探地雷达及红外热成像在渠道混凝土衬砌脱空检测中的应用

为减少渠道渗漏损失,提高输水配水能力,增加渠坡的稳定性,赵口二期工程渠道采用现浇混凝土衬砌。为了解衬砌与渠坡土体之间的结合程度,首先采用探地雷达方法对总干及主要干渠、分干渠和支渠的渠道的混凝土衬砌进行抽样探测,结果依据脱空程度不同主要包括胶结紧密、接触不密实、轻微脱空等3种情况;在此基础上,对轻微脱空的重点部位采用探地雷达和红外热成像相结合的方法进行综合探测,对同一混凝土衬砌上的不同脱空严重程度进行划分,可极大地提高工程养护及补强等工作的针对性,保证工程安全、高效的运行。

城市河网工程群多目标联合调度优化模型

城市河网工程群联合调度优化是一项复杂的系统工程,涉及多种闸、泵、堰等水利工程,是多时段、多对象、多约束、多目标非线性优化问题。基于此,提出了面向河网水环境改善目标的水工程群多目标联合调度优化模型,综合运用了“水量水质模型—优化调度模型—优化求解算法—方案优选方法”耦合方式,构建面向河网水环境改善的工程群多目标联合调度优化模型,并采用EMMOPSO算法的优化模型求解、基于AHP-TOPSIS的联合调度方案优选,以实现对河网水工程群联合调度的优化与决策支持,选择了长三角地区某城市河网开展了优化模型关键技术的数值试验与案例分析。结果表明:相较于水工程常规调度方式,本优化模型可以减少河网生态引水量23.9%~28.5%、提升河网水体水质达标度11.8%~90.4%,优化模型能够支撑平原城市河网地区取得显著的防洪除涝、水资源调配、水环境改善等多方面的综合效益。

数字孪生城区防洪排涝及活水自流联控联调平台开发与应用

为响应数字中国战略与数字孪生水利建设,数字赋能提升河网水工程安全运行监控和智能化、精细化管理水平,以苏州高新区为例,分析了数字孪生平台建设需求,提出了包含防洪排涝、水环境保障、水工程管理综合业务的平台建设总体架构。根据研究区已有的基础数据、监测数据、业务数据等数据基础,采用“数字孪生技术+BIM(Building Information Modeling,建筑信息模型)”核心应用技术搭建了平台的数据底板,集成建设了模型平台、孪生融合、知识平台与数字孪生场景,基于算据、算法、算力支撑构建了水工程预报调度与活水自流联控联调平台,提供了多业务应用的“监测预报、动态预警、场景预演、调度预案”4个关键功能,对于推动地方水利设施的精细化管理和智能运维、服务支撑江苏省数字孪生水利建设具有重要参考价值。

苏州市中心城区防洪排涝与水环境调度数字孪生平台研究

水利信息技术的快速发展为城市河网工程群智慧化调度发展提供了技术支撑。以苏州市中心城区大包围为研究对象,构建以水利模型为核心的数字孪生平台,以期解决城市防洪排涝与水环境智慧化调度等问题。平台以感知数据为驱动,以模型为核心,以远程控制为手段,以水动力—水质为目标,构建河网水动力模型,并针对实况暴雨开展模型率定验证,水位误差小于5 cm,满足业务化运行要求。以“四预”业务体系为基础,结合苏州市实际情况,提出不同边界条件与工况组合,构建面向防洪排涝和水环境业务的调度预案集,以多目标为决策变量提出防洪排涝和水环境调度优选方法,并构建水利“四预”业务体系,提升城市防洪排涝与水环境智慧化调度水平,驱动水利智慧化发展,提高区域水安全保障能力,实现治水为民,兴水惠民。

滨湖城市防洪智能调度与“四预”业务系统开发--以江苏无锡市运东大包围为例

信息化技术的革新为水利行业发展提供了重要的机遇,但受限于历史实测资料不足,人工智能算法在滨湖平原河网地区洪涝预报中的应用存在一定困难。以江苏无锡市运东大包围为研究区域,详细阐述了城市洪涝智能预报调度的实现路径,利用水文水动力模型生成调度预案集,分别采用长短期记忆网络模型与卷积网络模型构建城市河网关注点水位智能预报方法与城市内涝风险阈值快速计算方法;以服务“四预”(预报、预警、预演、预案)业务为导向设计防洪智能预报调度系统,开发系统功能,集成专业模型与智能模型服务于业务场景应用,以实践探索为太湖滨湖城市洪涝预报调度一体化、智能化、业务化提供参考。

基于静态—动态变量解耦的城市积淹水深快速分析方法

随着全球气候变化和我国城镇化快速发展,极端暴雨天气防范应对已成为城市防汛工作的重点之一。极端降雨条件下的实时滚动洪涝风险分析可以为预报预警提供参考,增强决策的科学性,是防范洪涝灾害的有效方法。尽管传统基于水文水动力专业模型的仿真可以在精细网格上计算出洪水演进及退水的全过程,但精细网格数值计算往往需要消耗大量的算力资源,滚动洪涝预测预报的时效性往往达不到要求。通过建立城市洪涝淹没深度与降雨量之间的函数映射关系,提出了基于静态—动态变量解耦的动态水深高效插值方法,结合分布式数据库和并行计算技术,可以在极短的时间内提供与水文水动力专业模型模拟相对一致的结果。本研究以期为城市洪涝实时风险分析提供有效支撑。

大尺度水利数据底板可视化探索与实践

数据底板作为数字孪生平台核心组成部分,在支撑数字孪生水利建设中作为“算据”发挥着关键性的基础作用。在数据底板可视化方面目前还存在数据要素标准不统一、融合渲染方法不明确、业务场景难支撑的问题,特别是大尺度三维数据底板如何融合构建、共享、更新与应用,尚未形成高效的解决方案。根据数字孪生水利建设数据底板建设思路,详细阐述了当前多源多级数据融合方法和业务可视化同步映射技术,并以淮河流域水利要素可视化模型构建开展实践探索。结果表明:多源异构数据标准化治理与可视化模型轻量化渲染在数据底板建设中至关重要,不仅能够支持流域尺度物理实体与数字要素的同步映射,也能够增强多场景的业务服务能力,为流域水安全保障提供关键数据支持。

城市河湖智慧管护体系构建技术研究及应用--以数字孪生金鸡湖及周边河网为例

为城市河湖治理与长效管护提供智慧化解决方案,是加快完善现代化水治理体系的重要途径。针对气候变化下河湖智慧管护技术发展的新形势,提出了城市河湖智慧管护体系构建框架,以金鸡湖及周边河网区域为研究区域,探索了多维感知体系、多层级数据底板、水文水动力调控模型智慧核心和预报、预警、预演、预案“四预”业务应用体系的构建实施路径,建成了数字孪生金鸡湖及周边河网智慧管护系统。该系统具有场景推演、智能模拟功能,可支撑实现精确的防洪排涝调度、畅流活水调度及蓝藻高效防控,提高应急响应和管理策略制定能力。实践探索了数字孪生赋能的城市河湖智慧管护新模式,以期为江苏省乃至全国数字孪生水利智慧管护业务应用体系建设提供参考。

基于通用模型平台的秦淮河流域水文预报技术探讨

秦淮河流域位于长江下游,其上游为山区、中游为平原、下游为感潮河网,流域内干支水系叶脉相连,水库、圩区、闸坝等水利工程众多,快速在线滚动洪水预报富有挑战。基于江苏省防汛抗旱预警调度智慧决策系统平台,研究了降雨径流、河段洪水演进、水库调洪等各类通用模型及其算法,考虑流域上游大中型水库及其调度影响,划分了适用于秦淮河水系特点的分布式预报单元,构建了秦淮河流域洪水预报模型,以2024年7月暴雨洪水前垾村控制断面为例进行验证。结果表明,利用在线通用模型算法能够实现快速洪水预报方案构建及其模拟计算,并且具备较好的准确度,可为秦淮河流域洪水预报与调度决策提供有力的技术支撑。

机器学习模型在岩溶地区水文预报中的适用性分析

现有岩溶地区的水文预报主要采用基于物理机制的水文模型,而机器学习模型的应用较为罕见。为了探索机器学习模型在岩溶地区水文预报的适用性,以云南省沙甸河流域为研究区,采用了LSTM模型与随机森林模型对倘甸水文站的逐日径流量与场次洪水进行了模拟,并以针对岩溶地区的改进型新安江模型做参照。研究表明:机器学习模型与改进型新安江模型在日径流过程模拟方面都取得较好的效果,LSTM模型模拟效果更优;场次洪水模拟方面,改进型新安江模型达到了甲级预报精度,机器学习模型6 h预见期预报结果整体优于改进型新安江模型,但24 h预见期的预报结果不能满足预报业务的精度需求。对2种机器学习模型和水文模型的特点及预报精度进行的研究,为岩溶地区水文预报工作提供了参考。

改进的特高拱坝分区变形预测模型

已有特高拱坝分区变形预测模型不能辨识趋势性、周期性和波动性的空间差异性。提出一种改进的模型,应用变分模态分解将变形分解为趋势性、周期性和波动性分量;通过基于主成分的分层聚类方法确定温度因子,将库水位、温度和谷幅等影响因子分解为趋势性、低频和高频成分。采用基于形状距离的优化动态时间规整算法进行变形分量分区,计算分区质心序列,利用灰色关联度确定主要影响因子成分。构建基于实测温度的统计模型以及随机森林、最小二乘支持向量机和增强回归树等算法的分区预测模型,叠加各分量得到变形预测值。利用溪洛渡特高拱坝运行初期的变形数据验证改进分区模型的有效性,结果表明,模型精度较高,且同时识别了位移的空间关联性和差异性。

我国大中型水闸安全监测现状与对策建议

依据全国水闸安全监测情况调查信息,从水闸安全监测设施设置、监测项目及测点布置、监测资料整编分析、安全监测自动化、人员配置与规章制度、经费与维护等方面,梳理了我国大中型水闸安全监测工作现状,可知大中型水闸安全监测设施设置、资料整编分析及人员配置、经费保障等方面存在严重不足。分析了问题成因与根源,从健全法规标准体系、加强试点示范、强化技术培训和监督检查、鼓励新技术应用等方面提出对策建议,为保障水闸安全运行及长效服役提供支撑。

数字孪生技术在水利工程运行管理中的应用

推动“数字孪生建设”发展,是党中央和水利部推动“智慧水利”的重大行动。文章通过水利事业与数字孪生技术的结合,提出数字孪生水利建设的主要技术路径,以达到智能运行、精确管控和安全运行的目标。数字孪生项目通过历史数据、实时数据、数据分析、算法模型等手段,实现对水资源的预测、预警、预案等功能,通过构建水利智能应用体系,实现对水资源的有效管理与使用,助推“数字中国”国家战略建设。

基于数字孪生技术的水利工程安全管理系统构建

随着数字化技术的不断演进,数字孪生技术在水利工程领域中的应用日益凸显。本研究针对基于数字孪生技术的水利工程安全管理系统进行深入探讨。首先,构建了一个包含数据采集、数字孪生建模和数据分析处理三大核心模块的系统架构。系统功能主要包括实时监测与报警、安全评估与预测以及决策支持与建议。通过这些功能,工程人员能够更准确地了解工程健康状况,并做出及时决策。最后,本研究对系统在工程建设、运营两个关键阶段的应用进行了分析,证实了其在提高工程安全性和响应能力上的巨大价值。

新形势下水利自动化工程存在问题分析

文章针对新形势下水利自动化工程存在的问题进行了深入探讨。通过分析当前水利自动化工程的现状和发展趋势,结合相关理论与实践,提出了解决这些问题的方法和对策。旨在为水利自动化工程的改进和发展提供理论支持和借鉴。

基于数智化技术的智慧水利平台系统建设探究

智慧水利系统紧紧围绕水害、水资源、水环境治理、水生态环境等问题,把握水灾、旱灾、水工程安全运营、水建设工程施工、水资源开发运用、城乡供水、节约用水、湖河土壤侵蚀等九个业务的综合信息,灵活运用数智化技术全方位支撑智慧水利平台系统工程项目的建设,搭建了监控种类丰富、监控方式多样、信息传送平稳、操纵可靠的智慧水利平台系统。文中分析了智慧水利平台的建设现状,介绍了智慧水利平台的技术架构和主要模块功能结构,以及智慧水利平台系统的实现。

南昌市城区极端暴雨洪涝应对研究

近年来,全球极端气候导致暴雨、特大暴雨频发,针对南昌市城区极端暴雨洪涝灾害风险分析研究,构建南昌市一二维耦合的水文-水动力数值模型,编制完成南昌城市建成区(东湖区、西湖区、青云谱区、青山湖区、湾里区、红谷滩区、新建区长堎镇,以及高新、经开两区纳入市城区范围的区域)在遭遇极端暴雨(1小时面雨量200mm,24小时面雨量400mm,72小时面雨量600mm)的洪水风险图和《南昌市极端暴雨洪涝研究应对报告》(报告主要内容包括在极端强降雨下,南昌市城区面临的风险分析、相关部门职责任务、信息发布与传递模式、部门反应及联动机制、应急保障措施等)。

特高拱坝变形监测的分区及其模型构建方法

面板数据模型考虑了测点间的联系和异质性,引入面板数据模型构建特高拱坝的分区安全监测模型。通过实测温度的主成分分析,筛选得到典型实测温度变量;融合主成分分析和层次聚类法,提出基于监测时间序列的变形测点分区方法;以此建立各分区面板数据,通过检验确定面板数据模型类型,构建基于实测温度的分区变形测点的回归模型;通过分区及其回归模型的截距项、变量系数等的对比分析,识别各分区及坝体空间变形特征。以初期运行期的某特高拱坝为例,将研究测点分为4个区,构建各分区的固定效应回归模型。结果表明,坝体变形符合客观规律,封拱后坝体非稳定温度场、初期运行期时效等因素对坝体变形影响明显。

特高拱坝运行初期变形预测模型温度因子选取方法

特高拱坝运行初期坝前库水温垂直分层逐步形成,坝体混凝土持续水化内部温度回升。传统变形预测模型采用的周期项温度因子不能很好地描述运行初期环境和坝体内部温度的非线性非稳定性特征。对此,融合主成分分析和分层聚类方法,提出了基于主成分分层聚类法的运行初期实测环境和坝体温度因子分类分区及典型测点的选取方法;同时,引入了可反映周期性库水位变化下运行初期谷幅收缩变形特征的指数和周期项的组合时效因子;在此基础上,构建了基于实测温度因子的多元回归模型和支持向量机模型。实例分析表明,选取的实测温度因子能较好地反映运行初期坝体温度的时空变化特征,以此构建的模型比传统模型具有更高的预测精度。

输水交叉建筑物进出口段渗漏成因综合分析

输水交叉建筑物进出口段渗流异常成因存在不确定性。采用综合分析方法探讨某长距离调水工程一跨河渡槽出口段裹头渗漏的成因。在巡视检查和加固处理等资料分析的基础上,构建统计模型,定量分析渐变段渗透压力和底板扬压力与渠道水位、气温、降雨量等环境量的关系,判断渗流的主要影响因素;通过变形监测资料分析,结合工程地质和水文地质条件,判断引起裹头渗漏的原因;进而依据流场法、探地雷达和高密度电阻率法等地球物理探测方法揭示渗漏入口和通道等。综合分析认为,渗漏从渐变段末端结构缝进入,通过渐变段、闸室段和连接段的砂砾石层基础向裹头侧流出。考虑到该调水工程常年运行,渡槽难以停水检修,提出在闸室段增加灌浆帷幕截断渗流通道的防渗加固处置建议方案。采用的综合分析方法可为同类工程问题分析和处理提供参考。