基于多目标粒子群算法的水资源优化配置研究

在分析阿拉尔市水资源利用现状的基础上,构建了以区域供水系统总缺水量最小、水库损失水量最小为目标的水资源优化配置模型,应用多目标粒子群算法,对阿拉尔市2015、2020和2025年三个水平年,二种不同保证率(P=50%、P=75%)下的水资源优化配置方案进行求解。结果表明,该方法有效解决了阿拉尔市水资源系统不同水平年、多水源、多用户、多受水区、多工程、多目标的求解问题,得到了阿拉尔市各受水区及其各用水部门的分配水量,实现了阿拉尔市水资源的综合配置。

华北平原秸秆覆盖滴灌冬小麦中后期耗水规律研究

基于2013—2015年华北平原典型区连续两年田间试验,采用Penman-Monteith公式、FAO单作物系数法以及水量平衡法,研究分析了充分滴灌下秸秆覆盖与不覆盖对冬小麦棵间蒸发、耗水量、产量及水分利用效率的影响,研究结果表明:滴灌条件下秸秆覆盖显著抑制了日棵间蒸发量及其日变化波动幅度(P<0.05),在冬小麦中后期相比不覆盖可减少棵间蒸发30%以上;基于田间冬小麦的气孔阻力系数实测值,采用P-M公式直接计算冬小麦日耗水量具有较高精度,其值与FAO单作物系数法计算值具有较高相关性(R^2>0.8);秸秆覆盖滴灌减少了7%~15%的灌溉定额,但与不覆盖滴灌相比,冬小麦日耗水量和生育期总耗水量不存在显著差异(P>0.05),冬小麦4—6月份期间平均日耗水量在4.0~4.5 mm·d^(-1)之间;充分滴灌下秸秆覆盖并没有显著提高作物的产量和水分利用效率(P>0.05)。

基于耦合机器学习模型的洪水预报研究

近年来,以人工神经网络(ANN)为代表的机器学习模型在很多领域取得了突破性进展,例如:用于图像识别的深度学习模型、用于围棋对弈软件Alpha Go的强化学习模型等。本文提出了一种耦合机器学习模型,并用于流域洪水预报。该模型通过独特的建模方式将ANN与K最近邻方法相耦合,利用多目标遗传算法和Levenberg-Marquardt算法进行训练,较好地解决了传统ANN模型预见期仅为一个计算时段长、ANN拓扑结构和参数难以同时优化、ANN训练局部极小、单个ANN预报能力不佳等问题。在屯溪流域洪水预报中的应用表明,耦合机器学习模型的精度和可靠性较好,具有较好的应用前景。

内陆核电厂严重事故对水资源安全影响的评价方法研究

为研究内陆核电厂严重事故对水资源安全影响的评价方法,在分析内陆核电厂严重事故对水资源安全影响机理的基础上,从社会影响、经济影响、生态影响三个角度建立了适用于核电厂严重事故对水资源安全影响评价指标体系,提出了基于水资源使用功能和基于受影响的GDP的两种评价方法。以某内陆核电厂为典型案例,分析结果表明,该核电厂严重事故影响经济社会用水规模达6.1亿m^3,影响GDP规模达373亿元,对水资源安全的影响属于严重影响等级,两种方法评价结果基本一致。该方法对核电厂严重事故影响评估、应对重大水安全风险具有一定参考价值。

基于光纤光栅技术的围岩大应变连续监测研究

围岩应变是地下洞室开挖监测的重要内容之一,采用传统应变监测仪器无法测得连续的围岩大应变。本文结合工程实践,基于光纤光栅位移传感器设计出一种连续测量围岩大应变的改进型大量程光纤光栅应变监测装置。该装置将多支改进型大量程光纤光栅应变传感器组装成串,可连续测得仪器埋设沿线任一测点的应变量。监测成果表明,洞室扩挖时光纤光栅仪器测得围岩应变变化明显,与埋设部位围岩地质结构和施工开挖实际较为吻合,与附近多点变位计监测结果变化规律基本一致。由于光纤光栅仪器具有灵敏度高、精度高等优点,因此能够监测到安装孔内轴向任意间距围岩应变情况。

城市人工水体建设思考与实践——以河北省文安县为例

城市水体景观建成后可能会出现富营养化、泥沙淤积、水质恶化等问题。这使得某些人工水体不但起不到美化景观的效果,反而会影响周围环境。本文以河北省文安县人工水体的建设规划为例,通过采用循环系统、生物系统、湿地系统等组合型技术、方法,并综合考虑生态环境的保护和改善,来维护和保持人工水体正常运转。该项目建成后,将对维持生物多样性、净化水质、调节当地气候有明显作用。

灌水模式对免耕地土壤容重变化的影响

本文通过田间多年连续试验，探讨了2种灌水方式及4种灌溉制度下免耕地在玉米一冬小麦轮种条件下土壤容重变化规律。研究结果表明，从方差分析结果来看，灌溉制度和灌水方式在3年内对土壤各层容重的变化影响不显著；从各土层容重3年内变异程度的角度分析，地面灌充分灌对上层土壤（0—30cm）容重变化的影响要大于非充分灌，地表滴灌灌水方式对25—70cm土层容重变化产生的影响大于其它土层；此外，充分灌条件下，地表滴灌较地面灌水方式对土壤容重波动产生的影响更大，但地面灌灌水方式提高了表层土壤（0-10cm）的紧实度；非充分灌时，灌水方式对表层土壤及深层土壤（85cm以下）容重的影响较其它土层更小。

一种适用于海上风机监测数据实时处理的方法研究

海上风机监测异常数据实时处理,对于风机结构体系功能与安全状态的分析评价,具有十分重要的意义。但现阶段对于异常数据实时处理方法的研究还有待完善。本文结合风机实时监测数据特点,采用具有自动调整参数功能的AR(n)模型预测算法进行异常数据实时处理,对处理机制进行了分析。应用该方法对某海上风机实时采集风速及多种传感器监测数据进行了处理,讨论了该方法的精度及处理效率,验证了该方法对于处理风机异常监测数据的有效性和适用性。

具有决策支持系统的枢纽橡胶坝安全运行管理自动化系统研究

针对枢纽橡胶坝安全运行管理的特殊性,结合枢纽对水情、气象、工情、防洪、航运、蓄供水、发电、环保与生态、挡潮等各方面的要求,提出建立具有决策支持系统的枢纽橡胶坝安全运行管理自动化系统。根据系统的特点及各决策支持子系统数据源的不同,探讨枢纽橡胶坝运行管理决策支持系统结构模型,并对此模型与系统的信息流等方面进行了分析。建立了以相关专业模型及数据仓库为核心,运用现代控制系统开发技术、网络与通信技术、GIS技术等开发的具有决策支持系统的枢纽橡胶坝安全运行管理自动化系统。该系统将能有效地提高枢纽橡胶坝的运行管理与决策水平,更好地发挥枢纽橡胶坝的综合效益。

梯级水库多维均衡生态调控理论与技术体系

同单一水库生态调度相比, 梯级水库生态调度的影响范围更广、调度目标更多、涉及的利益群体更复杂.为此, 提出了梯级水库多维均衡生态调控的基本概念, 简要分析了其基本内涵和理论基础, 形成了多维均衡生态调控的概念模型, 并初步构建了梯级水库生态调控的技术体系.

呼和浩特抽水蓄能电站上水库堆石坝施工期监测数据分析

经对呼和浩特抽水蓄能电站上水库堆石坝施工期长序列监测资料进行分析,发现堆石坝施工期相对沉降量最大为858mm,约占坝高1.2%。其中填筑期最大沉降量为724mm,发生在10环附近,占施工期总沉降量的84.4%,相对稳定期最大沉降量为193mm,发生在顶部,占施工期总沉降量的22.4%,不同高程坝体沉降总体表现为靠近坝轴线大,靠近两坝坡小。坝体水平位移在12mm以内。坝体与坝基间剪切位移已基本趋于收敛,最大值在16mm以内。坝基总体表现为无水压状态,绕坝渗流水位总体较低。坝顶钢筋笼内钢筋应力变化主要受温度影响。结果表明:目前该电站上水库堆石坝各监测物理量处于稳定状态或已基本趋于收敛,堆石坝总体处于安全状态。

基于GPU加速的水文模型参数率定

针对水文模型参数率定问题,为显著提升计算效率,选择SCE-UA算法和新安江模型为研究对象,围绕SCE-UA算法并行化与程序化实现、并行SCE-UA算法在图形处理器(GPU)上的加速效果这两个关键科学问题,以GPU硬件平台和通用计算设备架构(CUDA)软件平台为工具,采用时空复杂度分析、算法并行性挖掘、代码深度优化、数值模拟实验等多种手段相结合的方法,进行了水文模型参数率定提速研究。内容包括:①搭建基于CUDA和GPU的并行计算软硬件平台,进行配置与调优;②并行SCE-UA算法及其程序化实现;③并行SCE-UA算法在GPU上的加速效果。研究结果表明:所提出的方法显著提升了参数率定效率,能够促进水文模拟、最优化方法、计算机科学与技术等多学科的交叉、融合与发展,对水文模拟与预报、防洪快速应急响应具有科学意义和实用价值。

痕灌带地埋下水力特性

为了获得痕灌带在田间应用的设计参数及其水力性能,通过室内与室外试验相结合的方法,针对流量规格为900 m L/h的痕灌带在自由出流时的制造偏差系数、流量与压力关系及其地埋后的水力特性以及痕灌毛管的地埋极限铺设距离进行了计算与评估.试验结果表明,试验痕灌带制造偏差系数为0. 04,制造精度较高,且痕量灌水器压力-流量关系符合微灌灌水器幂函数关系式;痕量灌水器在地埋条件下,流量对压力变化的敏感性要高于自由出流.痕灌带(900m L/h)在地埋后其流量减小幅度不明显,与室内自由出流相比,在额定工作压力条件下(10 m),地埋后痕量灌水器平均流量减少3%～8%;此外,在满足系统流量偏差系数(qv)不大于20%条件下,并结合田间土壤含水率空间变异性的研究验证,试验痕灌带(900 m L/h)在平坡铺设、砂壤土中的地埋铺设极限距离为150 m左右.

微灌用文丘里施肥器综合性能试验研究

基于文丘里施肥器综合工作性能指标测试研究,以期获得文丘里施肥器结构优化设计建议.研究选用规格为DN 20的6种不同材质的国内外文丘里施肥器,基于不同进口压力和进出口压差条件,系统针对文丘里施肥器在压力能耗、吸肥效率以及振动与空化等综合性能指标开展了测试研究.结果表明:文丘里施肥器吸肥临界压差与进口压力存在显著的线性正相关;相同进口压力下,国内文丘里施肥器最大吸肥量普遍明显低于国外同类产品,且振动与空化现象受压差变化敏感性较强;同一模具下,收缩率较小材质的施肥器制造偏差小,吸肥性能好,UPVC可作为生产施肥器的优选原料之一;此外,文丘里施肥器存在与其内部结构相对应的吸肥量上限,压差增大后导致振动与空化现象的加强是抑制文丘里施肥器吸肥能力进一步提升的重要原因.

高压旋喷锚杆在软土深基坑支护设计中的应用研究

以三门核电二期泵房软土基坑支护工程为背景,对基坑支护结构体系进行介绍,并通过现场试验对高压旋喷锚杆的应用效果进行了研究。结果表明,(1)采用重力挡墙和桩锚联合支护体系,能够确保基坑施工过程中的安全稳定;(2)高压旋喷锚杆能够有效地提高锚固体截面面积,提高抗拔力是影响基坑支护结构安全稳定的关键;(3)旋喷锚杆施工过程中,喷射压力、钻进速度、喷嘴孔径是确保锚固段直径的关键参数,喷射压力越大、钻进速度越慢、喷嘴孔径越大,锚固体直径越大。

低压下流道结构参数对锯齿型滴头水力性能影响的试验研究

滴头是滴灌系统关键的部件之一，而滴头流道结构参数是决定滴头工作性能的核心因素。采用正交试验设计，探讨了在低压工作范围（2~8m）内，滴头流道结构参数对其水力性能的影响。研究结果表明，按显著水平α=0.1来检验，低压下，齿间距和齿角度对滴头的流数x存在显著影响；流道深度、齿间距与齿角度对低压下滴头的流量存在显著影响。此外，在锯齿流道总长度（19.4mm）和齿间参差量（0mm）为定值条件下，本研究构建了描述低压下滴头流量与流道结构参数之间定量关系的多元和一元线性回归数学模型。

滴灌冬小麦不同施氮量下光合-气孔导度耦合模拟和验证

针对华北平原冬小麦田过量施氮(N)现象,构建和参数化不同施N量下光合-气孔导度耦合模型有利于理解降低施N量对作物产量影响的生理基础。该文于2013—2014年连续2个生长季在滴灌冬小麦田设置3种施N量:290、190和110 kg/hm2,开展了光合及相关生理因子的测定,确定了光合-气孔导度耦合模型关键参数。结果表明:最大羧化速率V_(cmax)在84.5~153.3μmol/(m2·s)之间变化,V_(cmax)与叶片N含量之间的可用线性关系来量化;最大电子传递速率J_(max)在156.5~236.2μmol/(m2·s)之间变化,二者比值在处理间差异不显著;推导光合模型和气孔导度Ball-Berry模型联立的解析解来求解耦合模型,能较好模拟光合速率日进程,对2次测定模拟的平均绝对误差分别为2.11和2.23μmol/(m2·s)。通过对环境因子及生理因子差异的综合分析,模型可用于模拟施N条件下的光合速率变化,从而为较准确地预测小麦产量奠定基础。

高架渡槽跨下公路行驶车辆动力系统响应的数值分析

本文将渡槽及其跨下公路上高速行驶重型车辆作为动力系统,建立了车辆-路基-渡槽结构系统的动力有限元模型。该模型考虑了跨下高速行驶重型车辆对渡槽的动力作用,采用黏弹性边界作为路基有限域的人工边界,并采用"移动确定荷载法"模拟行驶车辆对路面的作用。首先采用该数值模型模拟在设定现场测试工况下重型车辆以特定速度行进所产生的动力响应,得到了与现场实测数据基本一致的计算结果,从而验证了所提出的计算模型的正确性和有效性。在此基础上,数值模拟了在公路上正常工况和可能发生的极端工况的车辆行驶过程。数值分析显示,渡槽跨下公路上高速行驶重型车辆不会影响其上方渡槽结构的安全。