复杂场景下无水尺水位的影像水位反演智能检测方法

实现精细化水务管控和洪涝灾害预警,需要实时、准确感知水位突变事件。现有技术不能满足夜晚、雾霾、雨天、雪天、漂浮物遮挡及阴影等复杂恶劣环境下的水位识别需求。为此,本文提出一种融合改进YOLOv5与卡尔曼滤波原理的无水尺水位智能检测技术:①引入YOLOv5对水位线(水岸分界线)进行检测,并利用线性拟合方法获得实际水位线;②针对水位线在延伸方向无限大而在其法向无限小特点,提出强化中尺度特征的多层级特征融合方法改进原YOLOv5算法;③利用卡尔曼滤波引入水位历史信息作为先验知识,提高本技术对复杂恶劣环境的泛化性能;④将图像中事先标定的固定的标志物加入到深度学习网络中训练,根据标志位真实尺寸解算实际水位高程,实现无水尺检测方案。相关试验和实践表明,改进的YOLOv5更加轻量化;本文所述水位智能检测技术斜率准确性为97.3%,较原算法提高了2.4%;截距准确性为99.3%,较原算法提高了0.5%;在夜晚、雾霾、雨天、雪天、漂浮物遮挡及阴影等复杂恶劣环境下可以自动、准确识别出水位高程,误差小于0.1 m。

高潜水位采煤沉陷区资源化、能源化、功能化利用构想与实践

高潜水位矿区井工开采往往造成地表大面积沉陷积水,矿区生态环境发生变化,沉陷区国土资源由以土地资源为主转变为水资源为主、水土资源共存的局面。目前,采煤沉陷区水资源开发利用不充分,可再生能源开发、多能互补利用和废弃矿井抽水蓄能等方面具有得天独厚的条件和巨大发展潜力,采煤沉陷区国土空间功能也需结合现有条件重新定位与建构。在此背景下,提出高潜水位采煤沉陷区资源化、能源化和功能化利用构想。系统阐述了“三化”面临的科学问题,如采煤沉陷水域水资源量和水生态环境演变规律、地表残余变形规律;“三化”涉及的关键技术与模式,包括监测与评价技术,如“天-空-地-水-井”一体化协同监测技术体系、采煤沉陷区水生态环境调查评价方法、采煤沉陷区建设场地地基稳定性评价方法,以及治理利用技术及模式,如采煤沉陷区水生态环境修复技术模式、采煤沉陷区水资源保持与高效利用技术模式、水资源区域协调开发与高效利用技术模式、风光互补模式、制氢-合成氨-掺氨燃烧发电模式、废弃矿井抽水蓄能模式、农业用地功能构建(复垦地土壤重构)技术、建设用地功能构建(采空区注浆地基加固)技术、生态用地功能构建(地表水系重构与生态湿地建设)技术;并从产业融合、资金筹集、科技创新、区域统筹等方面提出了具体的政策建议。

基于融合注意力机制LSTM网络的地下水位自适应鲁棒预测

地下水水位是旱天污水管网地下水入渗量的重要影响因素,快速精准地预测地下水水位能有效提升旱天污水管网地下水入渗量估算准确度,辅助优化管网病害治理与维护策略。针对目前城市复杂水文预测存在的准确度低、灵敏度低、泛化能力弱等问题,本文提出了一种新的鲁棒自适应水位预测算法。首先,对水文数据进行预处理,解决了数据时间跨度大、噪声多、缺失及异常、非平稳等问题。其次,针对不同输入特征对预测指标的影响,在模型训练阶段提出一种新的空间变量注意机制,可快速识别与水位关联的关键变量,并对输入特征赋予不同的影响权重。然后,针对不同序列长度对预测效果的影响,还设计了自适应时间注意力机制,帮助网络自适应地找出与不同时间序列长度预测指标相关的编码器隐藏状态,以更好地捕捉时间上的依赖关系。在此基础上,以上下文向量作为输入,提出一种融合注意力机制的长短时记忆网络水文预测算法。最后,通过意大利Petrignano水文数据验证了所提算法的有效性,并与GRU、Elman、LSTM、VA–LSTM和S–LSTM等方法进行预测性能比较。结果表明,基于融合注意力机制的LSTM网络在面临大规模、噪点多的复杂数据时有优于其它几种算法的预测效果,表明该算法具有强自适应性和鲁棒性。本文研究结果可以为市政排水策略合理调整、及时控制提供参考。

水利工程泄洪运行后的设计洪水位复核

为分析洪水期水闸运行后的防洪情势特征,文章以南四湖韩庄闸为例,基于2001—2021年汛期逐日水位流量与闸门开度,分析计算了闸上水位与附近站点的水位、流量关系规律,并运用两种方法试算确定了工程设计洪水位和校核洪水位。结果表明:闸上水位与韩庄(微)、微山两水位站之间的相关关系总体较好,但在水闸大流量泄洪影响下,韩庄闸水位-流量关系紊乱无规律,增加了防洪管理与调度的难度;现状条件下水闸设计洪水位较原设计值平均低9.5cm,校核洪水位较原设计值平均低12.5cm。

华北地区深井水位对飑线天气过程的水力响应

为探讨华北地区飑线天气对深井水位干扰的特征和影响机制,以2017年9月21日发生在华北中部的一次飑线事件为例,使用时频分析和线性回归等方法系统地诊断了此次飑线对无极、辛集、永清和宁晋等四口千米级深井的水位扰动特征。结果表明:在宏观层面,飑线过境各深井时会引起气压快速涌升,在气压的激励下,深井水位出现了即时的脉冲状波动,该干扰的持续时间可长达127 min;此次飑线过程中周期性气压波动的主频段为15—25 cpd,在该频段内,各深井水位与气压扰动的形态高度负相关,相关系数均低于-0.95,气压系数主要集中在-4.9—-6.9 mm/hPa之间。

关于加强水库大坝下游水位监测的认识与建议

下游水位监测是1级~5级水库大坝必设的安全监测项目,但在实际建设过程中常常被忽视或误解,不利于充分发挥监测系统作用。通过设置下游水位监测,可以确定准确完整的坝体浸润线位置,支撑智慧水利建设;定量分析监测断面的防渗效果与渗流安全性态,提高渗流安全监测资料分析深度;为大坝渗流计算提供可靠的重要边界条件参数,提升渗流计算成果可靠性与准确性。下游水位监测对大坝安全监测以及大坝安全管理至关重要,建议有条件的水库补充设置下游水位监测,进一步完善大坝安全监测系统。

江苏省平原水网区河湖生态水位确定探索与实践

保障河湖生态流量,事关江河湖泊健康。本文在分析江苏平原水网区域特点的基础上,选择生态水位作为河湖生态流量的表征指标,根据水利部确定的江苏省26条全国生态流量保障重点河湖名录,科学选定控制断面,采用1990—2020年水文序列资料,选用Qp法分析计算90%、95%、99%保证率下的水位,同步对比分析近10年最枯月水位、最低通航保证水位,最终确定了26条河湖的生态水位。通过制定保障措施方案、开展监测预警评估、强化统一调度管理等措施,全面保障区域河湖生态水位,为平原水网地区河湖生态水位的确定与保障提供了经验。

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。

降雨和库水位变动联合作用下滑坡位移加权反分析及监测预警方法

降雨和库水位变动是诱发大型库岸滑坡体持续变形甚至失稳的主要外在因素。针对以上两种因素联合作用下滑坡体的变形特征,本文提出一种基于多源数据的“反演-评估-融合-预警”四步式滑坡监测预警方法。该方法采用趋势项位移进行力学参数反演,有效避免了降雨、库水位变动等外在因素对反演结果的影响。同时,采用熵权值构建了反演目标函数,借此考虑了不同位置监测点对反演结果的影响程度。此外,考虑了滑坡体自身的地质条件和坡体结构对监测预警的影响,综合运用安全系数和综合变形速率构建了具有地质和力学基础的预警模型。采用本文方法对贵州三板溪水电站东岭信滑坡体进行了力学参数反演和监测预警,结果表明:该滑坡体整个监测期间的安全系数在1.25~1.70之间波动,整体状态呈下降趋势,基于安全系数的角度判断其尚处于稳定状态;综合变形速率呈现上、下波动趋势,与安全系数在变化规律上具有高度的相关性,两者可以从整体上表征该滑坡体在降雨和库水位变动联合作用下稳定性的演进过程;当前监测时刻点的综合变形速率是0.0599,根据分级预警模型判断此滑坡体当前处于稳定变形阶段(Ⅰ级预警),与安全系数的判断结果具有一致性。

水位差法模拟波浪荷载作用下大直径圆筒稳定性离心模型试验研究

某人工岛护岸工程采用大直径圆筒结构,结构直径和高度尺寸较大,工程所处位置波浪条件恶劣。采用水位差法等效模拟波浪荷载,开展波浪荷载作用下大圆筒施工期稳定特性离心模型试验研究,结果表明,在25 a一遇波吸力荷载作用下,筒体位移模式近似平移,侧向位移量约353 mm,筒顶沉降约为187 mm,施工阶段钢圆筒整体稳定;筒壁环向拉应力均值约为90 MPa,处于钢圆筒材料允许应力范围内;筒壁海侧土压力值随水位差增大至峰值后趋于稳定,表明筒体与周围邻近土体之间没有新的相对位移趋势,大直径钢圆筒护岸结构在波浪荷载作用下是稳定安全的。

控制性供水湖泊旱限水位确定方法——以洱海为例

旱限水位作为干旱预警以及工程抗预案的重要指标和依据,对科学指导湖泊开展抗旱调度具有重要的作用。本文针对控制性供水湖泊的特征,在充分考虑湖泊自身生态健康稳定的同时,结合湖泊兴利调节逆序递推计算,提出了一种控制性供水湖泊旱限水位计算方法,以洱海为例,验证了该方法的合理性。结果表明:通过设定旱限水位,在考虑湖泊最小生态需求的基础上,通过在干旱前期预留水量,可有效缓解干旱年份的湖泊周边地区的严重缺水情况;在设置旱限水位后,连旱最不利年份下洱海环湖供水缺水量减少1023万m^(3),引洱入宾农业灌溉用水减少1016万m^(3),环湖城市供水、引洱入宾灌溉严重缺水月数分别减少11、10个,低于最低生态水位月数减少15个。本研究为水旱灾害防御部门制定湖泊旱限水位、指导湖泊开展抗旱调度提供了一套通用算法,能够为干旱防御决策提供科学依据和技术支撑。

水位变化下浅埋盾构隧道开挖面渗透力与稳定性研究

为分析临江地区透水地层浅埋盾构开挖面渗流作用下的稳定性,结合安庆市沿江东路管廊盾构段典型断面,建立浅埋盾构三维流固耦合数值模型,分析水位变化、土体力学性质对开挖面稳定性影响以及渗透力的变化规律,明确浅埋盾构渗透作用下开挖面的失稳形式,建立区别于传统破坏模型的圆台-弧转体数学模型,提出一种基于极限分析上限法且考虑渗透力作用的极限支护压力的计算方法,并与已有研究结果相对比,验证该方法的可行性;根据该方法分析水位、土体力学参数、盾构掘进参数对极限支护压力的影响。研究结果表明:黏聚力及内摩擦角增加会导致破坏区高度显著减小,而水位增加会导致破坏区高度及长度显著增加;开挖面上渗透力随开挖面与拱顶的距离增大而增大,渗透力随水位变化呈线性变化,平均渗透力随水位变化率为2.75 kN·m^(-3);极限支护压力随黏聚力、水位呈线性变化,随摩擦角呈非线性变化;结合开挖面前方土层土体力学性质,极限支护压力随水位变化率为5.11~5.75 kPa,与实测土仓压力变化率6.38 kPa较吻合,控制土仓压力在80 kPa以上时能有效保证开挖面稳定。

基于排水系统主动降水位的污涝同治方案设计

合流制排水系统具有投资少、工期短、见效快等优点,但也容易导致污水管网高水位运行,反噬下游地区排水系统安全,导致旱季污水溢流入河污染水环境,雨季内涝积水影响水安全。通过研究污水泵站进水管水位变化,查明了D片区污涝矛盾突出的原因。采取熔断措施构建独立排水区域后,排水管网水位降低1.6 m以上,开闸次数由83次/年降低到17次/年,COD入河量减少248.4 t/年,氨氮19.7 t/年,保障河道水质达到Ⅴ类。

两坝间河道高含沙水流驱动的下游船闸阀门井水位异常特征分析

葛洲坝船闸充水阀门井与输水廊道进水口水体相连,1993年洪季期间曾发生过阀门井水位异常升高,影响船闸设备设施安全等问题。为分析葛洲坝一号船闸充水阀门井水位异常升高的根本原因,基于Mike三维水沙数值模型,模拟分析了不同流量和含沙量级别下的河道水流和含沙量垂向分布结构特征,进而计算阀门井水位异常升高值与河道水流和含沙量的关系,反演1993年洪季葛洲坝一号船闸两个阀门井出现的水位异常现象。研究结果表明,葛洲坝一号船闸阀门井水位异常超过阈值0.5 m的流量和含沙量条件分别约为(30 000 m^(3)/s, 2.85 kg/m^(3)),(40 000 m^(3)/s, 1.42 kg/m^(3)),(50 000 m^(3)/s, 1.23 kg/m^(3))。受三峡水库及上游梯级水库蓄水拦沙、退耕还林政策等因素的影响,未来葛洲坝船闸出现高含沙水流导致阀门井水位异常升高>0.5 m的可能性极小,但在三峡水库排沙泄洪期间仍应引起重视。研究成果可为葛洲坝一号船闸安全营运和科学管理提供参考依据。

高地下水水位冻土区梯形渠道衬砌冻胀破坏断裂力学模型

冻胀荷载作用下初始裂纹的形成、扩展导致衬砌结构的断裂是寒区衬砌渠道冻害的主要原因之一。在已有研究基础上,综合考虑地下水水位影响的梯形渠道冻胀力学分析方法及线弹性断裂力学理论,提出高地下水水位梯形渠道冻胀断裂力学分析框架。该模型将衬砌结构表面初始裂纹的失稳扩展及开裂破坏简化为Ⅰ型断裂力学问题,并提出应力强度因子与危险截面位置的计算方法。以塔里木灌区某梯形渠道为原型分析地下水埋深w对衬砌各截面应力强度因子K_(FⅠ)(x)及合理板厚d r的影响规律。结果表明:地下水补给条件对K_(FⅠ)(x)的大小影响显著;当w减小时,K_(FⅠ)(x)呈非线性增大,此时渠道冻害风险也增大,与事实相符。地下水埋深越浅,保证结构安全所需衬砌板的合理厚度d r越大;当地下水埋深为3.0 m时,建议使用的合理板厚为9.0 cm。研究结果可为寒区渠道的抗冻胀设计提供科学依据。

基于水文水动力模型和机器学习模型耦合的河道水位预报方法

为探讨利用水文水动力模型和机器学习模型来提高河道水位预报精度的可行性,首先利用水文水动力模型进行河道水位预报,采用支持向量机模型对水文水动力模型的预报结果进行校正,进而构建了一种耦合水文水动力模型和机器学习模型的河道水位预报模型。在广州市南沙区蕉西水闸的应用结果表明,构建的耦合模型的预报效果优于单一的水文水动力模型,明显地提高了不同预见期下的水位预报精度;尽管随着预见期的增加,耦合模型的预报精度有一定的衰减趋势,但整体上仍优于水文水动力模型提供的水位预报结果。

地下水位变化对砂土地层地铁隧道沉降影响试验研究

为考察地铁运营后列车载荷和地下水对隧道造成的影响,对某砂性土地层城市中某一地铁盾构隧道区段运营6年间的沉降变形进行实测观察;根据实测所得沉降规律,设计并开展缩尺模型试验,研究车致振动条件下因地下水位变化产生的隧道沉降规律。结果表明:随着时间推移,隧道各测点所得数据呈现一定的周期性上升与下降变化趋势,前2年隧道总体上浮,之后略有沉降,第3年后虽有波动但基本未发生进一步沉降,第6年后隧道最大沉降不超过3 mm;砂性土地层中,地下水位变化会造成重塑土层内部应力变化,且振动荷载会导致土体颗粒结构重新调整至密实,易导致隧道发生沉降,因此不能忽视地铁周围施工降水给隧道带来的不利影响;土体振密及因地下水产生的浮力共同作用,导致隧道的上浮及沉降。相比于软土地层,砂性土地层中盾构隧道的沉降速率明显更低且沉降基本稳定时间更短,2种地层下的沉降规律、影响因素完全不同,各地层下的沉降分析理论亦无法相互适用。

高潜水位采煤沉陷区微塑料赋存特征及风险评估

为探明高潜水位采煤沉陷区微塑料污染赋存特征及其环境风险,选取安徽省淮南市春申湖、舜耕湿地公园两个典型采煤沉陷区为研究区域,采集了表层水体,底泥及周边农田土壤样品,采用体视显微镜、扫描电镜、红外光谱对微塑料尺寸、形状、颜色及丰度等赋存特征进行表征.结果表明:采集的样本中多为纤维微塑料和薄膜微塑料,类型主要以聚乙烯,聚丙烯为主,颜色以黄色和透明为主,粒径大多小于500μm.采煤沉陷区的地表水丰度范围为0.77~7.1pcs/L,沉积物微塑料的丰度范围为540~2800pcs/kg,周边农田土壤微塑料的丰度范围为380~2380pcs/kg.采用污染负荷指数(PLI)模型进行评估,地表水和农田土壤的风险评估都为于Ⅰ级,属于轻微污染,而沉积物中的微塑料风险评估为Ⅱ级,属于中度污染.

昌景黄铁路南昌东站抗浮设防水位研究

研究目的:抗浮设防水位是站房基坑工程中一个十分重要的参数,其数值过高会极大增加工程造价,过低又存在工程风险。现行的规范只有原则性的规定,没有也不可能有量化的取值标准。因此,对于有大型基坑的车站工程,进行抗浮设防水位的专项勘察研究,具有重要的工程意义。本文以昌景黄高速铁路南昌东站基坑工程为例,通过现场实测的孔隙水压力、室内外渗透性试验、地下水渗流场模型试验等方法,对抗浮设防水位的确定进行研究。研究结论:(1)抗浮设防水位建议值:使用期可按场坪标高以下0.5 m(即绝对标高20.00 m)取值,施工期按场坪标高(即绝对标高20.50 m)取值,如后期拟建工程的场坪标高有调整,建议使用期按调整后的场坪标高以下0.5 m取值,施工期按调整后的场坪标高取值;(2)工程场地瑶湖、赣抚平原总干渠和抚河等地表水与地下水难以形成水力联系;地下水的承压水与基岩裂隙水存在直接的水力联系,承压水向基岩裂隙中渗流,在基岩裂隙水丰富且具有承压性的区域,基岩裂隙水向上补给承压水;(3)拟建工程场地中,上层滞水和承压水均位于拟建建筑物基底以上,对工程有较大影响,地下水水位的变化对拟建建筑物的抗浮设防设计有重要的影响;(4)上层滞水远期最高水位按工程建设后的地坪标高考虑,承压水远期最高水位标高按19.00 m考虑;(5)本研究成果可为类似工程抗浮设防水位的确定提供借鉴与参考。

引江补汉工程丹江口下游近坝段枯水期通航水位恢复试验研究

引江补汉工程补水口位于丹江口大坝下游安乐河出口约5 km处,且补水量与调水量基本一致,工程对航道的影响主要体现在减水段,为恢复枯水期通航水位需要开展航道综合治理。利用河工模型试验论证了综合治理方案的效果,并对方案进行了优化及进一步论证。结果表明,减水-补水212 m 3/s方案尾门水位分别为86.47、85.90 m条件下,引航道口—黄家港段水位下降,黄家港以下水位保持不变,其中引航道口水位下降幅度最大,分别下降0.08、0.19 m;综合治理方案1实施后引航道口水位下降均为0.02 m,减水段的水位仍未恢复至调水前的水平,主因是从安乐河口补水的水流并未能进入到左侧主航道内;基于试验研究结果,建议对综合治理方案进行优化,在沧浪洲出水口下沿布置2道护底带;通过试验论证了护底带的4个高程,建议护底带高程为85.5 m,并对护底带高程进一步细化论证;优化后的方案可使引航道口至黄家港段的水位略超过调水前的水平,其中引航道口处最大水位抬高0.06 m。