基于两阶段人工鱼群算法的U型渠道断面优化设计

渠道断面优化是控制农田水利工程成本的重要因素,已有的渠道断面优化研究以梯形渠道为主,对U型渠道研究较少。以优化U型渠道深度、圆弧半径和直线段外倾角为目标,建立以U型渠道过水断面面积最小为目标函数、满足设计流量要求的数学优化模型。根据U型渠道水力计算的复杂性,利用引入协调行为的两阶段人工鱼群算法,对渠道断面设计进行优化。优化结果满足边坡稳定等约束条件。将模型应用于连云港市赣榆区黑林镇土地整理项目,10条斗渠过水断面面积均减小,优化后占地面积共减少28.603 m~2,占原占地面积的5.0%。     

中国是世界拱坝大国也是世界拱坝强国——在《特高拱坝建设总结及安全运行管理研究》会议上的发言

中国拱坝数量占全世界的40%,数量最多;世界最高的三座拱坝都在中国,因此中国是世界拱坝大国。中国解决了岩溶地区拱坝防渗、狭窄河谷拱坝大流量泄洪等技术难题,发展了碾压混凝土拱坝筑坝技术。中国学者首创大坝混凝土标号分区技术,首创混凝土坝温度应力理论体系,解决了大坝裂缝这一世界性难题;建立了拱坝优化理论、混凝土坝仿真分析方法、混凝土坝有限元等效应力方法、混凝土坝数值监控方法等,在拱坝设计和科研上取得了全世界最多的重要成果,因此中国既是世界拱坝大国,又是世界拱坝强国。     

塔式旋转混凝土布料机的工况计算及配重调控分析

塔式旋转混凝土布料机是一种可高效输送混凝土的工程机械,被广泛用于混凝土浇筑。施工过程中,为减小其布料端悬臂力矩、保证其塔架的稳定性,需要随时根据其伸缩桁架的伸缩量来调节其配重块的位置。运用有限元ANSYS软件,分析了布料机在极限工况条件下的结构强度和最大合力矩,计算了19种不同工况下力矩、桁架伸缩量及配重调节距离之间的数值关系。在此基础上,利用MATLAB的拟合优化功能得出三者之间的函数关系并绘制三维曲线。研究结果为塔式旋转混凝土布料机的安全运行提供数据支持,同时为其后续的优化设计提供参考。     

Seepage safety monitoring model for an earth rock dam under influence of high-impact typhoons based on particle swarm optimization algorithm

Extreme hydrological events induced by typhoons in reservoir areas have presented severe challenges to the safe operation of hydraulic structures. Based on analysis of the seepage characteristics of an earth rock dam, a novel seepage safety monitoring model was constructed in this study. The nonlinear influence processes of the antecedent reservoir water level and rainfall were assumed to follow normal distributions. The particle swarm optimization (PSO) algorithm was used to optimize the model parameters so as to raise the fitting accuracy. In addition, a mutation factor was introduced to simulate the sudden increase in the piezometric level induced by short-duration heavy rainfall and the possible historical extreme reservoir water level during a typhoon. In order to verify the efficacy of this model, the earth rock dam of the Siminghu Reservoir was used as an example. The piezometric level at the SW1-2 measuring point during Typhoon Fitow in 2013 was fitted with the present model, and a corresponding theoretical expression was established. Comparison of fitting results of the piezometric level obtained from the present statistical model and traditional statistical model with monitored values during the typhoon shows that the present model has a higher fitting accuracy and can simulate the uprush feature of the seepage pressure during the typhoon perfectly.     

考虑地层渗透性各向异性的堤防工程三维防渗结构优化分析

在透水地基上修建长堤防工程,堤基防渗结构的渗控效应直接影响堤防的安全运行。根据岷江干流虎渡溪工程库区长堤防工程地质条件,采用三维渗流分析方法,对堤基高喷防渗墙的布置结构进行优化分析。结果表明：高喷防渗墙可有效降低堤后地下水水位,减小库水向堤后低洼保护区域渗漏,但其渗控效应受防渗结构空间展布长度、深度与渗透性以及地层材料渗透性各向异性的影响。满足低洼保护区域不溢出要求的防渗墙最小展布长度随其布置深度的增大和施工质量的提高而减小,防渗墙渗透系数小于1×10^-5 cm/s并将透水性强的覆盖层截断时,其渗控效应明显,若进一步提升防渗墙质量和布置深度则效果不显著。防渗墙质量的提高对堤防渗控效应的提升受地层材料渗透性各向异性的影响较小,而布置深度增大在渗透性各向异性比较大时对渗控效应与防渗结构优化设计的影响较大。随着地层材料渗透性各向异性比的增大,防渗墙所需最小空间展布长度逐渐增大,由各向同性时的180 m增大到220 m,且当渗透性各向异性比较大时,可能有必要增加防渗墙布置深度。     

基于多目标优化的黔中区水资源配置研究

以黔中水利枢纽一期工程为研究对象,开展水资源优化配置研究。在分析黔中水利枢纽工程概况及水资源优化配置原则的基础上,建立了黔中水利枢纽工程水资源优化配置模型,采用多目标规划对模型进行求解,得出了2007,2015年和2020年水平年黔中灌区、贵阳市区以及安顺市区的水资源优化配置结果;同时,对供需平衡、经济效益和污水排放量3个指标进行了对比分析。该模型分析结果为黔中区水资源的配置提供了科学合理的依据。     

基于KPCA-PSO-SVM的径流预测研究

为提高径流预测模型的准确性与稳定性,对KPCA-PSO-SVM的径流预测方法进行了研究。在分析径流影响因素的基础上,利用核主成分分析(KPCA)法对径流影响因子进行非线性特征提取,获得主成分作为支持向量机(SVM)的输入变量,建立了径流预测SVM模型,其中模型参数通过粒子群算法(PSO)进行优化。模型建立后,以新疆伊犁河雅马渡站中长期径流预测为例进行分析。预测分析结果表明,在拟合和检验阶段模型的平均相对误差分别为0.77%和7.64%,与其他预测模型比较,基于KPCA-PSO-SVM方法建立的径流预测模型有较好的预测和泛化能力,是一种行之有效的中长期径流预测方法。     

基于模态分解和云粒子网络的大坝基岩地震动输入研究

在大坝抗震安全评价中基岩地震动输入多采用实测数据或人工生成等方式,而当坝址仪器损坏或历史震害资料不足时,确定基岩地震动就变得尤为困难。本文提出对大坝基岩地震动进行反演的研究思路,并开发了基于经验模态分解和云粒子网络的分解—训练—反演混合模型,在不依赖场地历史震害资料的情况下,仅用少量周边测站数据即可确定大坝的基岩地震动。首先,选取坝址周边地表及基岩的地震动实测记录,采用经验模态分解法将地震加速度序列分解;其次,通过粒子群算法建立与神经网络连接权值的映射,采用云理论优化粒子群算法的全局寻优能力,建立反演模型,将分解后的加速度序列作为训练集进行反演训练;然后,选取与大坝处于相似地质情况的地表实测地震动信息,结合反演模型对大坝基岩输入地震动进行反演;最后,以紫坪铺大坝为研究实例,通过对比传统输入方法,验证该模型的适用性。结果表明：本文所提的混合模型综合性能稳定,能较好地反演地震加速度序列,模型决定系数均大于0.9,平均绝对百分比误差均在11%左右;采用本文反演得到的基岩地震动进行计算,较已有研究成果计算误差降低0.79%~17.28%,与工程实际动力响应更为吻合。本文方法可为解决大坝基岩输入地震动的获取提供一条新途径。     

新安江模型参数优化的一种约束SCE-UA算法研究

在新安江模型参数优化领域,洗牌复合形进化(Shuffled Complex Evolution,简称SCE-UA)算法得到了广泛的应用。但在长序列降雨径流模拟和模型参数优化中面临一些问题需要解决。当模型参数适配不当时,土壤含水量易于出现负值,此外,不同径流成分对应的汇流参数需要满足一定的大小关系。上述问题的处理,决定着优化算法能否找到具有正确物理意义的最优模型参数,以及径流模拟结果的合理性和可靠性。针对这些问题,提出了一种约束SCE-UA算法,通过罚函数法对土壤含水量和汇流参数施加约束,引导优化算法向具有正确物理意义的参数可行域展开搜索,在寻优的同时确保了物理意义的正确性。在呈村流域开展了基于约束SCE-UA算法的新安江模型参数优化研究,数值模拟结果表明,约束SCE-UA算法能够确保模型参数物理意义的正确性,解决了土壤含水量出现负值和汇流参数大小关系错误的问题。利用优化获得的最优参数开展水文模拟,能够取得更好的水量平衡效果和更高的模拟精度。     

Research progress on water resources management theory of “basing four aspects on water resources”EI北大核心CSCD

In order to implement the rigid constraint system for water resources and promote refined management of water resources, based on the analysis of the concept and notion of “basing four aspects on water resources” and the summary of the experience of water resources management, the basic theory and management guidelines for water resources control of “basing four aspects on water resources” are proposed. The latest progress of “ basing four aspects on water resources” is systematically sorted out, and it is pointed out that further research on the water resources control of “basing four aspects on water resources” should be deepened from the aspects of macro-system evaluation system construction, water resources optimization allocation model reconstruction, and refinement of water resources control system. © 2023, Editorial Board of Water Resources Protection. All rights reserved.