随机输入情况下汇流计算方法的探讨

大量的实测资料表明,在汇流过程中存在着许多难以预料和控制的不确定性因素。为了更合理的描述汇流过程,建模时应用随机微分方程替代确定性常微分方程。初步探讨了有白噪声输入情况下的线性随机汇流系统,在获得初始条件的随机特性后可以得到汇流模型的解析解和数值解,计算实例表明,在汇流模型建模中引进随机微分方程理论值得深入研究。     

仅依据汇流系统出流资料确定Nash模型参数的研究

从理论上建立缺乏水文资料或水文资料不配套情况下的流域汇流计算方法是水文学家长期追求的目标.在分析半个世纪以来这方面主要研究成就的基础上,认为确定流域汇流模型参数的途径可划分为三类.对其中仅根据汇流系统出流资料确定Nash模型参数的理论公式和实施步骤作了详细探索,取得了初步成果,指出了进一步研究的方向.建议的方法对我国干旱、半干旱内陆边远不易布设足够雨量站点的地区的水文计算和预报工作具有实际意义.     

Nash瞬时单位线推演河道汇流的完整公式

Nash瞬时单位线是基于零初始条件而得到的,没有反映河道汇流的完整过程。通过拉普拉斯变换和数学归纳,推导出了考虑初始槽蓄量退水过程的完整Nash河道汇流公式。分析讨论了公式各项的物理含义,出口断面的流量应是河槽初始槽蓄量的退水过程与上游入流演算结果的叠加,据此建立了一种具有物理概念的河道洪水演算实时校正模型,通过实例分析验证了公式的实用性和合理性。完整公式是更为一般情形下的Nash河道汇流模型,一定程度上丰富和发展了现有Nash汇流理论,并可适当提高河道洪水演算的精度。     

可估子空间上一般随机效应模型的比较

对于具有已知对称非负定协方差阵的一般随机效应模型,通过比较回归系数和参数线性可估函数的最优线性无偏估计方差的大小,给出了一个随机效应模型至少与另一个随机效应模型一样好的定义,并在可估空间的子空间上对两个随机效应模型进行比较,通过利用矩阵的广义逆理论和方法,得到了一个随机效应模型至少与另一个随机效应模型一样好的充分必要条件,为统计建模过程中模型选择奠定了理论依据.     

深基坑稳定性的模糊随机分析

基坑稳定性分析中的不确定性主要表现为随机性和模糊性,随机性体现为将各种设计参数作为随机变量, 而模糊性主要体现在其失稳的判断标准上,这与深基坑失稳破坏的模糊特征相吻合。重点阐述了深基坑稳定性分析中的模糊性, 并采用模糊随机方法,推导出基坑稳定性的广义模糊随机计算模型, 该模型可以考虑分析中所涉及到的计算力学参数的随机性和失稳判断标准的模糊性。同时还对基坑失稳概率的标准进行了讨论。最后实例分析了坑底隆起失稳的模糊概率。计算结果说明,模糊随机方法能够更全面、合理地反映基坑的实际稳定性。     

土方开挖粘塑性模糊随机损伤机理研究

以基坑工程为例分析了开挖损伤演变的模糊随机性并建立了广义非确定性空间O：Б（s,f）。提出了初始损伤有效张量的概念模型,在“损伤源汇”概念基础上提出了模糊衰减模型,构造了粘塑性模糊随机损伤增量方程并实现了基坑开挖过程的模糊随机损伤模拟。在线性算子基础上提出了模糊随机损伤矢量极限值{Ωu},进而建立了以损伤有效张量为基础的粘塑性模糊随机损伤本构模型及粘塑性非线性模糊随机数值方法。在粘塑性模糊随机损伤有限元基础上建立了粘塑性模糊随机损伤变化率方程,实现了对基坑开挖过程中模糊随机损伤演变发展的全面模拟,完成了模糊随机卸荷损伤模型的构建。     

二维随机介质对声波传播影响

地层的形成是随机性和不确定性,用基于随机理论的方法来描述更为适合。利用随机介质建模的方法来描述地下介质中的小尺度非均匀性。为了考察小尺度非均匀性介质中声波的传播特性,建立了不同尺度的二维随机介质模型,利用有限差分法模拟随机介质中的声波场。分别对比不同自相关长度条件下地震记录及其波形与振幅谱,研究这些特征量与随机介质模型的自相关长度的关系。结果表明,自相关长度作为描述小尺度非均匀性尺度的参量,对声波在随机介质中传播影响很大。     

PCR-SPA-MC模型在滑坡稳定性分析中的应用

破坏概率与随机模拟理论在滑坡稳定性分析中得到了广泛地应用。然而,通过对传统破坏概率与随机模拟方法的具体操作发现,其没有考虑到因素相关性的影响,由此笔者引入主成分-逐步回归算法, 建立了PCR-SPA-MC耦合模型。并结合巴东县赵树岭滑坡研究,进行了工程实例分析。分析表明,PCR-SPA-MC模型给出的结果比传统破坏概率法得出的结果更为理想。     

地球物理反问题中的随机反演理论

本文从最大后验概率密度观点出发，在数据噪音向量和待求模型向量为具有零均值的独立高斯随机过程的假设前提下，建立起了随机反演的非线性系统方程；给出了模型方差估计的函数表达式，并在文章最后，证明了反演解的稀疏性，即解释了随机反演的输出解的高分辨率特征。文章在最小二乘反演方法的基础上，发展并完善了随机反演方法的理论基础；揭示了随机反演方法与最小二乘反演方法之间的本质区别；阐述了随机反演方法的优越性，并指出了其广阔的应用前景。     

元宝山露天矿疏干优化设计

从影响元宝山露天矿地下水疏干的主要水文地质参数随机性特征分析入手,建立并求解了元宝山露天矿疏干工程优化设计的随机地下水管理模型,揭示了水文地质参数随机性对管理模型结果的影响,认为参数的随机性越大,管理结果越坏;置信水平越高,管理结果越坏,且渗透系数和边界条件对管理结果影响最大。      

基于随机理论的地下水环境风险评价

针对确定性模型难以描述含水层非均质空间分布的问题,提出基于随机理论的地下水环境风险评价方法。以矩形场地地下水污染风险评价为例,采用蒙特卡罗法生成大量渗透系数随机场,模拟含水层参数各种可能的非均质空间分布,在此基础上建立场地地下水流模型与溶质运移模型,分别计算污染物在地下水中的迁移转化情况。统计大量随机模拟中污染事故发生的频率,当模拟次数足够多时,污染频率收敛于污染概率,污染风险即通过污染概率体现出来。该方法将模型参数设为满足一定分布特征的随机变量,避免了确定性方法得出的武断的评价结果,可为工厂的选址、水源地的选址等工作提供科学指导。     

Stochastic representation for anisotropic permeability tensor random fields

In this paper, we introduce a novel stochastic model for the permeability tensor associated with stationary random porous media. In the light of recent works on mesoscale modeling of permeability, we first discuss the physical interpretation of the permeability tensor randomness. Subsequently, we propose a nonparametric prior probabilistic model for non‐Gaussian permeability tensor random fields, making use of the information theory and a maximum entropy procedure, and provide a physical interpretation of the model parameters. Finally, we demonstrate the capability of the considered class of random fields to generate higher levels of statistical fluctuations for selected stochastic principal permeabilities. This unique flexibility offered by the parameterization of the model opens up many new possibilities for both forward simulations (e.g. for uncertainty propagation in predictive simulations) and stochastic inverse problem solving. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

随机岩溶介质的电阻率正演模拟

受岩溶发育的影响,岩溶地区电阻率分布具有很大的不确定性。采用传统的正演方法在一定程度上不能满足岩溶探测的需要。为了更真实地反映岩溶介质的电性特点,本文提出了一种根据随机过程的谱分解理论来构造随机介质模型的方法,并以此建立了岩溶地区随机地电模型。对理论和实测地电模型的正演计算表明,随机介质能更有效模拟实际地电结构,正演结果更接近实测的异常形态。因此,岩溶地区的电阻率正演模拟计算采用随机介质模型是十分有必要的,一方面有助于对异常的认识,另一方面,随机介质模型可以更好地模拟岩溶地区的地电模型。      

浅基础沉降可靠性的摄动随机有限元法

将二阶非线性摄动随机有限元理论和土性参数随机场的离散技术相结合,可以处理岩土工程中由多种不确定因素带来的结果的不确定性。与一阶摄动随机有限元相比,二阶摄动随机有限元具有较高的计算精度。笔者探讨了这一方法,考虑土性分布参数和荷载变异性,用二阶摄动随机有限元法进行了浅地基沉降的概率分析。     

地基固结沉降随机有限元计算和可靠度分析

基于比奥（Biot）固结理论，采用邓肯-张本构模型，考虑随机场的影响，首次给出了地基固结沉降随机有限元分析方法，并基于随机有限元对点固结沉降和差异固结沉降的可靠度进行了分析。     

二维水流数学模型区产流、汇流问题的探讨

目前,二维水流数学模型已得到普遍应用,但模型区的产流、汇流问题考虑较少。通过南水北调中线工程总干渠左岸串流区二维水流模拟计算,针对水面区和陆面区不同情况对模型区的产流、汇流问题进行了分析研究,在二维水动力学数学模型的基础上建立了串流区水文、水力学模型,提出了处理模型区产流、汇流问题的一套行之有效的方法。     

完全混合系统总磷随机模型研究

在Vollenweider模型的基础上,建立一个完全混合系统的总磷浓度的随机微分方程模型。该模型将总磷浓度的变化过程当做一个随机过程,在获得初始条件的随机特性后可以得到模型的数值解和解析解,从而得到总磷浓度的一阶矩均值和二阶矩方差。模型被应用于隔河岩水库的总磷浓度的模拟,与实测资料吻合良好。     

堤防工程三维随机渗流场理论及研究

给出分析各向异性非均质稳定随机渗流场问题的三维有限元模型;结合实际工程问题,统计分析长江荆南干堤士性参数的分布特征,通过Kolomogorov-Smirnov统计检验表明,渗透系数呈高斯分布假设可以接受;通过对长江荆南干堤随机渗流场的三维有限元统计模拟的数值分析,研究长江荆南干堤渗流场的各种随机特性,并进一步对随机模拟结果进行统计检验,验证模拟结果的合理性;在实际的分析研究中把上下游水位的随机波动引入三维有限元的随机分析模型,分析上下游水位的变异性对渗流场矢量的随机干扰和边界条件的随机性对随机渗流场分析结果变异性的影响。在此基础上进一步考虑施加诸如垂直截渗墙、下游导渗沟等抗渗措施后,它们作为复杂边界条件的扰动,在与场内土性参数的变异性共同影响下,对渗流场水头势分布的随机干扰特性,并与相应的确定性稳定渗流场问题的结果对比,证实随机渗流场研究的必要性、可行性及实用性。实现了对长江荆南干堤的三维渗流场的较为全面的随机场模拟及特性分析,分析得到的结论通过统计检验并结合实测工程数据对照证明是可靠的,所研制的程序是适用的。     

Dynamic stochastic estimation of physical variables

A fundamental problem facing the physical sciences today is analysis of natural variations and mapping of spatiotemporal processes. Detailed maps describing the space/time distribution of groundwater contaminants, atmospheric pollutant deposition processes, rainfall intensity variables, external intermittency functions, etc. are tools whose importance in practical applications cannot be overestimated. Such maps are valuable inputs for numerous applications including, for example, solute transport, storm modeling, turbulent-nonturbulent flow characterization, weather prediction, and human exposure to hazardous substances. The approach considered here uses the spatiotemporal random field theory to study natural space/time variations and derive dynamic stochastic estimates of physical variables. The random field model is constructed in a space/time continuum that explicitly involves both spatial and temporal aspects and provides a rigorous representation of spatiotemporal variabilities and uncertainties. This has considerable advantages as regards analytical investigations of natural processes. The model is used to study natural space/time variations of springwater calcium ion data from the Dyle River catchment area, Belgium. This dataset is characterized by a spatially nonhomogeneous and temporally nonstationary variability that is quantified by random field parameters, such as orders of space/time continuity and random field increments. A rich class of covariance models is determined from the properties of the random field increments. The analysis leads to maps of continuity orders and covariances reflecting space/time calcium ion correlations and trends. Calcium ion estimates and the associated statistical errors are calculated at unmeasured locations/instants over the Dyle region using a space/time kriging algorithm. In practice, the interpretation of the results of the dynamic stochastic analysis should take into consideration the scale effects.