上下游初始水深比对溃坝水流传播的影响

溃坝水流的传播很大程度上受着上下游初始水深比的影响,过去对溃坝洪水的试验研究很少涉及到上下游初始水深比大于0.5时的情形,大部分研究的系列性不足且较少关注洪水波在上游库区中的运动。作者在一个大尺度水槽(长18 m、宽1 m、高1.09 m)中,通过波高仪的测量手段对上下游初始水深比0～0.9范围内的大坝瞬溃洪水进行了大量实验,获取了许多新发现。研究结果表明:当下游无水时,溃坝水流波前区域的水深会出现明显的雍高,波前运动速度也明显低于Ritter解;当上下游初始水深比大于等于0.3时,溃坝水流演进一段时间后,在靠近闸门处会出现以波浪形式向库区演进的额外负波,该负波不同于以往研究中定义的与上游静水区衔接的负波;当上下游初始水深比大于等于0.5时,溃坝水流运动的稳态区会出现明显的波动,水流以波浪形式向下游演进,其中第1个出现的波浪波峰高度最高且在演进的过程中基本维持高度不变,但产生的这些波浪数量有限,波浪演进过后的断面水深会逐渐恢复稳定,且稳定后的水深与Stoker解符合较好。在试验观测到的范围内,同一水深比时,与上游静水区衔接的负波波速在演进的过程中不断降低至稳定值,而第1个出现的额外负波波速不断增加;下游波前的演进速度基本维持不变,而下游第1个出现的波浪波速会增加;另外,随着水深比的增加,第1个出现的额外负波波速变大,而下游第1个出现的波浪波速变小。从两组不同上游水深在同一水深比时各水力要素的对比情况中发现瞬时溃坝水流的运动在湿底情况下依然具有很好的相似性。

不同坝高水深比对丁坝群冲刷深度的影响研究

丁坝施工工法为目前国内治理规划常见的工程手段,本试验借由长直渠槽,于非均匀粒径条件下进行丁坝群试验,设计不同坝高水深比案例,分别观察丁坝群的冲刷深度变化,了解水流冲击丁坝群的冲刷机制。

基于跌坎压力自相似分布的明渠水深−流量关系推求

明渠流量计量是高效灌溉、合理分配水资源和进行用水有效管理的重要手段。跌水是常见的明渠水流上下游衔接的水利设施。当跌落水流不受跌坎下游水流影响时形成自由跌流,可用于明渠流量的精确计量。受自由跌流影响,跌坎断面水流由缓流向急流转变,压力分布显著偏离静水压力分布规律。而获得跌坎压力分布及其准确描述方程则正是明渠自由跌流流量公式推求的关键,其准确与否决定了利用跌流进行流量计量的精度。本文首先通过模型试验和数值计算对矩形明渠自由跌流的断面压力分布特征进行研究,而后利用理论推导建立了明渠跌流的水深−流量关系公式。研究发现,明渠跌水跌坎断面压力呈典型自相似分布规律,其无量纲压力值分布倾向于一条曲线,压力最大值为0.238he(he为跌坎水深),出现在竖向距跌坎0.209he水深处,并且压力自相似分布规律与明渠流量、渠道底坡和边壁糙率无关。在此基础上,结合幂函数和尾迹函数提出了描述跌坎断面压力分布的函数方程,并给出了最大压力和最大压力位置的计算公式,然后根据动量方程和流量连续方程推求了明渠自由跌流的流量计算公式。最后,对本文和其他研究者提出的流量计算公式采用试验数据进行了对比分析,结果表明:本文提出的流量公式在明渠流量为5~100 L/s,底坡为–0.0112~0.0534、糙率为0.0930~0.0193的研究范围内,具有更高的精度和适用性,计算误差在±5%之内,可适用于该流量、底坡和边壁糙率范围内矩形明渠自由跌流的流量精确计算。本文研究结果对于利用自由跌流进行明渠流量计量提供了理论与技术支撑,具有重要的工程应用价值。

遥感水深反演海道测量业务化应用中的评估与思考

水深是海道测量最重要的地理要素,反映海底地貌形态和航区通航能力,在海道测量中占有重要的地位,遥感水深反演(SDB)对于补充传统声学测深系统效率不足具有重要意义。本文通过对现有研究总结,从实地因素、影像因素和反演方法3个维度分析了反演考量的要素,对照海道测量精度要求和业务化需求两个维度对水深反演适用性进行了评估。结果表明,精度方面,SDB水平精度已经满足要求,大部分多光谱反演相对垂直精度约达20%,但受水体浑浊程度影响较大,距海道测量业务化应用尚有不足,海底覆盖方面已经有了很好的实践。最后,从不确定性可控性、反演模型外推和多源数据同化方面分析了SDB应用所面临的问题,并给出了一些思考和建议。

独腿裙桩型式固定平台在30米水深区域设计、建造、安装的应用研究

独腿裙桩型式固定平台是一种非常规的简易三角形结构,平台强度和稳定性冗余度较低。该型式固定平台一般应用于10米水深区域,随着水深增加到30米区域,平台整体高度随之增高,平台自身遭受的环境力亦相应增大,对平台自身结构强度和稳定性的要求极高。此外,独腿裙桩型式固定平台一般采用水上、水下结构一体化设计、建造、安装,平台整体高度增大,建造阶段空间组对的难度加大,对于建造资源的要求也就更高,场地装船和海上施工的难度增大。文章依托某实际项目探讨独腿裙桩型式固定平台在30米水深区域设计、建造、安装的应用研究,对类似的结构物应用具有一定的参考价值。

ICESat-2水深提取方法及其反演应用

相比于传统水深测量方法,结合主动激光卫星ICESat-2数据与被动光学遥感影像的主被动融合水深反演方法具有低成本、覆盖面积广、不受地域限制、无需地面实测数据等优点.研究选取澳大利亚大堡礁中部的John Brewer Reef和南部的Fitzroy Reef为实验区,开展主被动融合水深反演实验.针对ICESat-2光子点群信噪比低、光子点水深信息提取和改正难的问题,本文提出基于光子点群高斯分布特征的海面光子点群提取方法和基于深度自适应DBSCAN的海底光子点群提取方法,并顾及海面倾斜引起的入射角偏移,改进了Parrish水体折射改正几何模型.实验表明,基于光子点群高斯分布特征的海面光子点群提取方法和基于深度自适应DBSCAN的海底光子点群提取方法可以高效准确地提取出有效的海面、海底光子点群;经过地球物理改正和基于改进模型的水体折射改正后,水深变浅,且改正项与改正前水深呈线性关系,线性系数约为-0.2550.实验将提取并改正后的ICESat-2光子点水深与经大气校正、耀斑校正、空间域滤波等预处理后的Sentinel-2影像进行空间匹配构建水深反演样本集,并利用单波段模型(SB)、比值模型(BR)、Lyzenga多项式模型(LP)、二次多项式模型(QP)、三次多项式模型(CP)、支持向量回归模型(SVR)、多层感知器模型(MLP)、随机森林回归模型(RF)等水深反演模型对实验区全域水深进行反演.通过对比分析多种水深反演模型在不同地理区域和ICESat-2水深样本分布条件下的表现,研究为不同场景下的主被动融合水深反演策略提供了一定的科学依据.

地震波斜入射时不同水深超高水头船闸地震反应分析

基于黏弹性边界的地震动斜入射方法模拟平面SV波和P波不同角度入射情况,采用声固耦合法模拟闸室内动水压力,研究超高水头船闸闸室在不同水深下闸顶位移、加速度和塑性损伤等地震反应。研究表明:地震波斜入射时,超高水头船闸的地震反应随水深变化的规律较垂直入射时明显不同,地震反应的程度一般较垂直入射时更大;相同水深条件下,闸顶水平相对位移峰值、水平加速度峰值多数情况下随入射角增大而增大。超高水头船闸闸室结构地震反应结果受水深变幅影响显著。一般闸墙相对高度为0.2附近的区域更易出现严重受拉损伤,相对水深为0.97时,闸墙临水侧达到严重破坏程度的受拉损伤范围最大。对综合考虑斜入射地震波和闸室内不同水深共同作用有一定的影响。

基于哨兵2号与面深模型的小清河水深反演方法研究

利用卫星遥感技术反演水深是快速获取广域水深信息的重要手段。然而,水体中底质、广泛存在的泥沙等悬浮物质、叶绿素等水色影响物质导致传统光学卫星影像反演精度较低。为减小水色物质对水深反演精度的影响,基于数学模型与哨兵2号遥感影像,在分析不同断面类型河道水深与水面面积数学模型的基础上,提出了一种能够克服水色物质影响的水深反演方法。该方法通过对河道断面进行概化并分类,推导出河道面深模型,结合哨兵2号遥感影像确定数学模型中相关参数,得出可直接通过水面面积计算水深的表达式,可最大程度减小水色对遥感影像反演水深的影响。将其应用于小清河,该方法在黄台桥与石村水文站的水深反演绝对误差平均值分别为0.03 m与0.23 m,反演结果较为可靠。实验结果表明,提出的方法水深反演精度较高,不受水体水色的影响,可基于卫星遥感技术快速获取水体水深信息,有推广应用价值。

青藏高原多尔索洞错水深反演与水量变化估算

利用由实测水深空间插值获得的水下地形数据估算湖泊水量及其变化往往存在较大误差。以Landsat系列影像数据及多尔索洞错12 m以下实测水深数据为基础,建立多波段组合模型进行水深模拟,结合多时相Landsat影像获取的多尔索洞错边界数据获取水深变化,估算1996~2016年多尔索洞错水量变化。实验结果表明:多因子反演模型的相关系数(R^(2))均在0.90以上,平均绝对误差低至0.48 m,相比空间插值方法能更精确地模拟多尔索洞错水深在12 m以下区域的水深分布情况;近20 a来多尔索洞错不断扩张,水位升高约0.40 m/a,水量增加约0.18 km^(3)/a。

应用自然伽马能谱法恢复碳酸盐岩沉积时的古水深——以山西兴县关家崖马五5亚段为例

古水深分析对还原古环境与盆地构造演化历史具有重要的意义。目前古水深恢复多以定性为主,对样品可靠性的要求较高,且易受资料条件限制,而自然伽马能谱法具有易获取、成本低、受控因素少等优点,可结合水深函数半定量恢复水深,但该方法多被用于陆相碎屑岩的研究中,是否适用于海相碳酸盐岩尚需验证。以鄂尔多斯盆地关家崖剖面奥陶系马家沟组五5亚段为例,利用自然伽玛能谱法恢复了碳酸盐岩沉积时的古水深,恢复结果与碳同位素法、生物遗迹法、岩石组构法显示的结果一致。研究验证了自然伽马能谱法在恢复碳酸盐岩沉积时的古水深方面具有较高的可信度与实用性。

基于多源数据融合的澎湖水道数字水深模型构建

为了在澎湖水道生成一个高质量的数字水深模型(Digital Bathymetric Model, DBM),分析了不同DBM在不同子区域之间的差异,利用自适应分区域空间加权融合方法构建了一个新的DBM。结果表明,在当前使用最为广泛的DBMs中,SRTM30_PLUS、GEBCO_2021、SRTM15_PLUS这3种DBM质量较好,均方根误差(Root Mean Squared Error, RMSE)为7.931~8.016 m,而ETOPO1、GEBCO_2014和TOPO V19.1质量较差,RMSE为11.439~20.105 m;利用本文研究方法所构建的澎湖水道数字水深模型的RMSE为6.970 m,其精度比GEBCO_2021、SRTM30_PLUS和SRTM15_PLUS模型分别高12%、13%和12%,利用本研究方法所构建的DBM恢复了高精度水深点,保留了地形细节信息。研究结果可为从多个数据集中及时重建和更新大规模海底地形提供参考,并推广应用于其他环境和区域中。

智联无人船内河水深测量与抗水流能力评估

利用无人船无验潮测深与网络RTK技术开展内河水深测量试验,并从测深精度、路径跟踪及最大抗水流能力三个方面评估该自主研发无人船性能。结果表明,无人船水深测量精度高,满足相关规范要求,且无人船在水流速<2.0 m/s条件下,抗水流速能力强,路径跟踪精度良好,外业作业最大抗水流速安全阈值为5.0 m/s。

海洋测绘水深测量成果质量控制

针对海洋测绘水深测量项目因外业情况复杂、成果类型多样等使得质量控制难度较大的情况,本文通过对重大海洋测绘水深测量项目采用首件成果检查、过程质量控制、最终成果验收全流程质量控制进行分析,提出了针对性的质量控制方法,对常见质量问题进行了剖析,为海洋测绘水深测量项目质量控制提供参考。

高分十四号高光谱影像浅海水深反演应用

当前星载高光谱水深遥感反演应用以国外卫星数据为主,国产卫星数据的研究和应用较少,为挖掘国产高分辨率卫星高光谱影像浅海水深反演潜力,利用高分十四号卫星影像,以我国三亚湾西岛为实验区域,结合实测水深点和ICESat-2激光雷达数据,建立双波段比值水深反演模型,进行高光谱影像的水深反演能力研究。实验结果表明:高分十四号高光谱影像具有较好的浅水水深反演能力和反演精度,实验成果将为国产卫星开展星载高光谱数据水深反演研究提供思路和借鉴。

水深对动力定位能力的影响

在作业过程中,海工船需应对不同水深的海域,而水深对流力和波浪力有影响。针对这一问题,对比5个水深下的环境载荷,并应用二次规划算法求解推进器最大功率利用率,进而分析水深对动力定位能力的影响。结果表明,随着水深的减小,流力和平均波浪漂移力均呈上升趋势。不同水深下波浪力的差异集中在0.5~1.5 rad/s的波频范围,谐摇会显著增加其对应的艏摇力矩。横浪下,动态载荷的影响已不可忽略,且合力矩的方向由风力主导。环境载荷的变化直接影响了推进器的使用功率。船舶的动力定位能力受首部伸缩推功率的限制,对应100°浪向。当水深为15 m时,该推进器处于满负荷状态;随着水深增至50 m,功率利用百分数降至约60%。因此,对于现有吃水条件,当水深小于20 m,环境载荷和推进器功率骤增,对动力定位的安全性提出了极大挑战;超过40 m后,水深的影响已不再明显,可近似视为无限水深。

集成化水深测量装置研发及应用

为更好地解决码头前沿及其下方、浅水区等船舶行驶受限区域的水深测量难的问题,研制了一种新型集成化测深装置。该装置采用一体化设计,集成了电源模块、测深模块、水文参数测量模块和专业测深软件等。以传统单波束测深仪的测量数据为参照,对集成化测深装置的吃水深度、声速、内符合和外符合方面的测量数据进行分析和评价。结果证明:集成化测深装置的测量准确性和性能稳定性较好,可实时高效地获取码头前沿及其下方、浅水区等船舶行驶受限区域的高精度水深数据。

基于ICESat-2雷达数据的邢台北澧河局部水深测量

水深是水文水资源研究的重要参数之一,对径流量估算、水利工程建设、旱涝灾害防御具有重要意义。为提升水深测量时效性,文章通过对星载雷达反演了河北的北澧河局部水深。结果表明:经滤波处理后的ICESat-2光斑群准确区分了水面与水下地形特征,通过差分处理能有效提取水深信息。研究构建的基于异源遥感数据反演水深方法,可为类似问题的解决提供借鉴。

弦截法在梯形渠道临界水深计算中的应用研究

梯形渠道临界水深是常规渠道水力计算的重要参数之一,其求解方程为高次隐函数,直接求解非常困难。传统计算方法一般采用引入中间变量的简化或近似公式进行计算,大多存在精度不高、适用范围受限、初始值区间设置模糊等问题。为解决梯形断面临界水深难以直接求解难题,提出一种精度较高且无需求导的临界水深计算方法。通过对梯形渠道临界水深求解方程进行数学变换,基于弦截法构造了临界水深的迭代求解方程,用以快速求解。建立快速收敛的临界水深迭代公式,从数学上严格证明迭代方程的合理初始值区间,通过工程实例验证计算结果,并与现有相关计算方法进行精度对比分析。研究显示,基于弦截法计算梯形渠道临界水深思路简单,相对精度可达10-8以上或任意所需的计算精度,可供工程实践参考应用。

基于BP神经网络的内陆水库水深反演

随着遥感技术和计算机技术的迅速发展,机器学习算法在遥感水深反演方面得到广泛应用。采用BP神经网络算法对三角海水库研究区进行水深反演,并与传统水深模型中的多波段对数线性模型进行对比。试验结果显示:BP神经网络模型在水深反演方面优于多波段对数线性模型,平均相对误差为20.8%,提升了38.5%,相关系数为0.924,提升了80.1%。这表明BP神经网络模型在内陆水库水深反演同样具有一定的适用性。

航道水深变化对船舶通行能力的影响评价研究

本论文深度探索了水深变化如何影响船舶的通行能力。我们不仅提出了全面的评估方法和管理策略,还深入到了自然环境和河床演变的细节中详尽地分析了地理、气象和水文条件,以及这些因素如何影响航道的布局。对于航道的现状和规划进行了深入的讨论,并对各种可能的工程选址进行了评估。在此过程中,特别关注了工程对水流、河床和航道的影响。在探讨水域的自然特征和变化时,深入挖掘了水深变化带来的各种影响并进一步地分析了水深变化如何影响航行的安全,以及这会给船舶的通行能力、导航和助航设备带来怎样的挑战和通航安全的潜在风险的评估。为了确保水域通航的安全,提出了航道维护、应急措施和安全管理等方案,本研究为航道建设和通航管理提供了实践指导和理论支持,同时也为未来水域通航的安全发展提供了有价值的参考。