网络球型摄像机瞬时视场的单点校正水位连续测量方法

基于网络球型摄像机进行洪水监测成为当今水利建设的热点之一,摄像机需进行旋转、焦距的放大与缩小等操作,才能在多视场进行流速、水位、流量一体化监测。由于摄像机传动装置制造的缺陷,在多视场切换时会出现预置点不能准确复位的问题而产生隙动差,这给从单张影像上解析水位、流速造成较大偏差,因此本文提出一种针对水位测量的隙动差校正方法。首先对预置点的水位尺进行精确标定,得到预置点水位方程参数,并在影像上选取两个特征明显的校正点;然后在连续监测中,将瞬时视场内校正点影像坐标按线性方法校正到预置点视场校正点;最后用预置点水位方程参数计算瞬时视场水位。经现场试验测试,不同瞬时视场校正点的影像坐标最大有8像素隙动差,产生水位误差达5 cm,而经本文方法计算的水位误差约为5 mm,说明本文方法对消减隙动差的影响是显著的。

数字孪生淠河建设实践与思考

数字孪生淠河根据淠河流域特征,以流域防洪需求为牵引,提出技术解决方案。在共享安徽省现有数据感知、网络传输、算力环境等基础上,建设内容包括流域数据底板、水利模型平台、水利知识平台等支撑平台,以及在上述支撑平台基础上建立防洪预报、预警、预演、预案“四预”应用。防洪“四预”应用以精细化洪水预报为预警、调度提供基础,洪水预警为下游圩区等保护对象提供多阶段预警,情景化洪水预演以实景化方式分析洪水影响,智能化方案实现防洪预案的快速、自动化生成。通过总结数字孪生淠河建设内容,进一步探讨数字孪生流域建设中存在的难点问题,为相关数字孪生流域建设提供借鉴。

基于时空变源分布式模型的流域洪水复盘分析方法——以海河流域北三河系“23·7”较大洪水为例

海河流域北三河系覆盖北京、天津、河北三省(直辖市),其防洪安全事关当地社会经济发展。为有效应对气候变化影响下极端暴雨频发所带来的洪水防御新挑战,提出了一种时空双维度流域性洪水复盘新思路,以“23·7”北三河系较大洪水为例,通过构建时空变源分布式水文模型结合暴雨时空统计分析对全河系洪水的发生、发展过程进行了模拟。模拟结果的确定性系数均大于0.7,洪峰相对误差均小于5%,所建模型可以较好地表征此次洪水的产流机制变化。分析发现,此次洪水过程中北运河流域产流以蓄满产流机制为主,潮白河流域产流则蓄满及混合产流两种机制均有体现,特别是靠近降雨集中区的山区平原过渡地带表现出明显的混合产流机制。建议在未来进一步完善流域防洪体系,重点提升该区域的水雨情监测能力。所提出的时空双维度下的流域性洪水复盘分析方法可为今后其他流域级洪水模拟复盘提供技术参考。

小型水库洪水预报模型研究及应用

针对缺资料地区小型水库入库洪水预报难的问题,构建了一种小型水库入库洪水预报模型,其产流模块采用SCS模型,汇流模块采用地貌瞬时单位线,模型参数基于高精度地形地貌数据确定,不依赖于实测流量资料进行模型参数率定,并在安徽省永堌水库进行了应用。采用1818号台风“温比亚”期间永堌水库强降雨洪水进行了验证分析,应用结果表明,构建的模型对该场次洪水过程两次洪峰模拟值与专家反推的入库洪峰较为一致,相对误差分别为3.2%和-11.8%,均在±20%以内,峰现时差均为0,径流深模拟相对误差为-19.2%,确定性系数为0.949,说明建立的小型水库入库洪水预报模型对本次降雨洪水模拟效果较好,对其他小型水库入库洪水预报具有较好的参考和借鉴意义。

基于分布式模型的流域洪水时空特征分析方法

为加深对极端暴雨条件下流域洪水形成机理的理解与认识,以“23·7”海河流域大清河特大洪水为例,提出一种基于分布式模型的流域洪水时空特征分析方法。采用时空变源分布式水文模拟方法,分别构建覆盖大清河南、北两支的分布式水文模型,开展分组并行模拟。结果表明:14个站点模拟洪峰误差平均值小于5%,纳什效率系数平均值为0.7,模拟结果较好。“23·7”特大洪水大清河北支平均径流系数为0.55,远高于南支流域(0.27),致灾洪量主要来自北支。北支流域在洪水过程中呈现超渗、蓄满混合产流模式,当该区域累计雨量超过107 mm时,流域出现蓄满地表产流,当小时雨量超过15.3 mm/h时,则可能出现超渗地表产流;对比大清河系南支,北支流域缺少大型控制性水利工程也是导致本次大清河特大洪水灾害发生的另一主要原因。

雨带北移影响下永定河泛区防洪情势

采用国产水动力学模型(integrated flood model system,IFMS),对“23·7”海河流域永定河系特大洪水中永定河泛区洪水演进及淹没范围变化进行精细化模拟复盘。将模拟结果与卫星遥感监测获取的泛区淹没范围进行对比,最大淹没面积误差仅为8.8%,验证了该模型在永定河泛区洪水模拟中的可靠度。构建的永定河泛区模型可以准确反映分洪口门启闭、蓄滞洪量变化及泛区进退洪淹没过程。基于该模型,进一步研究雨带北移对该地区未来防洪情势的影响。结果表明:同等重现期的设计洪水受雨带北移影响后,将导致泛区防洪情势愈加严峻,雨带北移影响下的20 a一遇设计洪水最大淹没范围与现状情景下50 a一遇设计洪水最大淹没范围持平。因此,为更好地应对未来防洪情势的发展,需要针对永定河泛区提出更加合理的防洪规划并科学制定工程与非工程相结合的防洪措施。

光动力疗法在胆管癌诊疗中作用机制研究进展

胆管癌是一种罕见但危险的肿瘤,具有早期诊断率低、预后不良等特点,临床上手术切除是根治胆管癌的有效手段,但术后复发率高,而放化疗、介入治疗疗效尚不尽满意。光动力疗法利用光敏剂和激光进行肿瘤治疗,在胆管癌应用中已取得了初步成效,但关于光动力疗法对癌细胞的作用机制还需要深入研究。本文通过对光动力疗法在胆管癌治疗中免疫治疗、血管生成抑制、抗氧化剂及热休克蛋白等机制,以及对光动力疗法联合靶向药物/放射治疗联合作用做一综述,旨在为临床上胆管癌的治疗提供理论依据参考,以期为临床上胆管癌的综合治疗提供安全、有效的治疗手段。

基于激光扫描的高边坡危岩体识别及锚固方法研究

利用三维激光测量技术获取高陡边坡的高密度点云坐标数据,建立高边坡表面模型。基于三维激光点云数据提取高陡边坡的岩体结构面的产状和几何信息数据。在此基础上,提出危岩块体的识别方法,即将高陡边坡的危岩体点云数据进行构网,形成为块体单元,然后利用虚拟结构面对块体单元进行分割,形成空间块体模型,并根据危岩体失稳类型对空间块体模型进行分类。基于极限平衡理论和各类危岩的破坏机制以及作用在危岩体上荷载组合,建立危岩体锚固计算方法。将该方法应用于东平白佛山边坡的危岩体调查及治理中,根据白佛山边坡危岩体的主要荷载类型(如自重、裂隙水压力和地震力等)及不同类型的危岩体稳定系数,计算不同类型危岩体的最小锚杆数。研究结果表明:(1)三维激光扫描技术可以远距离、快速获取高陡边坡的空间坐标数据,进而获取岩体结构面的空间信息和产状;(2)基于危岩体空间坐标数据、结构面空间信息和不同荷载组合,可进行危岩体分类和锚固计算,得到危岩锚固所需的锚杆或锚索数,为危岩锚固治理设计提供依据。工程实例表明,该方法具有较强的适用性和可靠性,有助于高陡边坡危岩体加固方案的设计和优化。

基于三维激光扫描技术的矿山地形快速测量的关键技术研究

介绍利用三维激光测量技术进行矿山复杂地形测量的流程与方法,提出基于网格分块的激光点云数据非地面点的快速过滤方法,并详细介绍移动最小二乘法拟合地形表面的DEM方法和采用三次B样条曲线拟合地形等高线方法等关键技术。在此基础上,利用IDL语言编制基于激光点云数据的矿山测量快速出图软件LIDARVIEW。该软件具有激光点云快速处理(包括点云删除、过滤、合并和抽稀等)、地物快速绘制、DEM和等高线生成等功能。最后以实例说明如何利用三维激光扫描仪和LIDARVIEW软件实现矿山地形的快速测量与绘制,以得到矿山数字地形图、DEM数据和等高线等成果。

应用激光扫描技术进行岩体结构面的半自动统计研究

以力丘河某边坡裸露岩体结构面的快速统计为例,提出了利用三维激光测量方法进行岩体结构面的半自动快速统计方法。详细介绍了三维激光扫描仪和高精度GPS的联合测量方法,激光点云数据的坐标转换和边坡表面三角网重构方法。在此基础上,研究了采用三维激光点云数据和三角网数据进行岩体结构面平面方程的半自动拟合方法、岩体结构面法向量和产状的关系等。利用得到的岩体结构面产状快速绘制岩体结构面密度图、玫瑰图、极点图和赤平投影图,得到了该边坡裂隙结构面分布规律和几何信息等。和传统方法相比,该方法具有快速测量和远距离测量的优点,且减少了攀爬高陡岩坡的危险。

基于激光点云数据的岩体结构面全自动模糊群聚分析及几何信息获取

岩体结构面的优势产状和几何信息是评价岩体结构面发育的重要指标,而传统的罗盘测量方法往往无法测量高陡边坡和危险边坡,且无法精确获取岩体结构面几何信息等。三维激光测量技术可以远距离获取裸露岩体坡面的高精度三维激光点云数据,进而可获取结构面的几何信息和实现全自动模糊群聚统计分析。对高精度激光点云数据进行三角网重构,计算重构的三角网平面方程的法向向量及产状,利用模糊C平均群聚方法对结构面产状进行群聚分类,并采用不同颜色表示结构面的群聚分类结果。在此基础上应用IDL语言编制基于海量激光点云数据的岩体结构面自动统计分析软件FSS,将该方法应用于怀柔桥梓镇一裸露岩石边坡结构面优势产状的统计分析中,统计结果表明,该方法具有快速和远距离测量的优点,且结构面群聚分类结果可靠、合理。

双层堤基管涌溃堤砂槽模型试验及渗流场特点研究

对双层堤基管涌溃堤进行了砂槽模型试验,对模型试验的流量和时间比尺进行了分析和讨论。通过有限元数值模拟,研究了管涌溃堤过程中渗流场变化的特点,分析并解释了砂槽模型试验中出现的难以理解的现象,对管涌发展机理和渗流场变化特点有了更深入的认识。

基于激光点云数据的裂隙岩体渗流场的无单元法模拟

利用三维激光扫描技术获取岩体表面高精度激光点云数据,进而得到岩体裂隙网络的几何信息和产状分布情况。研究基于激光点云坐标数据求解含复杂裂隙网络岩体二维渗流场的无单元法,采用罚函数法处理渗流边界条件,并推导无单元Galerkin法的基本方程和积分格式。该方法首先将激光点云数据经坐标投影和抽稀后作为无单元模拟的节点坐标数据;然后结合岩体裂隙网络的几何信息,采用无单元法计算渗流场,进而分析岩体的渗透特性。该方法具有以下优点:(1)可以精确获取高陡边坡的裂隙产状、位置坐标、长度和开度等几何信息;(2)直接将激光点云作为无单元法节点,减少生成裂隙网格和生成节点坐标的工作;(3)将裂隙网络采用裂隙渗透张量表示,可以对非连通裂隙、不同开度和不同充填程度的裂隙进行模拟。在此基础上,应用IDL编制基于海量激光点云数据的岩体裂隙产状分析和无单元法渗流场数值模拟软件LIDAREFM,并计算怀柔县桥梓镇一裸露岩石边坡的渗流场。计算结果表明,该方法是可行、有效的,计算得到的渗流场分布及特性能够反映岩体裂隙网络对渗流场的影响。该方法为研究裂隙岩体真实渗流场分布提供了一种新的研究思路。

双层堤基管涌模型试验尺寸效应的数值模拟

借助双层堤基砂槽模型试验的成果,建立双层堤基管涌动态破坏过程的数学模型和模拟方法。采用数值仿真方法研究双层堤基管涌模型试验的模型尺寸效应的规律和机制,提出双层堤基管涌小尺寸的模型试验的修正方法。研究结果表明:(1)采用概化的数学模型可以很好地模拟堤基管涌模型试验结果的尺寸效应影响及管涌动态发展过程,计算结果和试验结果吻合较好,同时得到不同模型砂样内部的渗流场分布和一些难以观测到的数据。(2)模型尺寸对堤基管涌的临界水头、发展过程有较大影响,临界水头随模型宽度和深度的增加而减小,但减小的幅度逐渐减小。(3)通过理论和数值模拟分析,现有模型试验结果受模型尺寸影响较大,对现有模型进行改进,模型宽度增大为堤身长度(试验模型槽管涌口至上游临水面的距离为1.4 m)的1.7倍,模型深度增大为堤身长度的0.85倍。改进后管涌破坏区的影响半径约为堤身长度的0.85倍。

面板裂缝对积石峡水电站大坝渗流场影响的数值模拟

基于面板等宽缝隙稳定流的运动规律,采用裂缝面单元法建立了混凝土面板裂缝的渗流计算模型,实现了渗流全场和裂缝渗流分析的统一。在此基础上编制了含裂缝面单元的三维渗流场有限元计算软件GWSS,利用该软件对积石峡水电站大坝正常运行和发生竖向裂缝的工况进行渗流场分析,获得了大坝面板产生裂缝后的渗流场分布规律。计算结果表明,不同位置、长度和宽度的面板裂缝对大坝渗流场、渗流量和渗透比降影响不同,上部裂缝对大坝渗流场的影响较小,下部和中部裂缝的影响较大。一旦面板发生裂缝,面板附近、垫层和过渡区出现较大渗透比降,且随着与裂缝距离的增大而快速衰减。

溪古水电站左岸三维渗流场有限元分析

溢洪洞和排沙洞是溪古水电站重要组成部分,它们往往承受较大的外水压力,而排水孔是降低外水压力最好的渗控措施。为详细了解溪谷水电站左岸山体的渗流场分布以及溢洪洞和排水洞密集排水孔的排水效果,采用有自由面渗流求解的改进截止负压法和排水子结构法等渗流场求解技术,对溪谷水电站左岸溢洪洞和排沙洞三维渗流场进行了有限元数值模拟计算,重点研究了设置排水孔前后左岸岩体渗流场变化和不同排水孔间排距对岩体渗流场影响,给出了左岸溢洪洞和排沙洞优化排水设计方案。

三星堆月亮湾城墙遗址覆土方量计算

利用三维激光扫描技术获取三星堆月亮湾城墙遗址区高精度三维激光点云,实现了任意边界挖填方量的精确计算。采用IDL编制了海量激光点云存储与管理软件LIDARVIEW,应用海量激光点云网格分块技术和动态四叉树空间索引方法实现了海量激光点云数据的存储与管理。提出基于网格分块的地表植被和建筑物的自动过滤技术,建立三星堆月亮湾城墙遗址现状地表的DEM模型。结合三星堆月亮湾城墙遗址的覆土设计方案,得到月亮湾城墙遗址覆土后地表DEM数据和覆土四周边界数据。最后利用覆土前后地表的DEM数据,对三星堆月亮湾城墙遗址覆土方量进行计算。工程实例表明,该方法可以快速、高效地解决复杂工程的挖填方的方量计算。

高密度电法仪在工程隐患探测中的应用

利用引进的高密度电法仪,对一些实际工程隐患进行了调查,证明该技术在采空区调查、防渗墙渗漏检测和堤防缺陷调查等领域均具有很大技术优势,所获得的信息对于工程建设具有一定的参考意义。

单层堤基管涌侵蚀过程的模型试验及数值分析

利用砂槽模型试验研究单层堤基的管涌侵蚀破坏过程,并建立单层堤基管涌侵蚀破坏发展过程的概化数学模型和数值模拟方法。结合模型试验结果和数值模拟结果,分析单层堤基管涌侵蚀破坏的机理及侵蚀破坏过程。研究管涌局部破坏的临界比降及不同渗径长度对管涌侵蚀破坏的影响。计算结果表明:①模型试验和数值模拟结果较好地揭示单层堤基管涌侵蚀破坏过程,即当上游水头低于临界水头时,管涌存在发生、发展和停止的过程。当上游水头大于临界水头时,管涌将持续发展并最终导致溃堤破坏,计算结果和试验结果吻合较好;②得到砂样内部的渗流场分布和一些难以观测到的数据,较好地解释模型试验的一些现象,提高对管涌溃堤机理和过程的认识;③单层堤基管涌破坏的临界水头和临界水平平均比降与砂层局部破坏的临界水平比降近似呈线性关系;④单层堤基管涌破坏的临界水平平均比降随着渗径长度的增大而增大,并且大体上呈线性关系。

中小流域时空变源混合产流模型及参数区域化方法研究

针对山丘区中小流域洪水预报面临的产流机制混合多变和模型参数难以获取的问题,提出了适用于缺资料地区的中小流域时空变源混合产流模型和基于机器学习CART的参数区域化方法。在小流域地貌水文响应单元划分基础上,利用GARTO非饱和下渗计算模型,从超渗/蓄满机制的平面混合、垂向混合和时段混合三个方面构建时空变源混合产流模型,并采用机器学习CART方法进行模型参数区域化研究。选取不同地貌类型区的15个流域和河南省19个小流域实测降雨径流资料分别对模型适用性和参数区域化方法进行了验证。结果表明,通过与国内外8个水文模型的对比验证,时空变源混合产流模型模拟平均纳什系数为0.78,比其他模型提高约20%;利用本模型和CART参数区域化方法在河南省19个流域计算的平均纳什系数为0.70,比参数随机移植结果提高了35%,本模型和参数区域化方法在山丘区中小流域洪水模拟中应用效果较好。