洪量等关键数据较难通过地面监测获取。在海河“23·7”流域性特大洪水防御过程中，基于以珞珈二号01星SAR(Synthetic Aperture Radar，SAR)影像为主的多源遥感数据，本文发展了基于遥感影像的水情信息快速反演方法，提取了东淀蓄滞洪区的时序洪水淹没面积、洪水水位、洪水水深及蓄水量，据此将蓄滞洪区的运用过程划分为四个阶段：涨水阶段、自排阶段、混排退水阶段、抽排阶段，并结合气象数据对比分析了退水过程各阶段的主要排水途径。结果表明，卫星遥感手段可以实现应急情况下空间水情信息的持续监测与快速反演，为蓄滞洪区防洪规划及管理提供科学参考，为构建太空水文站提供技术支撑。

关键词：珞珈二号01星蓄滞洪区淹没水深太空水文站

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单目视觉测量强夯夯沉量的误差分析

测绘地理信息 2024年第2期49卷 18-24页

作者：高乔裕金银龙张宏阳李飞羽刘全武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072

人工测量夯沉量的方式精度差、效率低且危险性高。针对这些问题,利用单目视觉方法实现了夯沉量的实时高效测量。为验证该方法的有效性,基于夯沉量解算模型,根据误差传播定律建立了夯沉量精度评价模型,并进行了误差敏感性分析,给出了提... 详细信息

人工测量夯沉量的方式精度差、效率低且危险性高。针对这些问题,利用单目视觉方法实现了夯沉量的实时高效测量。为验证该方法的有效性,基于夯沉量解算模型,根据误差传播定律建立了夯沉量精度评价模型,并进行了误差敏感性分析,给出了提高夯沉量测量精度的方法和建议。结果表明,对测量精度影响最大的参数为相机俯仰角;特征点识别误差是测量结果误差的主要来源。工程实测结果表明,夯沉量解算均方误差为±28.46mm,符合工程现场夯沉量测量误差的精度要求,具有推广价值。

关键词：单目视觉夯沉量误差传播定律敏感性分析

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黄河未来气候情景下冰情特征演变分析

水利学报 2024年第3期55卷 355-366页

作者：周中元王涛孙亚翡陈玉状路锦枝中国水利水电科学研究院流域水循环与调控国家重点实验室北京100038 清华大学水利水电工程系北京100084

了解未来气候变化如何影响河流冰情特征对于研究冰凌洪水灾害、水电生产以及大坝管理运行等问题至关重要。基于黄河流域气象观测数据以及第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)中8种全球气候模式(GCMs)的日均气温数据,评估了各GCMs在分位... 详细信息

了解未来气候变化如何影响河流冰情特征对于研究冰凌洪水灾害、水电生产以及大坝管理运行等问题至关重要。基于黄河流域气象观测数据以及第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)中8种全球气候模式(GCMs)的日均气温数据,评估了各GCMs在分位数增量映射(QDM)偏差校正前后对于黄河流域凌汛期日平均气温的模拟能力,预估了黄河流域未来凌汛期气温变化趋势。建立了最大冰厚以及封冻历时预测模型,并预估了黄河防凌重点区域黄河宁蒙段未来最大冰厚以及封冻历时的变化趋势。研究表明,在SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5三种气候情景下预计2015—2100年期间黄河流域凌汛期平均气温升温速率分别为0.014、0.031和0.067℃a,黄河巴彦高勒断面21世纪内最大冰厚值将会分别下降8.5、19.5和39.5 cm。SSP2-4.5情景下,随着未来气温升高,2070年之后河道断面仅存一定宽度岸冰、河道中央存在较大清沟的现象将会频繁出现。未来黄河宁蒙段巴彦高勒、三湖河口以及头道拐断面的封冻历时将会呈现出不同程度的缩短趋势,其中巴彦高勒断面缩短趋势最为明显,三种气候情景下封冻历时分别以0.13、0.28和0.66 d a的速率缩短,三湖河口及头道拐断面封冻历时缩短速率较为接近,分别为0.07、0.15、0.36以及0.08、0.17、0.39 d a。

关键词： CMIP6 凌汛期河流冰情气候变化黄河流域

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硫酸盐侵蚀对掺钢渣粉PVA纤维增强水泥基复合材料断裂性能影响

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复合材料学报 2024年第6期41卷 3103-3114页

作者：苏骏范子康蔡新华湖北工业大学土木建筑与环境学院武汉430068 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072

为研究固体废料钢渣及硫酸盐溶液侵蚀作用下水泥基复合材料断裂特性,本文设计掺入不同质量分数的钢渣粉制备聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA/ECC),通过对硫酸盐侵蚀后的预制初始裂缝梁式试件进行三点弯曲性能试验,同时结合掺钢渣粉P... 详细信息

为研究固体废料钢渣及硫酸盐溶液侵蚀作用下水泥基复合材料断裂特性,本文设计掺入不同质量分数的钢渣粉制备聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA/ECC),通过对硫酸盐侵蚀后的预制初始裂缝梁式试件进行三点弯曲性能试验,同时结合掺钢渣粉PVA/ECC在Na2SO4溶液(质量分数为5wt%)中的表观形态和微观结构特征,探究硫酸盐侵蚀对钢渣粉PVA/ECC断裂性能的影响。结果表明:在未受硫酸盐侵蚀钢渣粉掺量为20wt%时,试件起裂荷载、失稳荷载提升效果最优,较未掺钢渣粉试件分别提高约61%、110%;PVA/ECC断裂韧度随侵蚀时间先增大后减小,侵蚀60天到达峰值,120天后S80组劣化最明显,起裂韧度Kini和失稳韧度Kun分别减小了约23%、13%;适量钢渣粉的掺入能有效缓解PVA/ECC的侵蚀损伤,钢渣粉掺量不超过60wt%时在试验研究的龄期范围内材料未出现明显劣化。在此基础上通过Weibull分布模型预测试件耐久性寿命,其中钢渣粉掺量为20wt%的PVA/ECC使用寿命最长,可达到444次左右。

关键词： PVA纤维钢渣粉硫酸盐侵蚀干湿循环断裂韧度耐久性能