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基于E-WOA与AnyLogic耦合的土石方调配机械配置优化

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水力发电学报 2024年第4期43卷 112-124页

作者：黄建文王明良王兴霞王宇峰姜海龙李丽芳三峡大学水电工程施工与管理湖北省重点实验室湖北宜昌443002 三峡大学水利与环境学院湖北宜昌443002 中国葛洲坝集团三峡建设工程有限公司湖北宜昌443000 湖北能源集团罗田平坦原抽水蓄能有限公司湖北黄冈438600

机械配置是土石方调配工程的核心,合理的机械配置是工程施工成本、进度和质量的有效保障。为了精确、高效地寻求出最优的机械配置方案,提出了增强型鲸鱼算法(E-WOA)与AnyLogic耦合的土石方调配机械配置优化方法。首先,通过系统分析土石... 详细信息

机械配置是土石方调配工程的核心,合理的机械配置是工程施工成本、进度和质量的有效保障。为了精确、高效地寻求出最优的机械配置方案,提出了增强型鲸鱼算法(E-WOA)与AnyLogic耦合的土石方调配机械配置优化方法。首先,通过系统分析土石方调配流程,建立总费用最小的优化模型;其次,采用AnyLogic仿真平台构建了基于多智能体的仿真模型,全面描述设备(挖掘机、自卸汽车、推土机、碾压机)、道路、平台(卸料平台、停车平台)等实体元素之间的交互关系和动态过程;最后,引入收敛速度快、全局性强的E-WOA算法与AnyLogic进行耦合,开发仿真控制器实现耦合模型对优化问题的求解,并结合工程实例进行了分析。结果表明该方法可以节省11.11%的时间和27.34%的费用,为土石方调配工程施工管理决策提供借鉴。

关键词：土石方调配机械配置优化仿真模型增强型鲸鱼算法 AnyLogic

施工-地质双驱动的地下洞室有害气体浓度智能预测方法

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水力发电学报 2024年第5期43卷 80-93页

作者：卢耕阳陈云聂本武陈述晋良海三峡大学水电工程施工与管理湖北省重点实验室湖北宜昌443002 三峡大学水利与环境学院湖北宜昌443002 国家能源投资集团有限责任公司金沙江分公司成都610000

地下洞室有害气体浓度与开挖方案、地质条件等密切相关,开展施工-地质影响下的有害气体浓度精准预测对于施工安全管理具有重要意义。然而,有害气体监测数据有用信息难被提取,爆破参数、基岩类别等特征与有害气体浓度间存在非线性耦合,... 详细信息

地下洞室有害气体浓度与开挖方案、地质条件等密切相关,开展施工-地质影响下的有害气体浓度精准预测对于施工安全管理具有重要意义。然而,有害气体监测数据有用信息难被提取,爆破参数、基岩类别等特征与有害气体浓度间存在非线性耦合,基于此,本研究提出融合沙普利加性解释(SHAP)理论的集成学习有害气体浓度智能预测方法。通过主成分分析(PCA)进行特征预处理,运用树结构贝叶斯优化(TPE)算法迭代寻求CatBoost有害气体浓度预测模型最优超参数组,引入SHAP解释框架,探寻有害气体排放浓度重要影响因子。以金沙江旭龙水电站导流洞工程为例,研究结果表明:对比CatBoost、TPE-XGBoost以及TPE-LightGBM模型,TPE-CatBoost模型均方根误差(RMSE)分别降低了48.9%、40.2%、36.8%,具有更高预测精度;融合SHAP理论发现PM_(10)、PM_(2.5)浓度与爆破方案关联更为密切,CO、CO_(2)浓度受地下水状态等地质条件影响更大。

关键词：地下洞室有害气体 CatBoost集成学习 TPE算法 SHAP理论

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城市湖泊随季节变化的生态补水数值模拟研究

人民长江 2024年

作者：王奕博郭甜甜刘攀李雨范杨臻杨翊辰湖北省水利水电科学研究院湖北省水利水电科技推广中心长江水利委员会水文局武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室武汉长源信息工程有限公司

城市湖泊在社会经济发展中发挥着生态系统服务、防汛、景观等重要功能的同时，其水质受到污水排放、下垫面改变和污染物输入的严重威胁。然而，大多数水生态修复措施未考虑降水、排涝等因素的季节变化特征。本文提出了考虑年内降水分布... 详细信息

城市湖泊在社会经济发展中发挥着生态系统服务、防汛、景观等重要功能的同时，其水质受到污水排放、下垫面改变和污染物输入的严重威胁。然而，大多数水生态修复措施未考虑降水、排涝等因素的季节变化特征。本文提出了考虑年内降水分布规律和城市排涝需求的季节变化生态补水方案。以武汉市龙阳湖为研究对象，通过构建二维水动力水质数学模型，模拟生态补水措施实施后湖泊水质状况，从时间和空间两个角度分析水质目标的可达性，得到生态补水推荐方案。在Ⅳ类水质标准的总体目标下，推荐方案下的湖泊水质平均达标面积和平均达标天数比例均高于80%，效果较好。研究成果可为城市湖泊的生态补水工程措施提供技术支撑。

关键词：湖泊季节变化生态补水水质数值模拟 MIKE 21

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近60年洞庭湖水位演变态势研究

湖泊科学 2024年第2期36卷 575-586页

作者：董世杰李英海吴江杨恒李清清三峡大学水利与环境学院宜昌443002 水电工程施工与管理湖北省重点实验室(三峡大学) 宜昌443002 长江水利委员会长江科学院武汉430010 中国长江三峡集团有限公司科学技术研究院北京101199

辨析洞庭湖历史水位演变态势对保护湖泊生态系统健康运转以及确保长江中下游防洪安全和水资源利用均至关重要。为了定量评估洞庭湖近60年来水位变化特征、程度及规律,基于洞庭湖鹿角、杨柳潭和南咀水文站19612020年逐日水位监测数据,应... 详细信息

辨析洞庭湖历史水位演变态势对保护湖泊生态系统健康运转以及确保长江中下游防洪安全和水资源利用均至关重要。为了定量评估洞庭湖近60年来水位变化特征、程度及规律,基于洞庭湖鹿角、杨柳潭和南咀水文站19612020年逐日水位监测数据,应用Mann-Kendall检验法、小波分析法、累积距平法、滑动t检验法等方法对洞庭湖水位变化趋势性、周期性、突变性进行分析,进而采用IHA-RVA法综合评价洞庭湖突变年前后各站点水位改变度和整体水位改变度。研究结果表明:(1)19612020年,鹿角站和杨柳潭站年均水位呈上升趋势,南咀站年均水位呈下降趋势;3个站点水位周期性变化较为明显,呈现4~5个时间尺度的周期变化规律,第一主周期为55~56年;鹿角站水位突变年份为1979、2003年,杨柳潭站水位突变年份为1978、2003年,南咀站水位突变年份为2003年,综合确定2003年为3个站点突变年份。(2)通过分析突变前后3个站点的水位、时间、频率、延时和改变率5组32个水位指标改变度,发现杨柳潭站水位改变度大于鹿角站和南咀站,鹿角、杨柳潭、南咀站的整体水位改变度分别为43%、48%、42%,均属于中度改变。该研究可为进一步解析洞庭湖水文情势演变规律以及为长江中下游通江湖泊水资源合理利用和水生态环境保护提供参考依据和数据支撑。

关键词：洞庭湖水位演变水位变化特征水位改变度 IHA-RVA法

汉北河流域强人类活动影响下的暴雨洪水模拟方法

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长江科学院院报 2024年第7期41卷 72-78,93页

作者：黄曼丽吴凤燕翁朝晖丁俊芝马婉丽黄雍徐静李海建湖北省水利水电规划勘测设计院有限公司武汉430064 湖北省水利水电科学研究院湖北省国际灌排研究培训中心武汉430070 鄂北地区水资源配置工程建设与管理局(筹) 武汉430064

为了研究人类活动影响下丘陵到平原区流域洪水模拟的关键问题,包括流域内降雨空间分布不均、丘陵平原产汇流差异大、下垫面受水利工程建设和调度影响等复杂边界条件,并提出相应的解决办法和模型,以汉北河为例,将大流域划分为11个单元,... 详细信息

为了研究人类活动影响下丘陵到平原区流域洪水模拟的关键问题,包括流域内降雨空间分布不均、丘陵平原产汇流差异大、下垫面受水利工程建设和调度影响等复杂边界条件,并提出相应的解决办法和模型,以汉北河为例,将大流域划分为11个单元,通过分析场次暴雨在各单元的空间分布解决降雨空间不均的问题;各单元根据各自下垫面条件进行API水文模型参数的率定,解决了丘陵平原产汇流差异大的问题,提高了模型参数与实际情况的贴合度。在模型中,将河流改道、水库、蓄滞洪区、水闸、泵站建设和调度、土地利用等人类活动对汇流的影响纳入物理模型和产汇流模拟中,以便构建符合实际调度的下垫面产汇流体系。模拟计算的洪峰的纳什系数NSE均在0.85以上,模拟结果表明洪峰流量、水位及峰现时间与实测值吻合良好。

关键词：暴雨洪水模拟水文水动力嵌套耦合模型汉北河流域人类活动影响

混凝土坝面作业场景智能识别ResNet50-SEMSF方法

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水力发电学报 2024年第1期43卷 99-108页

作者：陈述孙孟文陈云曹坤煜李智聂本武水电工程施工与管理湖北省重点实验室(三峡大学) 湖北宜昌443002 三峡大学水利与环境学院湖北宜昌443002 中国长江三峡集团有限公司武汉430010 国家能源投资集团有限责任公司成都610000

为提高混凝土坝面作业场景识别工作效率,提出了一种混凝土坝面作业场景智能识别方法(ResNet50-SEMSF)。将采集的坝面施工现场监控视频分割为图像,分析混凝土坝面作业人、机、料、环境等实体要素图像特征,界定坝面作业典型场景;以残差网... 详细信息

为提高混凝土坝面作业场景识别工作效率,提出了一种混凝土坝面作业场景智能识别方法(ResNet50-SEMSF)。将采集的坝面施工现场监控视频分割为图像,分析混凝土坝面作业人、机、料、环境等实体要素图像特征,界定坝面作业典型场景;以残差网络(ResNet50)为骨干网络结构,引入挤压激励(SE)注意力机制,关注不同通道间特征关系,提升坝面作业场景图像中多目标实体要素关键特征表达能力;融合下采样多尺度特征,保留坝面作业场景图像低级特征和高级语义信息,增强模型对图像不同层次特征的理解能力,克服尺度变化、目标变形等问题。对比分析其他3种卷积神经网络模型试验结果,使用梯度类激活映射(Grad-CAM)可视化方法,解释ResNet50-SEMSF模型对场景类别中实体要素信息的关注程度。结果表明:ResNet50-SEMSF识别效果明显优于ResNet50、MobileNetV2、VGG16等经典网络模型,表明ResNet50-SEMSF模型用于混凝土坝面作业场景智能识别的可行性,为混凝土坝面施工安全管理工作提供参考。

关键词：混凝土坝坝面作业深度学习注意力机制场景智能识别

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岩溶隧洞突涌水灾害风险评价研究

人民长江 2024年第4期55卷 169-177页

作者：江新陈婧赵力张腾飞邱国坤李骏骁三峡大学水利与环境学院湖北宜昌443002 长江水利水电开发集团(湖北)有限公司扬子江工程咨询公司湖北武汉430070

受复杂地质条件的影响,岩溶隧洞在施工过程中极易发生突涌水灾害。为准确评估岩溶隧洞突涌水风险等级,将结构方程模型(SEM)与改进的模糊综合评价法(FCEM)相结合,构建岩溶隧洞突涌水风险评价模型。从地形地貌、气象水文、地层因素、地质... 详细信息

受复杂地质条件的影响,岩溶隧洞在施工过程中极易发生突涌水灾害。为准确评估岩溶隧洞突涌水风险等级,将结构方程模型(SEM)与改进的模糊综合评价法(FCEM)相结合,构建岩溶隧洞突涌水风险评价模型。从地形地貌、气象水文、地层因素、地质构造、岩溶水文地质、施工因素6个方面深入研究;利用SEM确定各指标标准化路径系数并求得其权重,运用改进FCEM法对岩溶隧洞突涌水风险等级进行评价;以滇中引水工程昆呈隧洞为应用实例,利用Crystal Ball软件验证模型的有效性。结果表明:昆呈隧洞有90%的几率处于52~73分值区间范围内(Ⅲ级风险),与现场实际情况一致,表明基于SEM-改进FCEM法构建的岩溶隧洞突涌水风险评价模型具有一定的适用性;其中岩溶水文地质、地质构造、气象水文是该隧洞的主要影响因素,施工中应加强对这几方面的监控和量测,避免发生突涌水灾害。研究成果可为类似岩溶隧洞工程提供参考。

关键词：岩溶隧洞突涌水结构方程模型(SEM) 改进模糊综合评价法(FCEM) 蒙特卡洛模拟昆呈隧洞滇中引水工程

基于DEMATEL-ISM方法的水电站机组检修作业安全事故致因链分析

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水利水电科技进展 2024年第1期44卷 37-43,51页

作者：晋良海张荣昊明华军李钰涵李晨曦邹颂香三峡大学水利与环境学院湖北宜昌443002 水电工程施工与管理湖北省重点实验室湖北宜昌443002 三峡大学安全生产标准化评审中心湖北宜昌443002 湖北安环科技有限公司湖北宜昌443002

针对水电站机组检修作业种类和危险因素多、安全事故频发等问题,通过文献挖掘与专家访谈方式,对水电站机组检修作业安全影响因素类别进行了划分。基于DEMATEL-ISM方法,构建了安全事故致因多层次递阶ISM模型来确定事故致因因素层级,通过... 详细信息

针对水电站机组检修作业种类和危险因素多、安全事故频发等问题,通过文献挖掘与专家访谈方式,对水电站机组检修作业安全影响因素类别进行了划分。基于DEMATEL-ISM方法,构建了安全事故致因多层次递阶ISM模型来确定事故致因因素层级,通过剖析事故致因因素的中心度和权重,挖掘关键致因因素和推求事故致因链的路径权重,厘定关键致因链。采用该模型对某水电站致因链进行了分析,结果表明,安全检查不到位为关键致因因素,“安全检查不到位→违规作业→设备的问题→粉尘、油漆等有害物质”为关键致因链。

关键词：水电站机组检修 DEMATEL-ISM方法事故致因链致因因素权重路径权重

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基于时空影像法的河道流速流量计算应用研究

武汉大学学报(工学版) 2024年

作者：陈华陈梦赵浩源香天元刘炳义王俊中国长江电力股份有限公司武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室长江水利委员会水文局

流量数据在水灾害防治、水资源管理、水环境保护和水科学研究中都发挥着重要的作用。传统的接触式流量测量方法在新时期的流域精细化、动态化管理需求下体现出一定的局限与不足，基于图像识别的非接触式测流技术为解决上述问题提供了全... 详细信息

流量数据在水灾害防治、水资源管理、水环境保护和水科学研究中都发挥着重要的作用。传统的接触式流量测量方法在新时期的流域精细化、动态化管理需求下体现出一定的局限与不足，基于图像识别的非接触式测流技术为解决上述问题提供了全新的思路。为了充分发挥图像识别技术在水文测验领域的优势，从而为我国的流量监测工作提供全新的解决方案，本文研究和建立了非接触式图像识别测流计算方法，包括基于时空影像的表面流速计算方法和基于指标率定法和表面流速系数法的河道流量计算方法，并以长江委水文局崇阳水文站为示范应用站，开展了流速流量的比测试验，验证了方法的可行性和准确性。研究结果表明本文所建立的非接触式图像识别测流方法计算便捷、新颖、精度高，具有推广应用价值，能为现代水文站建设提供重要科技支撑。

关键词：时空影像测速法图像识别表面流速计算流量计算