Multi-level Flocculation Structures of Fresh Cement Paste by Confocal Laser Scanning Microscope

Under saturation dosage of all kinds of SP, the free water amount was examined by centrifuge. The distribution of solution and flocculation microstructures in fresh cement paste was observed in three- dimensional space by confocal laser scanning microscope（CLSM）. Results indicate that SP can increase the free water amount by destroying the flocculated cement particle structure and different free water amount is released by different kinds of SP. The changes of the size of flocculation structures and the dispersion of solution were obviously detected with confocal laser scanning microscope： the size of flocculation structures was smaller and more dispersed in fresh cement paste with polycarboxylate superplasticizer, but the size of flocculation structures was bigger and cannot be dispersed uniformly in fresh cement paste with others SP. The multi- level flocculation structures theoretical model of fresh cement paste was then set up. The theory indicates that different kinds of SP with different dispersion strength will open the flocculation structures at different levels, which in turn present different water reducing rate.

考虑生态流量约束的梯级水库分期消落水位多目标优化调度

针对如何表征枯水期季节性特征、优化分期消落水位来指导水库群消落调度的科学问题,提出了考虑生态流量约束的梯级水库分期消落水位多目标优化调度模型。以金沙江中下游6座水库与三峡水库为研究对象,综合运用多种数理统计方法划分流域枯水期;采用逐月滑动计算法推求梯级水库分期消落水位;以生态和发电效益最大为目标函数,利用NSGA-Ⅱ算法求解调度模型,得到不同来水情景下梯级水库枯水期消落调度方案。研究结果表明:不同来水情景下,相较于常规调度方案,选定的优化调度方案可增加梯级水库发电量30.20亿~52.27亿kW·h(增加2.3%~5.0%)和供水量83.15亿~87.14亿m3(增加5.8%~7.4%),并提高河道生态流量保证率2.6%~22.9%。研究成果可为协调梯级水库生态和发电调度提供技术支撑。

汛期水风光多能互补动态调度模型研究

为充分利用水电站水库汛期在预报无洪水或小洪水时的调节能力,将汛期运行水位动态控制域对应库容作为调节风光运行的可用库容,在提高水库调节能力的基础上给出了考虑入库洪水实时状态的汛期水电站水库动态消纳风光调度模式,以风光出力期望值加水电出力之和与负荷偏差最小为目标,结合风光出力不确定性建立了汛期水风光多能互补动态调度模型,并以福建省水口水电站为例进行模拟调度计算。结果表明:所提动态消纳风光调度模式能够在保证防洪安全的前提下充分合理利用水位动态控制域内的调节能力来调节风光出力,使失负荷时段数和发电量缺口期望值相较于传统调度模式分别降低约37%和32%,水电站水库平均发电水头提高约4.39%,不仅可提高系统出力可靠性,且能增加系统运行效益。研究成果可为汛期调节风光出力提供参考。

多维虚实融合的“计算机控制系统”实验教学创新实践

为提高课程教学质量,开发了多维虚实融合的多水位控制实验系统。该实验集仿真与实体实验、远程与本地实验于一体,结合了硬件与软件、系统与算法,能构成多种复杂控制对象,满足课程的实验教学需求。交替安排理论课与实验课,使实验贯穿教学全过程。通过线上线下混合教学、翻转课堂、讨论课的形式开展理论教学,由学生主导课堂。设计多种基础性实验和综合性实验,使知识点的过渡与难度的递进更平滑。采用多评价主体、多评价角度的方式使评价体系更多元全面。实践表明,该实验教学模式具有较好的教学效果。

大型梯级水电站枯水期多模式优化调度模型研究

针对大型梯级水电站枯水期调度面临的市场环境复杂、枯汛转换期来水形势多变等难题,提出了梯级水电站调度决策多模式自适应匹配方法,分别建立“无(消落)压力环境”模式和“有(消落)压力环境”模式下的优化调度模型,根据预报信息自动选择和灵活切换调度模式和目标,生成各电站水位动态控制和灵活调整策略。结果表明:“无(消落)压力环境”模式下可使流域发电量增加2.57%;“有(消落)压力环境”的“均匀突破”模式和“集中突破”模式下分别可增加发电量4.59%、5.32%,前者面临无法消落到位的风险更小,后者发电效益更大。该模型可有效降低枯水期消落和发电风险,提升流域整体发电效益,对于不同来水、发电等工况均表现出较好的适应能力和优化效果。

不确定来水条件下龙羊峡水库年末水位优化

以黄河上游多年调节水库龙羊峡及下游刘家峡水库为研究对象,考虑来水不确定性影响,建立梯级水库群多目标随机优化模型,并基于理想点法(technique for order preference by similarity to an ideal solution,TOPSIS)决策方法,求解当年发电量与年末水位Pareto方案集中最佳方案,探讨来水频率及起调水位对年末水位和发电量的影响,验证年末期望水位保证多年调节水库发电效益的可靠性。结果表明:在不确定来水条件下,龙羊峡水库年末期望水位与龙羊峡水库、刘家峡水库年期望发电量之间存在竞争关系;龙羊峡水库来水频率越低、起调水位越高时,龙羊峡水库年末水位越高,龙羊峡水库、刘家峡水库发电量越大;基于提出的年末水位优化方法可大幅缩减龙羊峡水库现行调度方式下年末水位范围,且保障发电效益的可靠性在98%以上。

甘蔗生物质炭在界面太阳能海水淡化中的应用

太阳能驱动的界面水蒸发作为环保、高效、可持续的海水淡化技术,在近年来受到广泛关注。快速的水运输、高效的光热转换是实现持续、稳定蒸发的关键。多级孔道的生物质衍生蒸发器在太阳能水蒸发应用中展示出高效、环保、可持续的应用潜力。以废弃的甘蔗节为原料,利用冷冻干燥和高温碳化工艺制备了具有天然多级孔道结构的生物质基蒸发器,并研究了材料的光吸收、水运输和蒸发性能以及不同风速下对流空气对蒸发器的蒸发性能和热损失的改善作用。结果表明:具有发达的多级孔道结构的生物质基蒸发器展示出了高达92.8%的太阳光吸收率。在一倍太阳光强下展示出1.55 kg/(m^(2)·h)的蒸发速率和77.6%的光热转换效率。此外,在风速2 m/s的条件下,蒸发器的蒸发速率展示出了高达2.27 kg/(m^(2)·h)的蒸发速率和91.6%的光热转换效率,显示了对流效应对淡水产出速率的增强和对热损失的抑制作用。

明渠模型预测控制快速优化计算方法

针对基于圣维南方程使用启发式算法进行渠道预测控制时,现有优化计算方法生成调控方案时间过长、无法满足实时控制需求的问题,提出了一种基于多目标优化算法的快速优化方法.以一处试验渠道的数值模型作为控制对象,应用此方法构建了预测控制模型以生成调控方案,并构建了一维水动力模型对调控方案进行验证.研究发现在闸门控制系统中,超出水位控制范围的最大值最小、超出水位控制范围的平均值最小、闸门动作次数最少、闸门开度总变化量最小4个目标间能够相互诱导,加速优化计算过程4倍以上.在该试验渠道的流量计划调整工况中,验证了此种方法的有效性,将单次计算时间缩短至1 s内.验证效果表明,该方法在提高了水位控制效果的同时,能够减少由单独设置超出水位控制范围的最大值最小目标导致的非必要闸门调控,总计减少69%的闸门调控次数.

城市河道水质多级净化技术研究

随着人们对美好生活需要的日益增长,城市河道水环境成为提升城市品位、改善居民生活质量的重要组成部分。各地区在水环境治理方面开展了大量的工作,整体水环境质量不断提升,但部分河道水质仍存在超标现象,在流域内实施了截污治污、河道清淤、生态补水等工程措施基础上,需对流域内水质超标河道进行水生态综合治理,进一步提升河道水质。研究通过现状调查摸清本底及水质提升需求,对流域内内源污染、点源污染、面源污染、大气干湿沉降污染等污染负荷分析,得出日均污染负荷,按既定的水质目标和设计水量、水文条件,计算水体所能容纳污染物的最大量,对比日均污染负荷和水体水环境容量,得出水体水环境自净容量提升需求。研究范围河道污染负荷主要来自于污水处理厂尾水和上游河道来水,河段主要污染物控制因子为COD、NH_3-N、TP,结合生态湿地净化原理及净化效率、生态塘库沉水植物净化作用、生态河道对水体中氮、磷的净化能力,以复合型生态湿地为水质净化核心功能区以生态塘库及生态河道作为污染物降解和转化辅助措施,按区位空间条件及现状实际,提出实施生态湿地、生态塘库、生态河道多级净化复合型生态处理措施,通过多级净化,提升河道水环境自净容量,实现城市河道水质提升。该技术路线优势明显,适用性强,通过多种生态措施组合、低成本提升水环境自净容量,实现水质考核目标,并为其他区域提供可借鉴的治理思路,各区域可结合实际本底、空间条件和水质目标进一步分析研究,通过河道水质多级净化治理思路,发挥水生态建设的积极作用。

不同种类动物肉结构、质构及营养特性的对比研究

以猪里脊、鸡胸肉和4个部位的牛肉(牛里脊、牛楠、牛小黄瓜条、牛肩)为研究对象,表征肉的多级结构、质构特性、水分分布、营养组成及体外模拟消化特性,解析肉的多级结构与质构及消化的内在关系,旨在为建立植物肉对标动物肉的品质评价体系提供理论基础。结果表明,肉是典型的多级结构,肌纤维、肌外膜、肌束膜以及肌内膜分层排列在复杂的网络结构中。不同动物肉肌纤维束的形态、粗细、排列紧密度差异较大,鸡纤维束的形态种类最丰富,猪里脊的纤维束直径最大(75.21μm),其次是牛腩(57.09μm)、牛小黄瓜条(54.41μm)和鸡胸肉(52.78μm),牛里脊的纤维束直径最小(33.58μm),牛小黄瓜条、牛肩、牛腩的肌纤维束排列较为致密,鸡胸肉、猪里脊和牛里脊排列较为疏松。核磁成像结果表明,6种动物肉均含有3种形式的水分,包括蛋白结合水、固定水(肌原纤维内水)、自由水(肌原纤维外水)。鸡胸肉和猪里脊的水分分布均一,固定水含量高。4个部位的牛肉水分分布不均匀,且牛肉内部的脂肪较多。动物肉不同形式水分含量以及分布影响其质构特性。肉的微观结构和质构及消化性具有一定相关性,纤维束排列紧密的肉硬度和咀嚼度较大,消化率较低。基于动物肉结构、质构及营养特性解析的结果,可为植物肉产品品质评价标准的建立提供科学依据。

基于多指标融合的土石坝渗流性态监控与分级预警研究

渗流是反映土石坝运行安全的重要效应量。为服务某土石坝渗流安全监控和预警需求,基于大坝渗压原型监测资料,分别采用置信区间法和典型小概率法拟定大坝渗压水位数学模型监控指标;采用地勘和反演方法确定渗透系数,建立大坝典型断面有限元模型并开展渗流分析计算,拟定大坝渗压水位结构分析监控指标;在此基础上,融合数学模型和结构分析法渗压水位监控指标并进行验证对比,探究并构建了“数据-机理”驱动的大坝渗流性态监控与分级预警方法。经实例分析,验证了提出方法的有效性,以期为大坝渗流监控和工程安全服役提供有效支撑。

农村饮水用多级加压供水设备的创新设计与应用

随着我国科学技术的不断发展,农村供水设备得到了广泛的应用与推广,本文设计一款农村饮水用多级加压供水设备,主要通过分离机构的设置,在保证了对水垢清理彻底性的同时,实现在不影响饮用水正常使用的情况下,便捷性地完成对水垢的清理,且在分离板的分离作用下,减少对饮用水的浪费,从而减小对水垢清理时造成的用水成本。

岩溶地下水多层次径流模型应用——以丽江河间地块地下水径流分析为例

丽江河间地块上岩溶水系统十分发育,查明其径流规律有利于“玉龙-古城”城区科学高效开发利用地下水资源,对地区经济发展和生态环境建设十分重要。作者采用岩溶地下水多层次径流模型对研究区岩溶水径流规律进行分析,查明丽江河间地块岩溶水径流在表层径流、浅径流、深径流不同层次的规律。综合地下水流量分析、水化学反演、同位素测试、示踪试验的结果,对结论进行验证,表明作者提出的径流模型有较好的应用效果。

一种基于空间单元的多级共治雨洪管理方法——以宁波市海曙片为例

针对传统洪涝治理模式中市政排水和水利排涝分治的局限性,基于平原河网城市的地形特点和当前防洪排涝排水模式,提出了一种基于空间单元的多级雨洪管理方法.该方法以防洪、排涝、排水的重要通道为边界,划分不同等级的空间单元,对不同等级单元采取不同的工程治理手段,构建防洪-排涝-排水多级共治体系;并将该空间单元管理框架应用于宁波市海曙片进行多级共治工程布局,通过InfoWorks ICM模型验证工程效果.结果表明,基于空间单元的多级共治能理顺雨洪系统,耦合防洪、排涝、排水系统工程,为我国城市洪涝治理提供参考.

多特征时空融合网络的水位预测技术

水位高低与航道通航能力息息相关,对大型船舶(队)通过某些典型航段时尤为重要。水位受到多种因素的影响,开发准确、可靠的水位预测模型是一项具有挑战性的问题。提出一种基于Transformer的多特征时空融合网络的水位预测模型,该模型能够捕捉水位数据的复杂时空模式和相互作用,研究水位与不同影响因素的关联关系,根据融合后的特征生成未来水位预测结果。研究成果有助于保障船舶航行安全,充分发挥航道通航能力,为航运管理和规划提供参考。

告成煤矿极软煤层钻孔煤水分离技术研究及应用

为防治松软低透气性煤层瓦斯灾害,采用水力冲孔、割缝等卸煤增透措施在瓦斯抽采中愈加普遍,带来钻孔煤水分离难题。针对告成煤矿极软煤层煤泥不易沉降、煤水分离效率低的问题,开展了煤泥粒径分布特征分析和穿层钻孔煤水分离方法应用考察。结果发现,松软煤层在高压水力作用下极易形成微细煤泥,煤粒分布符合Rosin-Rammler函数,特征粒径尺寸为0.84 mm,细微煤泥粒径分布较为均匀;煤袋围堰沉淀、振动筛式分离机、板框式压滤机等单级分离方法在应用中存在效率低、劳动强度大、计量不精准等问题。基于试验结果,提出并应用了穿层钻孔煤水多级分离工艺方法,利用不锈钢焊接式条缝筛网进行初级过滤分离,布置巷道低洼处沉淀池集中沉淀进行中级过滤分离,采用板框式压滤机进行终级过滤分离。此方法沉淀效率高,实现了清水入仓,促进了煤矿安全文明生产。

基于改进PIDNet的水位线检测算法

PIDNet是三分支网络构成的语义分割模型,在众多竞赛数据集中均保持优秀的分割精度。然而,积分分支中进行多次下采样和金字塔池化模块中多分支特征融合冗余的缺点限制了算法精度的提高。在水位线检测任务中,现有算法的缺点会导致局部细节信息丢失,使得水体边缘精细化检测的能力有所下降。为了缓解这个问题,提出一种基于改进PIDNet的水位线检测算法。首先设计一种结合通道注意力的轻量化像素增强模块,在积分分支下采样过程中进行像素增强,减少局部信息丢失。然后对金字塔池化模块进行重构,在减小池化输出特征大小的基础上减少并行分支数,同时在特征融合时结合通道注意力进一步加强关注重要特征的能力,提高水位线边缘的分割精度。此外,融合多场景的河流数据集,避免复杂场景下检测出的水位线位置发生偏移和断线。实验结果表明,所提方法(S和M)在水位线检测任务中相对原算法(S和M)在3个性能指标上都有所提高,以M规模为例,像素正确率提高了1.47个百分点,平均交并比提高了1.04个百分点,检测延迟降低了0.9 ms。

基于EMD-DELM-LSTM组合模型的湖泊水位多时间尺度预测

针对水位时间序列具有线性与非线性混合、不确定性高等特点带来的预测困难问题,提出了一种基于经验模态分解(EMD)、长短时记忆网络(LSTM)和深度极限学习机(DELM)的EMD-DELM-LSTM组合模型,其中DELM和LSTM采用并联结构预测,并与EMD串联连接。首先使用EMD将原始信号分解为若干个具有单一特征的本征模态函数(IMFs),再将IMFs分类重组为高、中、低频信号后输入DELM-LSTM并联结构中进行预测并重构。以广州某大学重要湖泊为例验证模型的有效性,结果表明,与EMD-LSTM、EMD-DELM、LSTM、DELM和BiLSTM模型相比,本模型在不同时间尺度下的预测性能均有显著提升,其中40 min时间尺度下的预测性能提升效果最为明显,分别较对比模型提升43.08%、22.92%、45.79%、30.92%和47.31%。可见,本模型对于不同时间尺度的水位预测具有良好的可靠性和稳定性。

破碎顶板淋水巷道多层次注浆加固技术研究

3300巷局部区域顶板破碎且有一定淋水情况,顶板淋水不仅会导致围岩支护用锚杆索及金属网锈蚀而且容易导致顶板内软岩夹层泥化,导致顶板支护体系失效。结合3300巷现场情况,提出采用多层次注浆加固技术提高破碎顶板整体稳定性并封堵导水裂隙。具体在顶板破碎淋水段布置排状钻孔、定点钻孔,以便实现顶板全覆盖注浆以及局部补强注浆,同时钻孔分2次钻进、2次注浆;1次钻进深度2 m,采用水泥浆液,注浆压力1 MPa;2次钻进深度为3.5 m,采用化学浆液、注浆压力2.5~3.0 MPa;通过多层次注浆可在巷道顶板形成初注帷幕、复注帷幕,提升围岩加固以及导水裂隙封堵效果。现场应用后,3300巷顶板淋水问题得以较好解决,顶板及支护用锚杆、锚索钻孔等未出现淋水情况,现场采用的多层次注浆加固技术取得显著效果。

金沙江下游梯级水库汛期运行水位协同浮动调度研究

为验证梯级水库汛期运行水位协同浮动调度模型方法的合理性与普适性,在金沙江流域开展实例分析。首先考虑洪水预见期变化,应用动态多目标算法高效求解调度模型;然后评价汛期运行水位协同浮动调度的风险与效益;最后推求乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝水库的汛期运行水位协同浮动关系。研究结果表明:相比年汛限水位静态控制调度方案,梯级水库汛期运行水位协同浮动调度方案在不增加防洪风险前提下,各水库汛期运行水位均可适当抬升,汛期多年平均发电量和电站弃水减少量的最高值(改善率)可达1071亿kWh(11.1%)和649亿m^(3)(14.3%),有效提高了洪水资源利用水平,综合效益巨大。