摘要:为探索物理机理模型与数据驱动模型的融合方法,分析了现有物理引导融合驱动方法的实现方式,对基于理论引导数据科学(TGDS)的物理引导融合驱动方法在不同领域的研究现状进行了分类与总结,并提出了物理引导反馈融合驱动方法和物理引导编码融合驱动方法这种新的分类方式,结合水文建模领域的特点,详细阐述了物理引导融合驱动方法在水文模型构建中的挑战,并对未来的研究方向进行了展望。认为基于TGDS的物理引导融合驱动方法,能够增强预测结果的物理一致性,减少预测误差的累积,提高模型的可解释性,同时能为洪水预报水文模型的改进提供可行路径,既能减少机理模型因概化过程带来的预测精度不高的问题,又能有效改善由于数据驱动模型对样本的过度依赖导致的可解释性低的问题；但该方法在应用中面临着计算能力有限、提取多源数据特征不够准确、参数调整不够灵活的问题,因此在未来研究中可以结合可微分建模或者采用大模型结合领域知识图谱的方法,进一步探索洪水时序预测建模研究,以更好地应对复杂环境下的洪水预报需求。

摘要:为准确呈现“23·7”特大洪水的过程特征,为永定河流域特大洪水的预防与预警工作提供理论支持,采用网格新安江模型和网格蓄超模型对永定河流域5个关键控制断面(斋堂水库、青白口、雁翅、三家店、卢沟桥)进行了模拟分析,采用2000—2022年的典型洪水事件率定模型参数,并采用“23·7”特大洪水事件进行验证。结果表明:网格新安江模型和网格蓄超模型均能够较为准确地模拟“23·7”特大洪水的全过程,且在青白口断面,2个模型的确定性系数均达到甲级精度；在雁翅、三家店和卢沟桥控制断面,模型精度均达到乙级,模拟效果优良；网格新安江模型与网格蓄超模型在5个控制断面的洪量、洪峰及峰现时间等指标表现良好,可较好地模拟半干旱半湿润地区的特大洪水。

摘要:针对南水北调中线主要受水区京津冀地区,应用Mann-Kendall趋势检验分析了海河流域与京津冀三省市2001—2023年水资源量与用水量的变化趋势,应用Spearman秩次检验分析了京津冀三省市农业、工业和生活用水变化与工农业生产以及社会经济指标的相关性,探究了用水变化的主要原因。结果表明:2001—2023年海河流域与京津冀三省市水资源总量均为上升趋势,河北省总用水量有显著减少趋势,北京市、天津市总用水量则有显著增加趋势；北京市农业、工业用水均有显著减少趋势,且与多个工农业生产指标呈极强的正相关性,说明北京市工农业用水主要受产业结构调整影响；天津市农业用水有显著减少趋势,与奶类产量有一定的正相关性,工业用水无明显变化趋势；河北省农业用水有显著减少趋势,且与农作物播种面积有较强的正相关性,工业用水也有显著减少趋势,与第二产业GDP占比有一定的正相关性,但与其他工业生产指标的正相关性较弱；京津冀三省市的生活用水均与人口数量、城镇居民人均可支配收入、建筑业总产值、第三产业GDP占比呈较强的正相关性,说明京津冀生活用水增加主要源于人口、建筑业、第三产业的同步增长。

摘要:为研究河套灌区灌溉过程中地表水与地下水的转化以及盐分运移规律,以灌区的巴彦淖尔市五原县为研究对象,采用同位素示踪、水化学分析方法和线性端元混合模型定量评价了沟渠引水、地下水与地表泡田水的转化量。结果表明:沟渠引水与地下水对地表泡田水补给比例分别为65.15%、34.85%；沟渠引水、地下水对泡田水补给的盐分分别占两水源补给总盐分的53.31%、28.52%,有18.17%的盐分在补给泡田水的过程中滞留在灌区土壤中。

摘要:为深入理解高寒干旱流域水文循环过程并科学指导当地水资源管理和利用,分析了格尔木河水氢氧稳定同位素和Cl^-质量浓度月变化特征,探究了河水补给来源,并利用MixSIAR模型定量分析了河水初始来源贡献,利用瑞利分馏模型评估蒸发程度。结果表明:7月河水 δ 2H、 δ 18O明显高于其他月份但其Cl^-质量浓度较低；不同月份的河水 δ 2H、 δ 18O均在小南川最低、野牛沟较高,自纳赤台起随流向逐渐升高,Cl^-质量浓度自小南川最低递增至东支最高；河水 δ 2H- δ 18O关系点落在当地大气降水线右下方且lc-excess值最低达到-19.03‰；河水补给平均高度大于4 700 m；各月冰川融水和地下水为河流主要补给源,其中7月降水补给比例增高；河流蒸发损失平均约为9%,下游东支蒸发损失最高,达25%以上,这一结果与lc-excess和Cl^-质量浓度的变化有较好的一致性,验证了蒸发评估方法的有效性。

摘要:为研究拉萨河沉积物来源与剥蚀过程,对拉萨河干流及支流堆龙曲和乌鲁龙曲沉积物粒度、矿物和地球化学特征进行了系统分析。结果表明:拉萨河沉积物平均粒径较粗(砂、粉砂的平均质量分数分别为65.45%、23.64%)且分选性整体较差,偏度大多为正偏,峰度宽,具有明显的河砂沉积特点；拉萨河沉积物矿物组成以石英(38.4%)、钾长石(27.11%)和斜长石(23.64%)为主,其次是黏土矿物,碳酸盐矿物含量较低；黏土矿物中伊利石质量分数高达83.4%,绿泥石质量分数略高于高岭石,蒙脱石质量分数极低；伊利石化学指数均小于0.4,表明以富铁镁伊利石为主；沉积物化学风化指数较低,暗示了沉积物处于弱-中等化学风化状态并以物理风化为主；拉萨河沉积物的化学风化程度不仅受到干燥寒冷气候的控制,而且还受到大面积出露花岗岩快速剥蚀的影响。

摘要:为研究叶片叶绿素受水分胁迫的演变趋势,精确反映水分胁迫程度与叶绿素含量分布之间的关系,以南京市大棚菜苔为研究对象,采用高光谱成像技术获取水分胁迫过程中叶片叶绿素分布的时空变化特征,系统分析了水分胁迫对菜苔叶绿素分布演化和退化过程的影响规律,并提出了水分胁迫的敏感指标——叶绿素含量退化趋势指数(De)。结果表明:与可见光图像的绿度分析相比,高光谱影像可快速准确地获取植株叶绿素含量的分布及变化特征,可对水分胁迫下植株叶绿素的退化演变特征及规律进行精准分析；随着水分胁迫程度的加剧,叶片逐渐黄化衰老,叶绿素出现叶边缘向叶芯逐渐衰减的趋势；De对菜苔植株的水分胁迫具有较好的敏感性和准确性,可用于作物水分胁迫的精准预警及缺水阶段评估。

摘要:为深入探讨滏阳河东武仕水库下游河段大型底栖动物群落特征,研究其与环境因子的关联,并全面评估河流水质状况,系统分析了滏阳河(邯郸段)汛前、汛期和汛后的大型底栖动物群落组成及结构特征,同时结合生物指数和综合水质标识指数分析了滏阳河的水质状况,运用冗余分析法探讨了大型底栖动物与水体理化因子的关系,确定了影响滏阳河(邯郸段)大型底栖动物群落特征的主要环境因素。结果表明:汛前大型底栖动物平均丰度(26.3个/m²)高于汛期(13.5个/m²)和汛后(14.1个/m²),汛期河流水量变化对生物群落结构影响较小；生物指数对滏阳河水质生物评价分级效果明显,主城区段水质明显劣于其他河段；汛前和汛后溶解氧(DO)、pH对滏阳河大型底栖动物的群落结构和分布有显著影响,汛期水温和CODMn具有显著影响。

摘要:为探究苏州河湖系统水生态健康状况,对苏州市20个湖泊采样点和82个河流采样点的浮游植物群落结构进行了调查,并选用浮游植物优势种物种数、浮游植物Simpson指数、浮游植物细胞总密度、蓝藻生物量占比来表达湖泊浮游植物完整性指数(P-IBI)评价苏州市河湖系统的水生态健康状况。结果表明:2022年汛期(7月)和非汛期(10月)主要湖泊中浮游植物分别为7门108种和8门97种,2023年汛期(9月)、非汛期(5月)分别为8门125种和8门112种；湖泊浮游植物绿藻门物种数最多,硅藻门次之；2022年汛期和非汛期主要河流中浮游植物分别为8门150种和8门130种,2023年汛期和非汛期分别为8门157种和8门168种；河流浮游植物以绿藻和硅藻为优势种；各采用点浮游植物功能群丰度和生物量差异明显,具有显著的空间差异,汛期浮游植物功能群总丰度和总生物量高于非汛期。

摘要:为改善城市污水提升双层泵站阶梯消能工的水力流态和消能率,减少阶梯表面冲击影响,基于数值模拟方法,采用RNG k-ε 湍流模型和VOF模型分析了阶梯消能工的水力特性,针对阶梯消能工中水流存在的主流偏右和“水翅”等不良流态,提出“分流坎+导流墩+阶梯尾坎”的组合式整流优化方案并分析其优化效果。结果表明:分流坎可以有效增加阶梯左侧的流量,改善偏流的不良流态；导流墩和阶梯尾坎可以减小并均化阶梯出口断面的水流轴向速度,抑制“水翅”的产生；在泵站设计流量工况下,组合式阶梯消能工第一级阶梯的总流量分配均匀度提高了0.42,水平面左侧的最大压强减小了17%,右侧的最大压强减小了21%,组合式阶梯消能工的消能率提升了4.12%。

摘要:为提升复式河道非恒定水动力过程的模拟精度,提出了一种基于物理信息神经网络(PINN)的复式河道非恒定流模拟方法,该方法将圣维南方程和1D+模型的物理约束融入深度学习框架,构建用于模拟洪峰与风暴潮叠加情形的PINN模型,同时设计了由矩形河道向复式河道迁移的迁移学习策略,开发了结合Adam和SGD的双优化器训练方法。算例验证结果表明:所提出的PINN模型能有效捕捉滩槽水力交互特性,相比传统方法预测精度提升31.8%(RMSE从0.085 m降至0.058 m)；基于矩形河道预训练的迁移学习策略能显著提升模型性能,RMSE降低34.5%；Adam+SGD双优化器训练策略有效抑制了过拟合现象,使模型预测精度提升32.5%。

摘要:为探究扩散段体型以及扩散段与竖井式进/出水口孔口底板连接方式对出流的影响,建立了国内某抽水蓄能电站上库竖井式进/出水口流场的三维数值模型,采用Realizable k-ε 紊流模型,计算分析了扩散段体型以及扩散段与孔口底板的连接方式对出流均匀性及水头损失的影响。结果表明:合适扩散角的锥管扩散体型较椭圆曲线扩散体型有利于竖井式进/出水口孔口流量均匀分配和降低水头损失；在锥管与孔口底板连接处增加圆弧连接虽然能够降低水头损失,但是会增加孔口流量分配的不均匀性。

摘要:为了研究平陆运河船舶航行产生的船行波对岸坡侵蚀特性的影响,设计了大型室内水槽模型试验系统,试验分析了网状柔性护岸、方形透水混凝土护岸、六边形透水混凝土护岸、砾石护岸及无护岸结构5种工况下岸坡的表面波压变化及水力侵蚀特征。结果表明:岸坡表面波压时程变化具有周期性,无护岸结构岸坡负向波压最大；砾石护岸因结构不规则性表现出优越的消能性能,高水位与高船速条件下出现次波峰效应；岸坡表面波压分布在静水位以下附近向两侧迅速衰减,船速对波压及波高影响显著高于水位变化；岸坡表面侵蚀分析显示,无护岸结构岸坡表面主要表现为岸坡裂缝、土体倒塌和坡面淘刷3种侵蚀形态,除砾石护岸外其余护岸结构均有细颗粒析出现象；内部土压与表面波压表现出一致的动力响应特性,综合生态效益与侵蚀控制效果,砾石护岸方案最优。

摘要:基于地下构筑物屏障效应的定义,引入等效屏障深度的概念,推导了含水层侧向定流量、侧向定水头和均匀面状补给3种边界条件下城区承压含水层地下水水头、地下水滞留时间分布和平均滞留时间的解析解,并设计了数值模拟试验进行对比验证。验证结果表明:解析解与数值解吻合效果较好,而仅当地下构筑物的尺寸相对较大时,由于水力弥散现象的出现,拟合效果欠佳；平均滞留时间的解析解在各种模拟工况下都与数值解吻合较好(相对误差不高于5.94%),表明即便在三维流场中也可以使用推导的解析解来估算承压含水层的平均滞留时间。进一步利用成都地铁2号线4个站点建造前后的现场数据进行解析解公式的验证计算,结果表明,相比于地下水水头,平均滞留时间对地下构筑物参数的变化表现出更高的敏感性。

摘要:基于主成分分析(PCA)方法、非洲秃鹫优化算法(AVOA)和轻量级梯度提升学习机(LightGBM)模型构建了PCA-AVOA-LightGBM混凝土坝应力预测模型,模型采用PCA方法挖掘降维应力预测的主要影响因子,引入AVOA优化LightGBM模型超参数。依托某混凝土坝应力监测数据,将PCA方法应用于向量回归机、随机森林、极端梯度提升、LightGBM等模型中,并与PCA-AVOA-LightGBM模型进行了对比分析。结果表明,PCA方法有效降低了各模型影响因子间多重共线性,PCA-AVOA-LightGBM模型相较于其他模型在预测精度和效率中表现出更优异的性能,可在类似混凝土坝的应力监测中推广应用。

摘要:为解决岩土与地下工程灾变破坏机理“看不见、摸不着”的核心难题,自主研发了一套高自动化、集成化、可视化的多功能透明土模型试验系统。该系统集成了自动化混合搅拌与真空饱和预压的透明土材料制配功能、采用激光成像与CCD技术的高精度图像采集与测试功能以及多功能模块化试验功能。基于该系统,开展了单桩沉贯、条形基础加载、边坡加载与超浅埋大断面隧道开挖等系列模型试验。试验结果清晰揭示了以下关键规律:沉桩过程桩周与桩尖土体扰动范围受土性主导所呈现的规律,条形基础加载下不同埋深处的内部土体位移分布规律,边坡破坏全过程滑动面的演化规律,以及隧道开挖引发的沉降集中带发展与扰动区扩展特征。该试验系统具备不扰动、不介入、全断面、全过程、可视化、数字化等显著优点,可为揭示滑坡、泥石流、隧道塌方、地面塌陷等岩土与地下工程灾变破坏机理及防控提供全新的技术手段。

摘要:针对顶管施工中触变泥浆配比多依赖经验,缺少结合工程地层条件对泥浆配比与性能关联性机理进行分析的问题,依托南京市某穿越淤泥质黏土层的顶管工程,建立了泥浆性能评价指标体系,通过配比试验确定了Na₂CO₃最优掺量,采用灰色相似绝对关联度模型分析了膨润土、羧甲基纤维素(CMC)与泥浆性能指标的关联度。试验结果表明:以膨润土为基准的Na₂CO₃最优掺量使泥浆流变性达到最佳,Na₂CO₃最优掺量仅与膨润土中蒙脱石含量有关,触变性作为测定Na₂CO₃最优掺量的指标最为合理；膨润土与泥浆的触变性和失水量的关联度更高,CMC作为增黏剂,与马氏漏斗黏度的关联度更大,膨润土和CMC对动切力的影响程度相当。

摘要:为研究玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋与混杂钢纤维超高性能混凝土(UHPC)的黏结性能,采用拉拔试验对BFRP筋与混杂钢纤维UHPC的黏结性能进行了试验研究,分析了回收轮胎钢纤维(RTSF)掺量、UHPC保护层厚度、UHPC龄期及不同纤维掺入比例对BFRP筋-UHPC结构黏结破坏模式、黏结滑移响应和黏结强度的影响。结果表明:BFRP筋-UHPC结构有拔出破坏、劈裂破坏和拔出且劈裂破坏3种黏结破坏形态；BFRP筋-UHPC结构的极限黏结强度随着UHPC保护层厚度、UHPC龄期的增大而增大,且RTSF掺量由0%提升至3%时极限黏结强度提升了42.3%,但随着RTSF掺量的增大提升效果逐渐减弱。基于试验结果提出了BFRP筋-UHPC结构的黏结滑移本构模型,模型模拟曲线与试验曲线吻合较好。

摘要:为提高宁波沿海风暴潮位预报的时效性与精度,基于LSTM模型开展了风暴潮引起的增水智能预报研究。基于历史台风和虚拟台风信息,利用ADCIRC水动力模型计算了台风期间宁波沿海潮位站的风暴增水,构建了风暴增水样本数据库；应用LSTM模型对宁波沿海风暴增水样本数据进行训练,通过样本优化与参数调优,建立了稳健高效的宁波沿海风暴增水智能预报模型。202212台风“梅花”检验结果表明,当训练样本超过400场时,所构建的预报模型可以较好地实现宁波沿海风暴增水1~12.h的短期预报,当预见期超过12.h后,预报结果与实测数据将可能出现较大偏差。

摘要:考虑低温材料非线性和结构几何非线性因素,基于参数化模型构建了液化天然气低温螺旋波纹管三维壳体有限元模型,模拟分析了不同波高、波长和厚度3个轴向截面参数对低温螺旋波纹管拉伸性能的影响规律,探讨了不同参数下低温螺旋波纹管的应力分布、应变特性和拉伸刚度变化规律。模拟结果表明:轴向截面参数显著影响低温螺旋波纹管的拉伸性能,波高越大,轴向应力和应变越高,而拉伸刚度则越低；波长越大,拉伸刚度和应力越大；厚度越大,低温螺旋波纹管承受的拉伸荷载和拉伸刚度越大。