基于PCA和SVM的遥感影像水体提取方法及验证

针对内陆湖泊水质及光谱特性空间差异性大、支流水系结构复杂而导致的遥感影像水体提取精度低的问题,提出了结合光谱主成分分析(PCA)及支持向量机(SVM)的PCA-SVM水体提取算法。基于GF-1卫星遥感影像,对原始影像光谱波段特征进行PCA降维,从中优选熵、方差、差异性纹理特征向量,结合原始波段及归一化差分水体指数(NDWI),构建了8维特征向量,并基于SVM算法提取湖泊水体。以巢湖洪水期与非洪水期影像为研究实例,分别采用NDWI法、传统SVM算法及PCA-SVM算法对水体进行提取,并进一步基于PCA-SVM算法对2020年汛期巢湖洪水期淹没演变过程进行反演和跟踪,定量解析特征向量组合及SVM惩罚系数C对水体提取性能的影响。结果表明：PCA-SVM算法提取的湖泊完整、支流连续,显著改善了含蓝藻水体漏提、建筑物误提等问题;洪水期和非洪水期提取结果的F1分数分别为95.08%和97.95%,虚警率分别为5.43%和1.13%,提取精度显著高于NDWI法和SVM算法。     

存在高渗透区的黏土心墙土石坝渗流稳定性分析

黏土心墙土石坝是重要的挡水建筑物,心墙的低渗透性可以大幅降低坝体水力梯度,减少坝体发生渗透破坏的风险。然而心墙的质量问题（如局部高渗透区）会影响坝体的渗透稳定性,甚至酿成管涌溃坝等严重后果。以瀑布沟心墙土石坝为原型开展坝体渗流大型水槽模型试验,并结合有限元数值模拟方法研究高渗透区对坝体内部渗流场和渗流稳定性的影响。试验表明高渗透区域将改变心墙的渗流场,成为优势渗流通道,导致高渗透区域附近孔压值大幅上升,同时高渗透区域的存在将显著提升坝体渗漏速率。试验与模拟结果一致表明,随着高渗透区域逐步上移,高渗透区所在位置处的孔隙水压力增大,坝体渗漏量减小。高渗透区和心墙的渗透系数增加都会使心墙孔压值和渗漏量增加;随着高渗透区的渗透系数的增大,心墙坝渗流稳定性系数降低,导致坝体稳定性下降;随着心墙渗透系数的增大,高渗透区水力梯度略微减小,但心墙整体临界水力梯度下降,坝体稳定性降低。所得结论可为基于监测数据反演分析心墙的质量问题和评估坝体的安全性能提供依据。     

基于加权最小二乘的结构模态参数与损伤识别

为提高利用最小二乘进行模态参数识别的精确度,提出了分频段加权最小二乘模态参数及损伤区域识别方法。分别基于各频率段能量和普通克里金插值作为权值,加权计算模态参数。将此方法应用于识别时变系统,用于Koyna混凝土重力坝在地震作用下损伤识别中。结果表明,识别的固有频率时程曲线可以准确地对结构损伤情况进行描述,根据坝体观测点在初始和损伤结束时刻的响应信号识别的归一化振型可以对结构损伤进行定位。该方法可以较大地提高结构模态参数的识别精度,并且准确地识别结构的损伤区域。     

基于Level-Set法的有限元非饱和渗流方法在黄壁庄水库中的应用

针对传统非饱和渗流分析方法中忽略气相作用而导致无法处理气相参与的含自由面渗流这一问题,建立了一种耦合Level-Set法的有限元非饱和渗流分析方法。该方法基于有限元非饱和渗流分析理论,利用Level-Set方法隐式地捕捉自由界面,考虑了入渗过程中的气相可压缩性,能够反映多孔介质中水气两相界面的运动与融合,可以用来求解常规方法无法处理的气相参与的含自由面渗流问题,同时具有自由面构造简单、计算稳定性好、收敛速度快等优点。本文将该方法应用于黄壁庄水库在库水位骤升后出现坝前水面冒泡现象的原因分析中,模拟了该水库坝前水-气两相运移过程,揭示了冒泡现象发生的原因。计算结果表明,此方法可简单、直观地描述水气界面在多孔介质中的运动过程,模拟结果与实际情况较为符合。研究表明,黄壁庄水库坝前水面出现冒泡现象是由水位骤升将铺盖内的空气封住,并随水体入渗压缩空气,出现憋气现象,最后气体释放所致。     

基于改进FV-LBM的多孔介质渗流模拟

提出了一种新的基于Brimman -Forchheimer方程的多孔介质流动格子Boltzmann法的有限体积形式（FV-LBM）。在该方法中,多孔介质效应通过将外力引入格子Boltzmann方程中,并通过以单元为中心的有限体积法求解,同时将权重的校正因子引入进来以提高数值计算的稳定性。用该方法验证了完全多孔Poiseuille流和Couette流,数值计算结果与理论解吻合较好。而且还用该方法模拟了具有均匀和非均匀孔隙度的裂隙-孔隙模型,结果表明：当达西数增加时,多孔层中的速度增加;而当裂隙区域的速度峰值减小时,速度轮廓接近抛物线。研究成果为多孔介质渗流模拟提供了有效途径。     

磁性浮板覆盖下干旱区平原水库节水效率分析

针对干旱区平原水库水深浅、风速大、气温高、空气相对湿度低而导致蒸发损失严重的问题,在吐鲁番市胜金乡胜金沟三期水土保持水库进行了一整年不同覆盖面积的带磁性浮板与非磁性浮板覆盖水面来减少水面蒸发的试验,以此来分析相同覆盖面积下带磁性浮板成片整体分布与非磁性浮板分散分布对水库水面蒸发的节水效率。试验结果表明：在气象因素相同的情况下,带磁性浮板分别覆盖水面25％,50％和75％时,蒸发抑制率分别为27.4％,41.5％和59.1％;非磁性浮板分别覆盖水面25％,50％和75％时,蒸发抑制率分别为22.1％,38.1％和57.3％;带磁性浮板比非磁性浮板蒸发抑制率分别提高了5.3％,3.4％和1.8％。可见,带磁性浮板节水效果更加显著,对提高干旱区平原水库水资源的利用效率具有显著意义。     

基于SLIC的哨兵1号雷达数据水体信息提取

针对水域面积较少时水体信息提取困难的问题,提出了以Sentinel-1A SAR为数据源,用简化的SLIC超像素分割算法对图像进行分割,根据相似度将分割后图像进行分层区域合并,将图像二值化得到最终水体信息的方法。将提取的信息与Otsu阈值法提取的水体信息进行对比分析,结果表明：水体提取算法相比Otsu阈值法有效提升了水体信息提取的效率和精度,对于防汛减灾具有重要的科学价值。将提出的方法应用于2019年7月份的株洲洪水监测,取得了较好的效果。     

江淮丘陵区塘坝灌溉能力估算及其演变特征

鉴于塘坝工程在江淮丘陵区蓄水灌溉中的重要作用,通过对塘坝工程与作物种植结构发展历程的综合分析,提出了基于水量供需平衡分析的塘坝灌区灌溉能力概念及其计算模型,定量评估了江淮丘陵区不同年代的塘坝灌溉能力,揭示了塘坝灌溉能力的动态演变特征。研究结果表明:江淮丘陵区全区塘坝灌溉能力在20世纪60年代达到峰值后,70～90年代呈显著下降趋势,至21世纪初有所回升。研究结果可为江淮丘陵区塘坝发展规划与灌溉制度的制定提供理论依据与技术支撑,具有重要实际指导意义。     

基于FLAC3D的饱和-非饱和渗流场初始化方法

建立与真实状态相近的初始渗流场是正确分析边坡降雨入渗的重要前提。鉴于目前FLAC^3D中的饱和-非饱和渗流场初始化方法寥寥无几,提出并详细介绍了饱和-非饱和渗流场初始化的设置方法。根据5种分布形式的基质吸力,按照其基质吸力线性分布和非线性分布规律提出了2种对应的初始化方法:对于线性分布的基质吸力运用MIDAS建模和FLAC^3D内置FISH语言进行渗流场初始化设置;对于非线性分布的基质吸力,用函数来表示其复杂几何形态的地下水位面具有一定的难度,不适合大面积推广应用,将地下水位面简化成一平面后,可利用FISH语言编程进行渗流场初始化设置。通过与常规渗流场初始化方法的计算结果对比,初始渗流场对边坡降雨入渗最终计算结果有较大影响,初始渗流场与真实状态越相近,其计算精度越高。     

印尼地区嵌岩灌注桩竖向承载特性现场试验

为更加深入研究不同竖向荷载作用下大直径嵌岩灌注桩的承载特性与荷载传递规律,以印尼地区某工程为依托,对3根直径为800 mm的嵌岩灌注桩进行单桩竖向抗压静载试验与桩身应力测试。试验结果表明:3根试桩的Q-s曲线均为缓变型,沉降量均不超过17 mm,回弹率较大,介于54.8%~70.9%之间,残余沉降较小,承载力较高,均满足设计要求。桩身轴力随桩顶荷载的增加逐渐增大,随深度逐渐递减;桩侧摩阻力的发挥具有异步性,随着荷载的增大,桩侧摩阻力逐渐发挥,在嵌岩段桩侧摩阻力最大,但仍未充分发挥;桩端阻力随桩顶荷载的增加近似呈线性增大,在最大荷载作用下,桩端阻力占比约55%,表现出摩擦端承桩的特性。研究结果对国内桩基规范的完善以及当地桩基规范的制订具有较重要的意义。