用人工神经网络反演扩散波方程

本文通过对人工神经网络与传统扩散波洪水演算方法的一致性研究,提出利用神经网络反演线性扩散波模型的方法,探索从一种新的角度研究洪水波运动传播特性的途径。本文利用断面实测洪水流量资料,应用神经网络对其进行训练,根据网络连接权值辨识扩散波方程的参数,并依据扩散波差分方程预测河道下游断面的流量过程。应用实例表明该方法的模拟精度满足要求,模拟效果良好。说明采用神经网络方法辨识出的扩散波模型能较好地描述洪水波的运动规律,而且,这将极大地扩展人们研究洪水波传播规律的手段和方法。

一类非线性扩散波方程的精确解

论文利用EXP-函数展开法,再次研究了一类非线性扩散波方程,获得了几种指数函数展开式型精确解,在一些特殊的参数条件下,这些指数函数展开式类型的解可以化为各种孤子解,包括孤立波解和纽子波等解.其中,这些指数函数展开式型的解与现有文献中该方程的解的结构是完全不相同的,是一些新类型的精确解.

扩散波方程的一种数值计算方法

根据扩散波的基本方程，推导仅含水位情况下扩散波的特殊方程；采用控制体积法、有限元法，导出这两种方法的扩散波数值计算模型，并证明在一定条件下两者的一致性．

扩散波方程的显示直接差分解

扩散波方程是一种既具有足够精度又便于求解的方法。本文着重探讨了扩散波方程数值差分解。利用直接差分格式的多样性,给出了扩散波方程的两种显式直接差分解,即相邻时段四点直接差分和蛙跳差分格式,并讨论了以上2种差分方程及其边界处的相容性、稳定性和收敛性条件。

一类扩散波方程的PDP反馈控制和稳定性分析

该文从简化的Hayami扩散波方程模型出发,建立了具有瞬时位置和时滞位置线性组合(PDP)的反馈控制模型,讨论了闭环系统解的适定性,然后利用能量范数构造Lyapunov函数,建立了闭环系统的指数稳定性.最后,将控制参数的取值范围与已有文献结果进行对比,得出了该文参数条件更为宽泛的结论,体现了PDP反馈控制器的优越性.

有限区间上的分数阶扩散波方程的解

考虑如下的分数阶扩散 波方程:Dαtu(t,x) = a2Dβxu(t,x), t >0,0< x < l,0<α≤2,0<β≤2,u(0,t) =0, u(l,t) =θ(t), t≥0,u(0,x) =φ(x), 0≤x≤ l(如果0<α≤1),ut(0,x) =0, 0≤x≤ l(如果1<α≤2).其中Dαt 和Dβx 分别为关于时间t 和空间x 的α次、β次 Caputo分数次算子, θ(t)为给定的函数. 利用 Dαt 和 Dβx 的变换, 给出该问题的解的表达式.

时间分数阶扩散波方程的无单元Galerkin法分析

利用无单元Galerkin法,对Caputo意义下的时间分数阶扩散波方程进行了数值求解和相应误差理论分析.首先用L1逼近公式离散该方程中的时间变量,将时间分数阶扩散波方程转化成与时间无关的整数阶微分方程;然后采用罚函数方法处理Dirichlet边界条件,并利用无单元Galerkin法离散整数阶微分方程;最后推导该方程无单元Galerkin法的误差估计公式.数值算例证明了该方法的精度和效果.

基于扩散波近似方程的降雨边界处理的改进

在降雨入渗模拟中,传统的降雨边界不能准确地反映坡面积水深度变化对坡面实际入渗率的影响。基于扩散波近似方程改进了传统的降雨边界,使得在强降雨条件下坡面积水深度动态变化可以和实际入渗率进行耦合计算,并且通过两个经典试验验证了改进边界的准确性。后将该改进边界用于工程实例计算,结果表明:(1)改进的降雨边界可以实现集中型降雨条件下流量边界与压力水头边界的实时动态转换;(2)当降雨边界为压力水头边界时,改进边界计算出的理论上坡面积水深度最深的位置出现在坡趾处;在降雨后期坡面退水阶段,积水深度可忽略不计,理论上积水深度最深的位置出现在平坦坡面与陡峭坡面的交汇处。

空间四阶-时间分数阶扩散波方程的一个新的数值分析方法

本文利用降阶法研究了空间四阶-时间分数阶扩散波方程的一个新的差分格式,用能量分析法证明了格式的无穷模稳定性和收敛性,并证明了格式的收敛阶为O(τ^(3-α)+h^2).最后,数值实验验证了格式的精确度和有效性.

有限区间上的分数阶扩散-波方程定解问题与Laplace变换

求解了如下的分数阶扩散-波方程定解问题0Dαtu=2ux2,0<x<1,t>0,0<α≤2,u(0,t;α)=0,u(1,t;α)=θ(t),u(x,0+;α)=0,当1<α≤2时,还有ut(x,0+;α)=0.其中θ(t)是Heaviside单位阶跃函数,0Dαt为关于时间t的α阶Caputo分数阶导数算子,u=u(x,t;α)为时间t的因果函数(即t<0时恒为零的函数).利用Laplace变换的复围道积分反演和离散化反演及FoxH函数理论,给出在计算上对大的t和小的t分别适用的解的表达式.

2+1-维扩散长水波方程的衰变解和其它精确解

应用齐次平衡法获得了 2 +1维扩散长水波方程的B cklund变换和一个线性偏微分方程 .从线性偏微分方程出发得到了 2 +1 维扩散长水波方程的多孤子解和单孤子解以及其它精确解 ,分析单孤子解 。

Neumann边界条件分数阶扩散波方程的源项辨识

对Neumann边界条件时间分数阶扩散波方程的源项辨识问题进行研究,构造一种改进的迭代正则化方法,得到源项辨识问题的正则化解,给出先验和后验参数选取规则下源项的正则化解和精确解之间的误差估计。数值算例验证了迭代正则化方法的有效性。

求解四阶多项时间分数阶混合扩散-波方程的二阶差分格式

为求解二维四阶多项时间分数阶混合扩散-波方程,基于降阶法将时间分数阶扩散项和分数阶波动项分别转换为时间分数阶积分项和扩散项,并在时间方向分别应用L2-1公式和分片线性插值方法进行离散,对空间四阶导数项也进行降阶处理,建立差分求解格式.利用能量分析法对所得格式的稳定性和收敛性进行严格分析,结果显示其无条件稳定且在时间和空间方向上都是二阶收敛.数值算例证实所得数值格式的精度和有效性.

有限区间上的分数阶扩散-波方程混合问题

利用分离变量法,Laplace变换及广义Mittage-Leffler函数,给出了有限区间上分数阶扩散-波方程混合问题的精确解．

基于遗传算法的扩散波洪水演算参数的确定方法

大量的理论分析和实际洪水演算表明,扩散波方法是一种既具有足够精度又相对简单的一类洪水演算方法。以线性扩散波方程在自由下边界条件下的解析解为例,利用遗传算法来确定扩散波方程的参数。遗传算法和一般的优化算法不同,它具有全局寻优能力,一般能得到问题的最优解或准最优解,是一类优秀的非线性函数优化方法。实例计算结果表明,采用遗传算法所得到的参数精度较高,可以类推到其它水文模型的参数率定中去。

基于扩散波和双向波的感潮河段水位演算研究

针对感潮河段水流情势复杂、不易获得河道地形资料的问题,考虑充分应用已有水位实测资料,采用扩散波和双向波方法建立感潮河段水位演算模型,扩散波方法以水位为研究对象,求解线性扩散波方程定解问题的解析解,双向波方法将洪水过程分解为上游洪水波和下游潮水波,分别应用水位演算方法将这两种波独立演算至计算断面,再将其演算结果进行线性叠加得到计算断面的水位过程。将上述两类模型应用于新沂河和楠溪江感潮河段水位演算中,模拟精度良好。

扩散波水位解析解模型的应用研究

扩散波方程被广泛地应用于河道洪水演算之中。考虑下边界的回水作用以及旁侧入流的影响，建立了扩散波水位解析解模型。由该模型可知，河道任一断面处的水位变化分别由上边界水位变化所造成的影响量、下边界回水控制的影响量以及由于旁侧流量加入的影响量三项叠加而成，这三项分别由它们所对应的响应函数来描述。将该模型应用于沂河水位演算之中，得到了较高的计算精度。

下边界条件为水位流量关系的扩散波洪水演算方法研究

经大量的理论分析和实际洪水演算表明 ,扩散波可较好地反映洪水波的运动特点。本文基于河道下断面的水位流量关系和连续方程的联立求解 ,导出了水位流量关系型的下边界条件。利用Laplace变换 ,得到了扩散波方程在该边界条件下的解析解。文中的求解过程表明 ,可利用该法进行洪水演算 ,关键在于如何与实际洪水结合 ,这个问题有待进一步地分析研究。

线性扩散波洪水演算方法的应用研究

求解了线性扩散波方程在自由下边界条件下的解析解 ,着重探讨了如何将扩散波解析解用于天然河道的洪水演算之中 .利用运动波差分解的数值扩散在一定条件下可以模拟扩散波物理扩散的概念 ,导出了一类推求扩散波方程数值解的方法 ,据此建立了具有预见期的洪水演算方法 .并将这两种方法应用于两条天然河道 ,均得到了较高的计算精度 .

基于神经网络参数辨识的洪水波特性研究

本文提出利用神经网络辨识扩散波参数的方法 ,探索从一种新的角度研究洪水波特性。应用实例表明该方法的模拟精度满足要求 ,模拟效果良好。说明建立的洪水波神经网络模型能较好地描述洪水波的运动规律。