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。

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。

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。

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。

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。

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。

金佛山面板堆石坝施工期沉降特性分析

为研究金佛山混凝土面板堆石坝施工期的沉降变形特性,依据0+150 m监测断面的电磁式沉降管实测资料,对比了实测与有限元模型预测沉降规律的一致性,分析了沉降的时空变化规律,构建了典型测点的统计模型,并进行了定量分析。结果表明,大坝沉降变形符合面板堆石坝施工期沉降的一般规律,沉降量较小,压实性能良好。