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基于多元数据融合的枢纽区边坡整体安全预警指标研究

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岩石力学与工程学报 2024年第9期43卷 2242-2256页

作者：孙杰涛李海枫中国水利水电科学研究院结构材料所北京100038

目前枢纽区边坡安全预警模型存在一定局限性,如对多测点的综合分析考虑不足、忽略边坡不同区域稳定性差异等。针对这些问题,从边坡的结构特性和整体稳定性两方面入手,采用多元数据融合技术并结合实际工程开展预警指标研究工作。首先,引... 详细信息

目前枢纽区边坡安全预警模型存在一定局限性,如对多测点的综合分析考虑不足、忽略边坡不同区域稳定性差异等。针对这些问题,从边坡的结构特性和整体稳定性两方面入手,采用多元数据融合技术并结合实际工程开展预警指标研究工作。首先,引入“安全稳定率”概念以量化岩体结构特性对边坡稳定性影响;其次,建立安全稳定率与危险权重的转换方法,推导出危险权重与Copula函数的组合公式;最后,提出基于Copula函数的枢纽区边坡运行期整体安全预警指标。工程案例表明,预警指标能够体现岩质边坡结构特性,体现多测点残差的总体变化趋势,并最终反映枢纽区边坡的整体稳定性;预警监控体系可为枢纽区边坡整体稳定性评价提供理论支撑。

关键词：水利工程预警指标枢纽区边坡 Copula函数安全稳定率数据融合

接触爆炸下波纹钢-混凝土板复合结构水下防爆效果评价

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含能材料 2024年第9期32卷 972-985页

作者：曹克磊付乔峰张建伟黄锦林赵瑜华北水利水电大学水利学院华北水利水电大学土木与交通学院广东省水利水电科学研究院

为探究不同波纹钢-混凝土板复合结构的水下抗爆防护效果，采用有限元-光滑粒子流体动力学耦合算法（FEM-SPH）建立水下多介质耦合爆炸模型；设计不同波纹钢-混凝土板复合结构防护方案，探究不同复合结构防护层（含3,6,9,12 mm厚波纹钢... 详细信息

为探究不同波纹钢-混凝土板复合结构的水下抗爆防护效果，采用有限元-光滑粒子流体动力学耦合算法（FEM-SPH）建立水下多介质耦合爆炸模型；设计不同波纹钢-混凝土板复合结构防护方案，探究不同复合结构防护层（含3,6,9,12 mm厚波纹钢复合结构、含30°，45°，60°，75°波纹钢复合结构和含10,30,50,70 mm波高波纹钢复合结构）的水下削波吸能效果，并提出耗能分担率对复合结构进行防护效果评价。研究结果表明：混凝土板迎爆面与背爆面的模拟结果与试验结果较为吻合，验证了水下接触爆炸模拟过程；不同复合结构防护方案下，含12 mm厚波纹钢复合结构、含75°波纹钢复合结构和含70 mm波高波纹钢复合结构防护方案较无防护方案测点峰值压力最大降幅为63.2%,60%和57.9%，最大防护率分别为63.2%,60.0%和57.9%，耗能分担率为69.48%,66.26%和63.51%；最优型式（厚度为12 mm/夹角为75°/波高为70 mm）复合结构的削波吸能效果及防护效果均显著优于单一因素影响下的复合结构。研究成果可为不同波纹钢-混凝土板复合结构在水下抗爆防护领域的应用提供理论基础。

关键词：水下接触爆炸波纹钢-混凝土板复合结构削波吸能效果防护效果评价

TBM有压输水隧洞内张钢圈-管片-围岩组合结构联合承载力学特性分析

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岩土力学 2024年第4期45卷 1154-1169,1180页

作者：张建伟刘贺曹克磊黄锦林王勇华北水利水电大学水利学院河南郑州450046 广东省水利水电科学研究院广东广州510635 珠江水利委员会珠江水利科学研究院广东广州510635

为探究全断面隧道岩石掘进机(tunnel boring machine,TBM)有压输水隧洞内张钢圈-管片-围岩组合结构的受荷状态,以榕江―关埠引水工程中Ⅴ类围岩TBM有压输水隧洞段为研究对象,建立内张钢圈-管片-围岩组合结构三维精细化有限元模型,研究... 详细信息

为探究全断面隧道岩石掘进机(tunnel boring machine,TBM)有压输水隧洞内张钢圈-管片-围岩组合结构的受荷状态,以榕江―关埠引水工程中Ⅴ类围岩TBM有压输水隧洞段为研究对象,建立内张钢圈-管片-围岩组合结构三维精细化有限元模型,研究内水压力、围岩类型对组合结构力学特性的影响。研究结果表明:采用内张钢圈加固隧洞结构能有效控制隧洞变形,减小管片拉应力及受拉区范围,提高组合结构的承载能力;内水压力作用下管片压应力、竖向变形、接缝张开度、连接螺栓应力、内张钢圈应力、锚杆应力均较无内水压力作用下有所减小,但管片拉应力和接缝错台分别增大了19.68%、39.25%,其主要原因为内水压力作用致使隧洞结构整体呈现向外膨胀,在充水运营期间应加强内水压力作用下的安全监测;在外部水土压力和内水压力共同作用下,围岩类型的改变使组合结构中连接螺栓应力、管片接缝错台、锚杆应力分别提高37.11%、15.29%、14.75%,其主要原因为围岩岩性越差承担荷载能力越弱,在围岩类型的过渡区域应进行重点监测;此外,在外部水土压力和内水压力共同作用下,组合结构中围岩、管片、内张钢圈、锚杆的荷载分担率分别为21.38%、43.08%、24.01%和11.53%,内张钢圈荷载分担率较无内水压力作用提高了34.06%,内水压力作用提高了内张钢圈分担荷载的效果;组合结构中围岩的分担率随围岩类型(Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类)的增加而减小,相同荷载下Ⅲ类围岩的荷载分担率较Ⅴ类围岩提高了16.96%。该研究成果可为类似隧洞工程的衬砌设计及后期加固措施提供理论参考。

关键词：输水隧洞组合结构管片衬砌内张钢圈力学特性分担率

基于微震特征参数的秦岭隧洞岩爆实时预测模型

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水利学报 2024年第7期55卷 757-767页

作者：胡晶刘慎陈祖煜中国水利水电科学研究院北京100048 浙江大学岩土工程研究所浙江杭州310058

岩爆是深地工程施工中的主要灾害之一,微震监测是岩爆短期预测的主要方法。为了解决岩爆事故短期预测主要依靠经验的问题,基于引汉济渭工程秦岭隧洞,建立微震监测及岩爆事件的机器学习样本库。采用卷积神经网络模型,将一段时间内所有微... 详细信息

岩爆是深地工程施工中的主要灾害之一,微震监测是岩爆短期预测的主要方法。为了解决岩爆事故短期预测主要依靠经验的问题,基于引汉济渭工程秦岭隧洞,建立微震监测及岩爆事件的机器学习样本库。采用卷积神经网络模型,将一段时间内所有微震事件的能量、位置、震级等特征参数作为输入,并考虑掌子面位置对岩爆的影响,建立基于微震特征参数的岩爆实时预测模型。采用样本库对模型进行训练、验证和测试,针对模型结构、回溯时间段、预测时间段、训练世代对模型进行了优化。模型可以合理描述微震事件分布特征、施工进度等因素对岩爆可能性的影响。经测试,该模型能够实时预测未来48 h的岩爆发生概率,预测准确率超过80%,可为岩爆实时预测提供一种有效的技术途径。

关键词：微震监测岩爆预测卷积神经网络特征参数

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典型风力条件及水力调度下太湖藻华高频时空动态监测

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湖泊科学 2024年第3期36卷 685-694页

作者：胡明涛陈诚李港刘洋姚斯洋何梦男陈求稳南京水利科学研究院生态环境研究所南京210029 河海大学水利水电学院南京210098 江西省水利科学院南昌330029 武汉大学水利水电学院武汉430000

湖泊藻华问题已成为全球水生态环境领域面临的长期挑战,风力条件变化和引调水工程的水力调度能改变湖体水动力结构,对藻类的生长和聚集过程产生影响,进行该过程的精细化监测和机制分析对于湖泊藻华预报预警和应急处置具有重要意义。本... 详细信息

湖泊藻华问题已成为全球水生态环境领域面临的长期挑战,风力条件变化和引调水工程的水力调度能改变湖体水动力结构,对藻类的生长和聚集过程产生影响,进行该过程的精细化监测和机制分析对于湖泊藻华预报预警和应急处置具有重要意义。本研究基于Hiamwari-8/AHI卫星遥感高频监测数据,对比分析了归一化差异植被指数(NDVI)、增强植被指数(EVI)和浮游藻类指数(FAI)3种不同指数对太湖藻华的反演效果,开展了典型风力条件下和水力调度下太湖藻华生消过程的持续监测分析。结果表明,FAI对藻华区域和非藻华区域的区分更加明显,其阈值提取的藻华面积与基于MODIS图像解译的藻华面积的相对误差最低,为-2.27%。当营养盐充足且水温持续保持在蓝藻大量生长增殖的阈值以上时,风力条件是导致太湖藻类迁移聚集的关键因子,风向主要影响藻类的水平迁移,使其进行方向性迁移并逐渐形成大面积藻华区域。风速主要影响藻类的垂向迁移并存在临界阈值,当风速低于约2.5 m/s的临界风速时,藻华面积随风速增加而增加;当风速高于临界风速时,藻华面积随风速增加而降低。水力调度对距离较近的贡湖湾区域具有显著影响,主要通过水动力扰动来影响藻类的垂向迁移,使藻类沿水深方向强烈掺混,导致区域藻华面积下降。此外,持续且更大流量的调水将不断增强水动力扰动,减小区域藻华面积。本研究揭示了典型风力条件及水力调度下太湖藻华分布特征和迁移机理,可为湖泊藻华的精确动态监测预警和科学管控提供重要技术支撑。

关键词：太湖蓝藻水华高频监测 Hiamwari-8/AHI 水力调度

融合HO-VMD的水电机组摆度信号消噪方法

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水力发电学报 2024年

作者：吴挺玮潘罗平安学利中国水利水电科学研究院

变分模态分解(VMD)算法广泛应用于水电机组摆度信号消噪，可以克服传统分解方法中固有模态函数分量之间的模态混叠问题。但VMD算法的模态分解数和惩罚因子必须经过优化以获得最佳信号分解精度。本文介绍了一种融合HO-VMD算法的水轮机组... 详细信息

变分模态分解(VMD)算法广泛应用于水电机组摆度信号消噪，可以克服传统分解方法中固有模态函数分量之间的模态混叠问题。但VMD算法的模态分解数和惩罚因子必须经过优化以获得最佳信号分解精度。本文介绍了一种融合HO-VMD算法的水轮机组摆度信号去噪方法，克服了传统VMD算法参数选择慢、泛化能力差的缺点。方法采用河马优化(HO)算法优化模态分解数及惩罚因子，与麻雀优化算法(SSA)改进的VMD算法及小波变换进行比较。结果表明：融合HO-VMD算法的水轮机组摆度信号消噪方法具有很好的效果，适合水电机组摆度信号的去噪。

关键词：水电机组摆度信号消噪 VMD算法 HO算法

基于复杂种植结构多情景分析的灌区多目标多水源优化配置

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农业工程学报 2024年第13期40卷 58-67页

作者：王光耀杜丽娟樊煜雷波徐征和中国水利水电科学研究院水利研究所北京100048 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 济南大学水利与环境学院济南250022

为改善多水源灌区农业用水供需矛盾,通过合理调整种植结构,优化灌区水资源配置,该研究以河北省邯郸市漳滏河灌区为研究对象,将农业灌溉缺水量最小和农作物经济效益最大作为目标函数,兼顾灌区生态安全约束,构建了基于种植结构优化的多目... 详细信息

为改善多水源灌区农业用水供需矛盾,通过合理调整种植结构,优化灌区水资源配置,该研究以河北省邯郸市漳滏河灌区为研究对象,将农业灌溉缺水量最小和农作物经济效益最大作为目标函数,兼顾灌区生态安全约束,构建了基于种植结构优化的多目标多水源优化配置模型,针对作物熟制、作物种类、种植制度以及灌溉方式设置了8种不同的种植结构优化情景,通过自主改进的基于精英策略并协遗传算法(NSGAⅡ-S)对模型求解,获得不同情景下的水资源优化配置方案。结果表明:应用模型进行水资源配置后,各情景配水总量均有所减少,其中水库配水量高于其他水源的配水量,水库水、引黄水和引江水均达到用水总量控制目标,民有分区的各计算单元间的配水量变化明显,总配水量高于滏阳河分区;适当压减主要依靠抽取地下水灌溉的冬小麦的播种面积,变灌溉农业为旱作雨养农业,可以极大地减少地下水用量,增加灌区经济效益;最佳的种植结构优化方案为CS_(4)(削减冬小麦的种植面积,种植苜蓿,灌溉方式采取管灌或喷灌),该方案冬小麦播种面积压减17.10%,地下水开采量减少了16.42%,灌区的经济效益增加了26.41%,在保证配水总量最小的同时,具有更高的经济效益。该研究所构建的多目标多水源优化配置模型和作物配水结果可为类似地区的水资源配置提供参考。

关键词：水资源灌溉农业多水源多情景多目标种植结构

脱硫废水进空冷塔内浓缩减量工艺技术的蒸发机理研究

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水动力学研究与进展（A辑） 2024年第2期39卷 204-214页

作者：都影李陆军宋小军王飞中国水利水电科学研究院北京100080

脱硫废水进间接空冷塔内蒸发减量是一种新型的脱硫废水浓缩减量工艺技术,目前鲜有对其蒸发机理的研究报道。该文通过室内试验,研究了蒸发塔的蒸发特性和脱硫废水在填料内的蒸发规律,分析了影响蒸发特性的因素,并对已采用该技术的某电厂... 详细信息

脱硫废水进间接空冷塔内蒸发减量是一种新型的脱硫废水浓缩减量工艺技术,目前鲜有对其蒸发机理的研究报道。该文通过室内试验,研究了蒸发塔的蒸发特性和脱硫废水在填料内的蒸发规律,分析了影响蒸发特性的因素,并对已采用该技术的某电厂进行了实塔测试,验证了室内试验的结论。研究结果表明,蒸发塔的蒸发速率受断面风速、淋水密度和填料高度等参数影响,且与此三者均成正相关关系,其中断面风速对蒸发速率的影响最为显著。在蒸发塔运行过程中,蒸发池内脱硫废水温度变化幅度小于0.5℃且与蒸发塔出口空气湿球温度较为接近,蒸发塔出口空气接近饱和。蒸气压差与进出口空气质量分数差成正线性关系,模型试验结果与实塔测试结果吻合良好。当通风量为817.56 m^(3)/s时,一座淋水面积约400 m^(2)的机械通风冷却塔的蒸发效率可达16.2~18.4 t/h,基本满足百万机组火电厂脱硫废水浓缩减量的工程需求。

关键词：脱硫废水蒸发塔蒸发速率蒸汽压差进出口空气质量分数差

构建VED-SegNet分割模型提取鱼类表型比例

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农业工程学报 2024年第3期40卷 175-183页

作者：李健源柳春娜卢晓春王鲁海刘轶卢佳中国水利水电科学研究院北京100038 三峡大学水利与环境学院宜昌443002 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

为提高鱼类表型分割精度和准确度,实现鱼类表型智能监测,该研究基于深度学习算法构建了VED-SegNet模型用于鱼类表型分割和测量。该模型将cross stage partial network和GSConv结合作为编码器(VoV-GSCSP),保持足够精度的同时降低网络结... 详细信息

为提高鱼类表型分割精度和准确度,实现鱼类表型智能监测,该研究基于深度学习算法构建了VED-SegNet模型用于鱼类表型分割和测量。该模型将cross stage partial network和GSConv结合作为编码器(VoV-GSCSP),保持足够精度的同时降低网络结构复杂性。另一方面,该模型采用EMA(efficient multi-scale attention module with cross-spatial learning)建立强化结构,加强编码器和解码器之间的信息传递,提高模型精度,并实现了8个表型类别的输出。采用自建的鱼类表型分割数据集对VED-SegNet模型进行了测试,测量结果中鱼类各表型比例与实际测量值相接近,表型最大平均绝对和平均相对误差为0.39%、11.28%,能实现无接触式提取水产养殖中鱼类表型比例。对比其他常见语义分割模型,平均交并比mean intersection over union,mIoU和平均像素准确率mean pixel accuracy,m PA最高,分别到达了87.92%、92.83%。VED-SegNet模型在环境复杂、多鱼重叠的养殖水体鱼类监测场景中精准分割鱼类形态特征,可为鱼类表型智能测量提供技术支持。

关键词：图像分割模型鱼类表型表型比例 VED-SegNet