摘要:为探究台风过程中风、浪统计特征,基于40年(1979—2018年)波浪后报数据和再分析风速数据,采用轨迹追踪和时间匹配方法提取了南海西北部海域3个研究点台风显著影响期间风速和有效波高数据,分析了风速风向与有效波高波向的联合分布特征以及台风过程中风浪延迟特征,并基于极值理论,提取了每场台风过境期间的最大有效波高和最大风速样本,基于三参数威布尔分布模型和Copula模型计算了50、100、150、200 a单变量重现期和联合重现期下的外推值。结果表明:在研究区域北部台风驱动的超过6.0 m强浪均主要分布在33.75°～123.75°扇区,且研究区域风速和有效波高达到峰值的时间差主要集中在0～20.h；由于考虑了更广泛的风险范围,联合重现期的外推值大于单变量重现期的外推值。

摘要:为了研究风场模型的特征,以2024年超强台风“摩羯”为例,通过数值模拟开展了Yan Meng风场模型的参数敏感性分析。研究结果表明:Yan Meng风场模型的表面风速计算结果与压力分布常数、最大风速半径呈正相关关系,压力分布常数与最大风速半径呈正相关关系；等效粗糙高度越小,表面风速越大；Yan Meng风场模型表面风速计算结果的相对误差可稳定在20%以内,平均绝对误差均值在2 m/s以内；Yan Meng风场模型在我国沿海台风风场研究中具有较好的适应性,可用于我国沿海台风灾害的评估。

摘要:基于ERA5再分析数据,计算并分析了1980—2023年中国邻近海域Stokes漂流流速的四季空间分布规律,并分析了典型台风条件下Stokes漂流速度的变化特性。结果表明:中国邻近海域Stokes漂流流速存在显著的纬向分异与季节变化特征；除夏季外,Stokes漂流流速大值区均位于中国台湾海峡附近海域,平均流速可以达到0.1 m/s,方向总体为南向和西南向；夏季Stokes漂流流速大值区向西南部偏移,位于中南半岛的东南部,大值区流速范围为0.08~0.09 m/s,方向总体为北向和东北向；受地形和季风影响,黄渤海区域Stokes漂流呈现沿着海岸线向北传播的特征,这一特征与海表漂浮物向北输运密切相关；在台风等极端天气影响下,尤其是在台风生成处附近海域,沿台风路径的Stokes漂流流速会增大1.5~2.3倍。

摘要:针对海洋能发电的强随机波动性,计算了波浪能和潮流能发电功率的幅值稳定性、持续时间稳定性和变异系数等指标,基于功率特性指标形成的特征向量对海洋能发电功率时序数据进行降维聚类,得到了海洋能发电典型出力场景；以消纳率最优为目标,构建了海洋能发电容量优化配置模型并转换为线性规划问题求解。基于实际数据的算例结果表明,基于功率特性指标的降维聚类方法可实现海洋能发电场景简约,功率特性指标聚类后的优化配置结果与实测出力数据场景基本一致,验证了优化配置模型的有效性。

摘要:针对现阶段尚缺乏对在役海底管道挖沟下沉过程载荷作用机理及管道应力规律的系统性分析和定量研究的问题,采用OrcaFlex软件对在役海底管道二次挖沟下沉过程进行数值模拟,定量分析了不同挖沟深度下关键载荷变化对管道应力的影响。结果表明:温差、管道压差、波流载荷与管道应力呈现出线性或非线性的正相关关系,管道残余张力对管道应力影响很小,土体阻力的存在可有效降低波流载荷的应力效应；对于不同挖沟深度,同一温差下管道等效应力变化率最大可达130 mPa/m,同一压差下应力变化率最大接近175 mPa/m。

摘要:针对黏性沙床面群桩局部冲刷问题,通过室内水槽试验,采用0.038 mm石英粉模拟淤泥质黏性沙,结合土力学参数测定与三维地形扫描技术,研究了单桩及5×5群桩在多种桩间距条件下的局部冲刷特性,分析了冲刷深度随时间的变化规律、群桩冲刷的整体性特征以及桩间距对冲刷效率的影响,讨论了黏性沙与非黏性沙冲刷机制的差异及其物理驱动因素。结果表明:黏性沙局部冲刷深度随时间变化可分为初始冲刷阶段、冲刷发展阶段和冲刷平衡阶段,桩后冲刷深度一般大于或等于桩前冲刷深度,与非黏性沙桩柱局部冲刷特征显著不同；群桩局部冲刷效率随桩间距增大而降低,3倍桩间距时最大冲刷深度接近6倍桩径,为单桩局部冲刷深度的2.4倍；前3行桩柱局部冲刷深度普遍小于下游桩,且第3行后冲刷深度趋于稳定。

摘要:针对桩体非竖直安装易导致浅层土体失稳、井口倾覆等事故的问题,通过理论分析和模拟试验相结合的方法,对不同直径和安装深度的吸力桩进行了垂直度控制研究,提出了根据吸力桩结构尺寸和地层土体性质进行吸力桩深水油气建井垂直度控制的计算方法,并采用模拟试验进行了验证。结果表明:吸力桩直径、吸力桩下入深度、海底土层性质是影响吸力桩垂直度控制的主要因素；其他条件相同的工况下,吸力桩直径越小、下入深度越浅,对井口垂直度的控制要求越高；为了确保深水水下井口稳定,吸力桩井口倾角应不超过6°。

摘要:基于HSS本构模型建立了软黏土海床中三脚架桶形基础的三维有限元模型,分析了水平循环荷载作用下三脚架桶形基础的承载特性,并采用极差分析法对基础累积变形开展了多参数敏感性分析。结果表明:循环加载过程中沿三脚架传至桶顶的轴力对抵抗外部总倾覆弯矩的贡献最大；在正常使用极限状态下,基础刚度退化为初始值的96.3%,前后桶的竖向位移差较小,导致累积转角增长速率较缓慢；在疲劳极限状态下,基础刚度退化为初始值的86.5%,前后桶的竖向位移差相对增大,累积转角也随循环次数的增加不断增大；随着基础桶间距的增大,旋转中心的位置下移,基础愈加趋向于平动；加载频率和桶间距对基础累积变形影响的敏感性较高,土体初始剪切模量和桶体长径比次之,土体阈值剪应变的影响最低。

摘要:针对海河流域“23·7”特大暴雨洪水事件,选取清水河北辛店流域为研究对象,基于网格新安江模型构建了耦合地表与地下拦蓄模块的双拦蓄网格模型,对“23·7”洪水过程进行了模拟复盘,并分析了降雨-土壤水-地下水响应关系以及地表与地下拦蓄水库的调蓄效应。结果表明:对1980—2000年的11场历史洪水,双拦蓄网格模型模拟径流深合格率达100%,洪峰合格率64%,确定性系数大于0.5的场次占64%,优于网格新安江模型和研究流域现有预报方案；对于“23·7”洪水过程,双拦蓄网格模型模拟的洪峰、径流深误差均控制在4%以内,确定性系数为0.91；土壤湿度的时空变化对“23·7”洪水形成与消退过程具有调控作用,双拦蓄网格模型地表拦蓄模块具有拦洪削峰效应,地下拦蓄模块使退水曲线吻合度提升。

摘要:为解决感潮河网水位受潮汐、径流、泵闸调控耦合作用呈现非线性波动,且水系地形差异致使全域统一模拟精度低、分站点建模成本与复杂度过高的问题,基于时空聚类的多尺度融合时空注意力网络(MSTANet),提出了一种面向感潮河网的智能水位预测方法。该方法通过融合多尺度时序特征与空间依赖关系,提升了模型对潮汐、泵闸调控等多扰动下水位演化过程的模拟能力；同时引入时空聚类实现流域分区建模,有效缓解了空间异质性带来的性能下降问题。上海蕴南水利控制片区的实例验证表明,该方法具有良好的模拟精度、较高的计算效率,具备工程实用性与推广前景。

摘要:针对用数据驱动模型替代传统水动力模型实现快速预报时存在模拟结果单一与缺乏可解释性的问题,基于多任务学习框架,构建了一种用于多要素联合模拟的LSTM模型,并将要素间的拟合物理关系作为约束项加入损失函数；结合随机森林、斯皮尔曼秩相关系数法与PCA主成分分析法的特征综合评价结果,进一步探讨了模型可解释性的问题。基于二维水动力数值模型对屯溪区17场洪水过程模拟结果的数据库,分别训练考虑物理约束前后的LSTM模型,结果表明:考虑物理约束后LSTM模型运算速度并未显著降低,能够在1.s内实现多要素的模拟；对于多场洪水的整体模拟,考虑物理约束的LSTM模型效果更优,水位、流量、流速和淹没面积的模拟精度分别提升了20.38%、17.03%、4.02%、14.07%；考虑物理约束的LSTM模型对小洪水的捕捉能力更强；对常规洪水的模拟精度较高,但在极端复杂情况下性能仍需提升。

摘要:考虑灾害损失的叠加(折减)效应,推导了多元型复合灾害系统的适应性指数公式,从防灾能力、应灾能力两大维度构建了多元型复合灾害系统适应性评估指标体系,并使用熵权-TOPSIS方法评估了各区域的适应性,利用ArcGIS软件绘制了适应性区划图。粤港澳大湾区的实例应用结果表明:粤港澳大湾区“暴雨-滑坡、暴雨-崩塌”多元型复合灾害系统适应性高的区域主要集中在南部地区,较高适应性区域主要为中部少数地区,中、较低适应性区主要分布在中部大部分地区、西南部和东部地区,低适应性区域主要分布在西北部和东北部；在面对多元型复合灾害系统时,区域的适应性指数显著低于其面对单一灾害的适应性指数。

摘要:考虑混蓄电站的季调节特性,以发电效益最大为目标建立水风光蓄互补长短期嵌套调度模型,针对模型求解的高维特征,通过将混蓄电站的抽水发电转换模型引入动态规划逐次逼近算法完成算法改进,并定量分析了混蓄电站对水风光蓄互补系统运行效益的影响。实例验证结果表明:对于依托季及以上调节性能水电站修建的混蓄电站,推荐采用混蓄季调节调度方案,该方案相较无混蓄方案,可有效减少新能源弃电(99.37%),提升系统发电效益(4.34%)；通过将下游水量提前抽至上水库,可为下游水库提供额外防洪库容,减少梯级水库弃水量(93.35%)；相较混蓄日调节调度方案,可提高枯期发电量,提升系统综合能量转换效率(6.88%)。

摘要:针对水光互补系统容量配置方案的多属性、多等级、不确定性评价问题,构建了涵盖安全性、环保性、经济性、技术性及社会性5个因素层的3级评价指标体系,提出了基于组合赋权与云物元分析法的综合评价模型。该模型通过AHP-云模型修正确定主观权重,引入改进熵权法获取客观权重,基于欧氏距离实现权重融合,并运用云物元理论计算方案的各评价等级隶属度与综合评分,将等级边界从刚性阈值拓展为柔性分布,从而更合理地刻画评价过程中的随机波动与模糊过渡。澜沧江西藏段清洁能源基地实例验证结果表明:该模型在多种容量配置方案的比选中表现出良好的区分效果,评价结果与工程运行特征吻合,能够有效协调多维度指标间的冲突；综合评价模型兼顾了权重确定的全面性与等级判定的稳健性,可为清洁能源基地容量配置提供科学、可靠的决策支持。

摘要:针对新能源电力系统无功补偿配置多基于单一运行场景,且常基于单目标优化算法进行求解的问题,提出同时考虑多运行场景和多优化目标的无功补偿配置方法。该方法考虑风电出力的随机性,采用蒙特卡罗采样法和 K -means聚类法生成典型风电出力场景,以系统电压偏差、有功网损和无功补偿设备配置成本为优化目标,以无功补偿设备安装位置和补偿容量为优化变量,以功率潮流、节点电压、电源出力为约束,建立多个典型风电出力场景下无功补偿设备的优化配置模型,同时利用多目标粒子群算法求解优化配置模型,得到无功补偿设备最优安装位置及补偿容量。含风电IEEE39节点系统的仿真分析结果表明:在系统多运行场景下,本文无功补偿配置方法可以有效降低系统电压偏差和有功网损,且配置方案更具多样性。

摘要:为解决孪生模型监测数据量大与高保真实时响应之间的矛盾,以拱坝为例提出了一种基于POD-RBFNN降阶模型的大坝变形快速计算方法。该方法基于有限元仿真得到的不同水位工况下的静态响应数据,通过本征正交分解(POD)法提取主导模态及模态系数,结合径向基函数神经网络(RBFNN)建立水位参数与模态系数之间的高精度代理映射,实现拱坝静态位移场的快速精准预测。算例结果表明:在仅考虑静水压力和结构自重作用条件下,POD-RBFNN降阶模型的预测结果与有限元(FEM)仿真结果吻合良好,平均相对误差为0.35%,平均绝对误差仅为0.003 2 mm,同时计算效率相较于有限元仿真提升了3 004倍。

摘要:针对现有研究缺少含隔水层超深厚多层地基防渗墙最优深度分析、高外水压力下的渗流规律尚不明确的问题,以某水电工程为依托,建立了垂直防渗概化模型,通过分析不同防渗墙深度的坝基渗流场,探讨了超深厚复杂多层地基中防渗墙深度变化对坝基渗流场的影响规律,并在此基础上,提出了同时满足土体渗透稳定和渗流量控制标准的防渗墙最优深度。研究结果表明,超深厚复杂多层地基中是否有隔水层对防渗墙端部最大坡降的演变规律影响显著:当坝基不含隔水层时,防渗墙端部最大坡降随贯入比的增大呈U形变化趋势,其中当贯入比小于0.2或大于0.7时变化显著；当坝基含隔水层时,在隔水层以上,防渗墙端部最大坡降随贯入比的增大呈U形变化趋势,当贯入比小于0.2或大于0.7时变化显著；在隔水层中,防渗墙端部最大坡降随贯入比的增大快速减小；在隔水层以下时,防渗墙端部最大坡降随着贯入比的增大缓慢增大,当贯入比大于0.7时,端部最大坡降快速增加。考虑超深厚覆盖层地基深部可能存在的不均匀性和不确定性,结合已有工程案例,最终建议防渗墙深度为200 m。

摘要:以黄河三角洲为原型,基于Delft3D构建具有典型河口坝地形特征的理想模型,模拟分析了黄河调水调沙作用下有、无植被对黄河三角洲河口坝地形演变的影响。结果表明:有植被时调水调沙后河口坝淤积量比无植被时减少63.7%,这与植被可以捕沙促淤的一般认知相反；河口坝植被的阻力效应改变了分汊河道与河口坝的分流比,使过坝流量减少70%~85%,促使挟沙水流更多通过河道入海,导致河口坝的局部泥沙供给和捕集量降低；调水期与调沙期的植被地貌效应也有显著差异,无植被时河口坝的垂向淤积和平面扩展主要发生在径流量低、含沙量高的调沙期,调水期几乎没有淤积,而有植被时调水期河口坝垂向淤积显著,但其平面扩展主要发生在调沙期,且仅限于来沙方向。

摘要:针对桥墩局部冲刷深度预测经验公式结果偏保守、纯数据驱动模型缺乏物理机制引导的问题,通过在标准多层感知机框架中引入HEC-18式与Melville冲刷公式作为物理约束,以符号回归算法从数据中提取的显式方程作为附加约束,同时在损失函数中集成数据损失、物理损失与符号回归损失,构建了物理信息与符号回归耦合约束的多层感知机(PSI-MLP)模型。以极限梯度提升、支持向量机和纯数据驱动的多层感知机模型为基准对比模型,从预测精度、模型可解释性、物理一致性多个维度,对比分析了PSI-MLP模型与各基准对比模型的性能差异,同时基于56组工程实测数据分析了PSI-MLP模型在实际工程场景中跨尺度的外推和泛化能力。结果表明:PSI-MLP模型在测试集上的均方根误差、决定系数和克林-古普塔效率系数分别为0.234、0.88和0.928,相较各基准对比模型,均方根误差最大减小了34.8%,决定系数、克林-古普塔效率系数最大提高了16.4%和25.9%；PSI-MLP模型决策逻辑与水动力学理论吻合；PSI-MLP模型在71.4%的工况下相对误差小于25%,优于传统经验公式与基准对比模型；物理信息与符号回归的耦合约束机制能提升模型在复杂工程尺度外推条件下的适应性与预测稳定性。

摘要:为提高铁尾矿坝排渗效果,对铁尾矿坝中土工织物滤层进行了不同真空负压作用下的渗透试验,分析了滤层颗粒运移规律和土工织物孔隙结构的变化规律,探析了真空负压对铁尾矿-土工织物滤层渗透特性的影响。结果表明:真空负压可显著提高铁尾矿-土工织物滤层的渗透性能,对于短纤、长丝、滤布3种土工织物,渗透稳定时,长丝土工织物滤层的渗透系数最大,滤布土工织物滤层次之,短纤土工织物滤层最小；短纤土工织物滤层渗透系数从真空负压为70.kPa开始显著增大,后随着真空负压值增大而增大；长丝和滤布土工织物滤层在真空负压为70.kPa时渗透系数最大,相较于无真空作用下的稳定渗透系数分别增大了94.6倍和14.2倍；真空作用对土工织物滤层渗透特性的改善效果受织物自身纤维的粗细和织物厚度的影响,对于由较粗纤维组成的土工织物或较厚土工织物,真空作用对其滤层渗透特性的改善效果较为明显。

摘要:为了实现紧急情况下对钙质砂抗剪强度指标的快速准确估算,采用三轴排水试验研究了未胶结钙质砂的强度-剪胀特性,通过改变试样相对密实度与有效围压,分析了影响未胶结钙质砂内摩擦角的因素,并提出了能够准确预测未胶结钙质砂峰值内摩擦角与剪胀角的经验公式。试验结果表明:钙质砂峰值内摩擦角、剪胀角受相对密实度影响显著,基于试验数据修正的公式参数,能提高未胶结钙质砂峰值内摩擦角与剪胀角预测的可靠性,峰值内摩擦角预测误差基本小于 25%,经验公式可用于固结后相对密实度范围在31%~83%之间、应力峰值处的平均有效正应力范围在100~1 600.kPa之间的未胶结钙质砂试样抗剪指标快速估算。