基于互信息量与BP神经网络的中长期径流预报方法研究

针对中长期径流预报因子的选择问题,采用互信息量方法筛选预报模型输入因子,在BP神经网络模型中,分别用均方误差和互信息量作为目标函数,衡量因子复合相关关系,优化选择最终预报因子并应用于碧流河汛期径流预报中。结果表明,基于互信息量筛选的预报因子与BP神经网络模型相结合,可有效识别多个预报因子与预报量间的复合相关性,对中长期径流预报因子的选择有很好参考价值。     

短期洪水预报的变系数方程法

一、引言将回归分析方法应用于短期洪水预报从而建立的预报方程,与用相同资料绘制的各种多元合轴相关图比较,具有预报精度较高、便于使用计算机等优点。特别当流域汇流情况比较复杂时,可以考虑较多因子,用逐步回归方法建立满足精度的回归方程,方程的项数可超过三个、四个甚至更多一些,这在各种相关图上是无法做到的。回归方程法的这些优点,我们在池潭及沙溪口水电工程施工期洪水预报方案的编制运用中得到了证实。但与传统的预报方法一样,拟     

中长期预报在邢台海河流域的应用

在分析子牙河水系海河流域降雨径流的基础上,应用回归统计法,通过优选因子进行预报。西台峪站位于邢台临城县境内,属半干旱、半湿润山丘区,年降水主要集中在6—9月,其河流特性为暴涨暴落。通过优选因子建立预报方程。因子的选取我们从物理成因和数理统计等各方面来考察各个影响因素,挑选出具有明确物理意义的预报因子,并把其应用到实际工作中去。探讨了中长期预报在半干旱、半湿润地区的适用性,对计算成果分析遇到的问题提出了一些解决方法。     

单因子水文预报方程算法及实例分析

作为单因子水文预报模型中长期水文预报应用相对广泛,本文利用平稳时间序列模型。利用Gass消去法、Gass-Seidel迭代两种方法计算水文预报方程组,并进行单站的实例计算和两种计算结果的对比分析,误差为18％,可以作为实用的预报方案使用。水文预报方程是建立在线性函数关系基础上的,因而只要是具有某种线性关系的连续系列都可以利用该方法进行预报。并可作为下年水量状况的参考数据,尤其连续的洪、旱灾年,本方法将更为精确。     

贝叶斯判别分析在中长期径流预报中的应用研究

基于贝叶斯判别分析原理,考虑径流形成的特点及物理成因,选择研究区碧流河水库1959~2011年的实测资料,且将径流分为5个级别,用相关系数模型,考虑因子的不确定性,筛选出相关性高、彼此间独立性强的10个判别因子,分别构建基于朴素贝叶斯分类器(N-Bayes)和贝叶斯判别准则(DBayes)的年径流属性级别预报模型,并利用研究区2001~2011年资料进行了试报和检验。预报结果表明:两种模型的预报结果相近,准确率均超过70%,D-Bayes的预报效果略优于N-Bayes,初步说明:贝叶斯判别分析原理在水文预报中的应用,有着较好的前景。     

丹江口水库秋汛期长期径流预报

针对目前长期径流预报中物理成因考虑较少的问题,以丹江口水库为例,在分析影响径流物理背景的基础上,研究前期气象因子与水库秋汛期入库径流过程的相关关系,识别影响径流的大气环流与海温等物理因子,利用主成分分析法提取主要预报信息,建立了包含大气环流因子、海温因子等气象物理信息以及前期降雨、径流等水文信息作为预报因子集的三层BP神经网络预报模型.利用1956~2008年秋汛期9、10月入库径流量进行模拟与试报,并与仅采用前期降雨径流的预测模型进行了比较,结果显示基于物理成因分析的预测模型稳定性良好,模拟及试报精度较高,9、10月试报精度平均提高约30%,分别达到87.5%和75%,并对预报年份中的丰枯特征有较好的体现.     

主分量与广东北江年最大流量预测

提出一种应用因子场的主分量建立北江长期洪水预报模型的方法,对发生暴雨洪水有重大影响的500hPa高度场和太平洋海温场作主分量分析,提取其含高信息量的主分量作为预报因子,通过相关和逐步回归计算建立模型.详细分析了用该模型对珠江的重要支流——北江年最大流量的拟合和预测,用该模型对北江流域年最大流量的预测表明,模型是有效的,效果较好,对较大洪水年的拟合效果尤其令人满意.     

耦合LASSO回归的HHO-LSVR中长期径流预报模型

为验证LASSO回归在剔除冗余预报因子中的高效性,并探讨基于LASSO回归的哈里斯鹰群算法(HHO)与支持向量回归(SVR)耦合的HHO-LSVR模型的年径流预报效果,利用LASSO回归分别求得各气象因子的拟合系数并以此作为优选预报因子的依据,采用HHO算法来优化选择SVR模型的控制参数进行年径流预报并设置对照模型,利...     

基于可拓理论的泥石流灾害预警预报系统开发:以北京市为例

泥石流是北京山区主要的地质灾害,北京市于2003年启动了地质灾害气象预警预报工作,但近几年的预报效果并不理想。为进一步提高泥石流灾害预警预报的准确性,选取地形、地层岩性、地质构造和植被作为基础因子,以北京市地质灾害易发分区为响应因子,以降雨作为诱发因子,根据各因子与泥石流灾害的相关性分析,采用层次分析法(AHP)计算各因子的权重系数,提出了基于可拓理论的泥石流预警预报模型,并通过G IS系统和IDL开发平台实现准确预报。利用20组历史上北京地区发生的泥石流雨量资料对建立的预警预报模型进行验证,结果表明模型预报结果与实际情况基本吻合。研究成果对于提高北京市泥石流灾害预警预报水平,减少人民生命和财产损失具有重要的意义。     

区域土壤水贮量及旱情预报

本文对传统的土壤水均衡方程进行了改进,把二维空间坐标(x,y)引入到土壤水均衡方程中,建立了分布式土壤水均衡方程,可进行区域土壤水贮量分布动态的计算与预报。利用地理信息系统(GIS)技术,实施了所建立的区域土壤水贮量预报模型。根据作物对土壤水的要求,进一步求得了区域土壤旱情分布图。此方法已实际应用于黄淮海平原曲周研究区。     

薄互层条件下围岩变化对煤层反射波的影响研究

为研究薄互层条件下围岩变化对煤层反射波的影响,以地震勘探中λ/4薄层范围内含煤地层为研究对象,建立围岩岩性、厚度与结构变化三类模型,基于薄层反射系数谱理论中Brekhovskikh方程,计算并总结围岩变化对煤层AVO曲线、属性及道集的影响。研究结果表明:λ/4范围内围岩岩性变化会对煤层AVO响应产生显著影响,其中顶板为砂岩会使得煤层AVO截距和梯度属性明显增大,顶板为泥岩会使得煤层AVO截距和梯度属性增大,且顶板岩性不同,对应的煤层AVO道集特征也会发生变化;λ/4范围内围岩互层结构和厚度变化会对煤层AVO响应产生一定影响,但是影响较小,其中围岩互层结构的变化会使得煤层AVO道集特征产生变化,围岩厚度的变化会使得煤层AVO截距属性产生变化;基于界面型的Zoeppritz方程不适用于薄互层含煤地层的正演模拟,应选取更适用于薄互层的Brekhovskikh正演方程或者其他模拟方法。      

岩石渗流-流变耦合的试验研究

通过对试验设备与工艺的改进,发展出一套比较有效的渗流-流变耦合试验方法。以多孔隙石灰岩为对象,研究了不同应力及水压作用下岩石试件的流变力学特性。试验结果显示,试件的应变总体上随偏应力及水压的提高而加大。在低应力作用下,垂向应变的变化量最大。提高应力后,渗流方向应变的增加趋势显著超过垂向。试件的渗透系数与体积变化具有相似规律,在低应力作用下,试件体积不断缩小,渗透系数也随之减小,此时增大水压会使试件进一步压缩。应力增大到某值后,体积逐步扩大而出现扩容,渗透系数也随之增大,此时增大水压会使扩容进一步增大。在各级应力作用下,试件的流变速率均有减速及稳定阶段。当应力较大时,会出现加速流变阶段导致破坏。     

静压沉桩引起邻近隧道水平位移计算方法研究

静压沉桩过程中会产生强烈的挤土效应,使得桩周土及邻近的地下电缆隧道产生扰动变形,如果变形过大,可能破坏隧道的防水结构,造成隧道渗漏水,严重影响隧道的正常使用及安全。在圆柱孔扩张理论及基床系数法的基础上,研究了饱和软土地区静压沉桩作用下周边地层及邻近既有电缆隧道应力及水平位移的理论计算方法;考虑群桩效应,推导了单排群桩施工造成邻近既有电缆隧道水平位移的理论计算方法,并研究了群桩效应影响系数的取值范围;最后,开展了实际工程的理论计算和数值模拟。研究结果表明：提出的方法可方便计算出单桩及单排群桩施工造成的邻近既有电缆隧道的水平位移,计算结果与数值模拟结果吻合性良好。研究可为有邻近桩基施工时电缆隧道的扰动预测及保护提供参考。     

基于能量法的轴横向荷载作用下单桩受力变形分析

轴向和横向荷载作用下单桩的受力变形分析是桩基研究的重点内容之一。单桩在水平荷载作用下会产生一定的水平位移与弯矩,而此时作用轴向荷载会使得桩体出现一定的压曲与附加弯矩,以致轴横向荷载作用下的单桩受力变形与单独作用水平荷载或轴向荷载的单桩存在较大的区别。故本文基于能量法,首先分别建立轴横向荷载作用下单桩的受力变形能量方程以及桩周土体能量方程,然后考虑桩土变形协调与一定的桩土相互作用,基于最小势能原理得到单桩变形控制微分方程,并采用幂级数法进行求解,最终得到轴横向荷载作用下单桩受力变形分析的幂级数解答。通过编程计算,将本文方法计算结果与试验结果、数值分析结果、规范法计算结果进行对比分析,验证了本文方法的合理性和可行性。在此基础上,基于本文解答进行了影响参数分析,结果表明:桩体长径比、桩土弹性模量比、桩周土模量深度变化系数均对轴横向受荷单桩的桩身水平位移与最大弯矩值有一定的影响,其中桩周土模量深度变化系数以不小于0.6为宜。     

基于等效偏移距的偏移成像方法

等效偏移距偏移(EOM)成像方法将克希霍夫时间偏移的双平方根方程转化为一个单平方根方程,使输入采样在没有发生时移的情况下映射到以等效偏移距为变量的共散射点道集上,使散射能量按照双曲线规律分布。然后通过克希霍夫动校正和适用在共散射点道集上的叠加来完成偏移成像。基于等效偏移距叠前地震偏移(EOM)的基本理论,对CSP道集的抽取过程进行模拟实现,并对模型进行速度分析,实现偏移成像。     

高填石路堤模型密实度动测方法的研究

通过在高填石路堤模型上的密实度动测实验,提出了用修正单模态法测试衰减系数评价压实效果的方法,并将修正单模态法与冲击响应频谱法、动刚度法做了对比。试验结果表明,衰减系数基本能够反映路堤压实过程中的平均沉降量。此外,实验还进行了附加质量法测试,其结果表明附加质量法测得的参振质量也基本能够反映填石路堤修筑压实后达到的密度,最后还给出了参振质量与高填石路堤密度之间的回归公式。      

扩域搜索遗传算法优化马斯京根参数及其应用

马斯京根法作为河道洪水预报的重要方法,参数和系数的率定是关键和难点,直接影响其预报精度。在详细阐述扩域搜索遗传算法基本思想和性能分析的基础上,以模拟结果与实测值的误差最小作为进化目标,直接搜索马斯京根法预报方程系数,获得河道上下游流量关系方程。对黄河下游夹河滩至高村的洪水过程进行研究,传统方法的平均绝对误差为240 m³/s,平均相对误差为0.13;遗传算法的平均绝对误差为95 m³/s,平均相对误差为0.05。结果表明：遗传算法精度明显高于传统方法。在实际应用中,对于河道洪水波的传播规律性变化较大的河道,应根据不同量级洪水来模拟洪水的传播规律,并对相应量级的洪水进行预报。     

含气地层中气体释放对盾构隧道稳定性影响研究

随着地下工程的建设日益增多,部分工程穿越含气地层,含气地层会对隧道的施工产生一定不良的影响。盾构在沼气地层掘进过程中,由于管片气密性不良造成沼气通过管片环缝进入隧道,引起管片的纵向变形。针对这一现象,建立管片环缝单点气体释放条件下的管片变形模型,并用数值模拟方法与理论结果进行对比验证。通过其变形公式,分析不同含气层厚度、不同初始气压条件对管片的变形及管片接缝张开量的影响,探讨管片损坏的地层条件。结果表明,对于含气层较薄（＜1.5 m）、气体压力比较小（＜150 kPa）的地层,隧道气密性不严导致气体泄漏进入隧道会导致管片下沉,但一般不会破坏管片的防水设施。当含气层厚度大或气体压力较大时,气体释放会引起比较大的管片变形,破坏管片的防水能力,导致地下水进入隧道,引起管片的进一步变形;地层扰动大时,地层土体随地下水进入隧道,会造成管片的严重损坏,以至于断裂。     

正常固结软土渗透系数与固结应力关系研究

从固结系数的定义出发,将压缩系数视为变量,建立了渗透系数与固结应力的微分方程,求得了软土正常固结状态时,考虑前期固结压力的渗透系数随固结应力变化关系表达式。利用室内试验数据,将提出的公式与现有渗透系数与固结应力关系式、试验结果进行对比。研究表明,所提出的公式能较好地反映渗透系数随固结应力变化的特点,比未考虑前期固结压力的计算式更接近于实际情况,从而为实际工程中预估固结变形速率提供了一种较为准确的方法。     

基于加载动力效应对孔压滞后现象的一个解释

在底部可测孔压的固结仪内进行单面排水固结试验时,观测到试样底部的孔压可出现滞后现象。为分析其原因,考虑加载引起的动力效应,建立以竖向应变为求解对象的一维动力固结方程,并用有限差分法进行求解。引入新指标CD来综合考虑试样压缩模量、渗透系数、密度以及土样厚度等4个参数对动力效应的影响,探讨了该指标对固结过程中孔隙水压力的影响。计算结果表明,瞬时加载引起的动力效应是引起试样内孔压滞后的一个原因,并且对于压缩模量或渗透系数较大的试样,更易出现孔压滞后现象,同时动力效应对固结度的影响则主要体现在固结的前期。最后讨论了固结分析时可以忽略动力效应的范围。