悬移质含沙量检测的Kalman-GORBF多源数据最优融合模型研究

针对悬移质含沙量在线检测易受环境因素的影响,提出基于卡尔曼(Kalman)滤波和遗传算法优化的径向基函数(Genetic Optimized Radial Basis Function,GORBF)神经网络的多源数据最优融合模型.首先简述Kalman滤波的基本原理,将基于音频共振法传感器的信号进行Kalman滤波;对悬移质含沙量、水温、电导率以及深度信息进行综合分析,找出对悬移质含沙量检测有关联的环境因素;并应用RBF神经网络对悬移质含沙量数据进行多源数据处理,融合了影响悬移质含沙量检测的环境因素;最后探讨遗传算法(Genetic Algorithm)优化径向基神经网络(RBF Neural Network)参数的方法,提出遗传算法来优化RBF的半径和离散尺度,获得了悬移质含沙量检测的多源数据最优融合效果,有效地减少环境因素对悬移质含沙量检测的影响.为了比较Kalman-GORBF多源数据融合模型的处理效果,在相同环境下还进行了Kalman-RBF,GORBF、多元线性回归和一元线性回归方法的处理,并进行悬移质含沙量测量的误差分析.试验结果表明,基于Kalman-GORBF多源数据最优融合的悬移质含沙量检测模型能够有效地消除环境影响,提高了悬移质含沙量检测的精度和稳定性.     

植被群落对悬移质沉积的影响研究

目前针对水流中悬移质泥沙沉积量的观测方法相对较少,该文首先提出了一种采用可移动玻璃片收集沉积的悬移质,再配合烘干机、精密天平等仪器观测悬移质泥沙净沉积量的方法。然后将该方法用于观测植被群落对悬移质泥沙淤积量与淤积分布的影响。研究发现,在植被群落尾端会存在一个悬移质沉积区,紧接着会出现一个沉积量减小的区域,经分析认为该现象与植被群落后端的卡门涡街影响密不可分。该观测方法实现了对水槽内水沙循环过程中悬移质沉积量的有效且准确采集,并可为污染物落淤研究等方面的观测方法提供参考。     

基于LabVIEW的振动式悬移质测沙系统

利用虚拟仪器技术和网络通讯技术,使用LabVIEW和其中的通讯功能模块DataSocket,实现振动式悬移质测沙系统实时数据的采集处理及其远程传输.基于LabVIEW的振动式悬移质测沙系统作为在线实时测量河流含沙量的仪表系统,能够更方便精确地完成在线测量、密度显示、含沙量计算结果显示等,其用户界面更便于人机交流,而且实时数据的远程在线传输提高了测沙系统的性能,有利于推广使用.     

悬移质含量测量仪的研究

水作载体输运固体物质将形成一种具有悬移质相混合的水体。这种水体有天然形成的,如由于水土流失造成的含沙水流;也有由人工形成以便传输或选择某些特定的固体介质,例如吸泥船吸出的泥浆,浮选法选矿时所形成的悬移质水体。不论悬移质水体如何形成,在实用中都需作定量测量。已有的方法如取样法、γ射线法、重浮子法等都有着许多缺点。为了寻求一种新的悬移质含量测量方法,我们经过几年的摸索,研制成一种振动式悬移质含量测量仪。经过大量现场试验及应用,证明这种仪器的基本原理是正确的,具有结构简单、使用方便,测定快速,能适用于恶劣环境如潮湿、尘埃、强振动等。由于能将悬移质含量直接变换为电信号,因而可方便地应用在连续测量、自动记录以及自动控制的场合。     

平原细沙河流泥沙模型相似准则及设计方法

平原细沙河流的泥沙时而处于推移质运动状态,时而处于悬移质运动状态,悬移质和推移质不断地交换,很难将它们截然分开.针对平原细沙河流泥沙这一运动特点,提出了一种模拟平面细沙河流的相似准则和设计方法.认为平原细沙河流的泥沙模型设计所遵循的相似准则应包括水流运动相似、推移质运动相似和悬移质运动相似.在悬移质运动相似中可以只考虑床沙质运动相似.模型设计方法主要包括:如何合理选择模型河床质和床沙质,如何确定进口断面加沙量和放水时间等.应用提出的模型相似准则及方法设计了某泥沙模型,试验结果被设计采纳.     

分汊河道分沙的三维数值模型

为分析汊道口门处水流结构对悬移质分沙的影响,采用带旋流修正的k-ε双方程紊流模型,对分汊河道分流口门处的三维水流结构进行精确计算,并在此基础上,采用可考虑相间滑移的混相流模型对不同形态分汊河道的悬移质分沙进行计算。计算结果显示了分汊口门处表底层水流的差异及横向环流的存在等现象,与前人的实验值吻合良好。计算结果表明,分汊口门处的环流强弱和悬移质垂线分布是影响汊道分沙比与分流比关系的主要因素。     

悬移质不平衡输沙模型的特征

为探求悬移质不平衡输沙过程中水流运动、泥沙输运及河床变形的相互作用机制,完善一维水沙数学模型的基本理论并使其具有更广泛的应用性,基于双曲系统特征理论及奇异摄动理论系统研究了一维悬移质不平衡输沙模型的特征值、特征向量及特征关系,并通过渐进展开方法推求了一维耦合水沙数学模型的特征值.研究结果表明:现有多数模型在特征上无法耦...     

考虑悬移质效应的桥墩动床冲刷精细化分析方法

基于欧拉流固两相流理论并考虑悬移质效应进行桥墩动床冲刷精细化分析.针对动床冲刷与清水冲刷的主要区别,采用不平衡输沙法建立床面变形方程,考虑悬移质与推移质质量交换从而间接影响床面变形.通过对计算流体力学(CFD)软件ANSYS Fluent二次开发,利用床底切应力以及底面网格泥沙浓度分别计算推移质输沙率以及悬移质与推移质的交换通量,由此得到床底网格瞬时变化值,从而实现边界网格的动态更新,以此进行桥墩周围河床动床冲刷过程的动态模拟.通过将数值计算结果与经典理论分析及部分试验结果进行对比,在悬移质分布、局部冲刷深度以及冲刷坑形态等方面充分验证所提出动床冲刷计算方法的合理性与准确性.最后通过参数分析证明了悬移质浓度会明显影响动床冲刷的深度与形态,得出了选择动床冲刷模型并采用流固两相流进行桥墩冲刷精细化分析具有显著必要性的结论.     

水文测验中几则技术问题的探讨

1悬沙资料整编中采用近似法原因探讨 近年来,个别水文站在年度水文资料整编中,悬移质泥沙、单断沙关系点据十分散乱,并且点据不依时间顺序呈系统性偏离,而是围绕单沙-断沙关系45°线两旁左右呈不规律的分布,无法定线.由于以上原因,使两站的悬移质泥沙推求断面平均含沙量的方法不能使用单--断沙关系法,只能使用近似法整编悬移质泥沙资料.使用近似法整编悬移质泥沙资料的精度很底,其结果相当粗糙.在新颁布的水文资料整编规范中不提倡使用近似法整编悬移质泥沙资料.     

柳河流域来沙与产沙分析

本研究也探讨了柳河流域悬移质泥沙颗粒特征,及泥沙粒径与径流量、含沙量间的复杂关系,及其对流域侵蚀产沙过程的反映。     

悬移相似条件对河床变形相似的影响研究

通过渭河咸阳城区段模型试验论证，分别研究了目前常用的两种悬移相似条件对河床冲淤变形的影响，试验结果表明：应以同时考虑紊动扩散及水流纵向流动对悬移质运动影响的沉速比尺，作为泥沙动床模型悬移相似条件，即只有依此确定模型悬移质泥沙粗度时，才能使河床冲淤变形与原型相似。     

河口半潮平均含沙量的确定

根据泥沙运动理论和水流能量平衡理论，针对水流对泥沙的不同作用方式，推导得到计算河口半潮平均含沙量的表达式，并在长江口进行了初步研究.研究表明，河口半潮平均悬移质含沙量由水流输送的悬移质和从床沙中上浮的悬移质组成，同时还应考虑河口其他动力因素(如风、波浪等)的作用.含沙量的定量表达为进一步确定河口半潮平均的挟沙能力确立了基础.     

水平管道中浮游界限速度研究

在前人的理论和研究成果的基础之上，利用动量守恒所建立的清水速度、固体颗粒速度和浆体流速之间的关系。通过分析水平管道中推移质与悬移质组成的几何关系。对于水平管道中推移质与悬移质的之间比例与平均流速之间的关系进行了深入的研究，得出推移质与悬移质与平均流速之间的关系式，确定了管道输送中的重要系数K4和浮游界限速度VB，通过实验资料验证符合良好。     

悬移质泥沙的垂线分布

为解决Rouse公式在模拟悬移质泥沙垂线分布中的局限性,从水流的应力分析入手,通过对Einstein和Chien的泥沙试验资料进行最小二乘法拟合,得到一个新的掺混长度公式。在此基础上,得出一个新的悬移质泥沙垂线分布公式,当Rouse数等于1时,该公式与Rouse公式的相关系数达到0.9628,并且克服了Rouse公式在水面含沙量为零的缺陷。通过2010年的瓯江口各层含沙量实测资料的验证,表明新的悬移质泥沙垂线分布公式能客观反映含沙量的垂线分布规律。     

河口半潮平均含沙量的确定

根据泥沙运动理论和水流能量平衡理论，针对水流对泥沙的不同作用方式，推导得到计算河口半潮平均含沙量的表达式，并在长江口进行了初步研究.研究表明，河口半潮平均悬移质含沙量由水流输送的悬移质和从床沙中上浮的悬移质组成，同时还应考虑河口其他动力因素(如风、波浪等)的作用.含沙量的定量表达为进一步确定河口半潮平均的挟沙能力确立了基础.     

冲淤平衡状态下悬移质挟沙力级配的分析研究

基于泥沙运动的起动和止动条件分析了悬移质泥沙和床沙交换的内在机理，并根据这一机理推求了冲淤平衡状态下悬移质挟沙力级配的计算公式。经渭河实测资料验证，计算值与实测值基本相符，表明该计算公式具有良好的适用性，可在泥沙数学模型中参考应用。     

水电站引水渠上涡管排沙式沉沙池试验研究

通过对涡管排沙式沉沙池的试验研究，证明这种沉沙池具有较好的沉沙及排沙作用，可应用于排除水电站引水渠道中的悬移质泥沙。试验表明，该沉沙池对悬移质中粗粒径部分排除率较高，对细粒径部分排除率较低。     

悬移质泥沙运动过程模拟分析

为了实现悬移质泥沙运动过程的模拟分析,应用联合k-ε紊流方程和悬沙输运方程的单流体模型,采用有限体积数值方法对其离散求解,分别对净冲刷和净淤积试验算例进行了计算模拟,计算结果与试验结果吻合良好,说明该模型是正确有效的,可以用来模拟悬移质泥沙的运动问题.分别对两个试验中泥沙上扬和沉降的运动过程进行数值模拟,结果表明:净冲刷和净淤积试验中泥沙开始上扬和沉降直至稳定状态分别运行24 s和35 s.采用单流体模型可以有效地对悬移质泥沙运动过程进行数值模拟,为河流海岸工程中的水沙研究提供可靠的参考和依据.     

铜场水库金属结构布置和设计

铜场水库所在河段河水泥沙含量大,悬移质含沙量达5.27 kg/m3。因此,泥沙是困扰工程正常运行的难题。本文介绍了铜场水库的工程概况和金属结构的布置和设计,及金属结构如何采用新材料、新技术以缓解这一问题。     

挟沙水流悬移质运动效率系数的研究

悬移质运动效率系数是泥沙悬浮运动消耗能量(悬浮功)与挟沙水流紊动能量之比值,它是反映悬移质运动能量功效最重要的特征参数.本文基于两相挟沙水流紊动能量平衡方程,在二维、恒定、均匀及充分紊动的流态条件下,经过必要的推导和简化,得出悬移质运动效率系数理论表达式;通过应用黄河下游实测资料,对效率系数公式进行验证计算,结果表明效率系数公式计算值与实测值相符较好;进一步应用黄河下游实测资料,建立了效率系数与水流挟沙能力之间的关系,说明随着含沙浓度的增加,水流挟沙能力相应加大,效率系数呈下降趋势,并趋于一个稳定的低值范围,含沙浓度进一步增加不会给水流增添额外的能量负担,为黄河挟沙水流高效输送提供了科学依据;同时效率系数公式的导出为建立挟沙水流挟沙能力公式、揭示输沙机理奠定了基础.