摘要:针对水生态环境研究中数据稀疏、非线性强和机理刻画不足等问题,基于中国知网和Web of Science核心合集2014—2024年的相关文献,在梳理经典机器学习、深度学习、集成学习及自动机器学习基本原理的基础上,从水质预测与管理、水体污染物分析、富营养化与蓝藻水华研究、水生态系统保护4类场景综述了机器学习在水生态环境领域的应用进展,并结合数据特征、任务目标与模型性能进行了比较分析,提出了问题导向的算法选择建议。结果表明:随机森林、XGBoost等集成学习算法在中小样本、多因子非线性关系挖掘和变量重要性识别方面具有较好的适用性；LSTM、GRU等模型更适用于多站点、多时间尺度序列预测；CNN、Transformer等模型在遥感识别和藻类生物图像分析中展现出较好的应用潜力。目前,机器学习仍面临数据质量不一、模型可解释性不足、算力消耗较高以及与机理模型协同不够等问题,未来可结合数据共享系统,进一步拓展机器学习在水生态环境领域的应用空间。

摘要:为明确排放标准升级及国内外差异背景下船舶生活污水处理技术的研发方向、识别技术瓶颈、推动行业可持续发展,系统分析了我国船舶生活污水排放标准、处理装置应用现状及技术研发进展。通过对比新旧排放标准及国内外海洋与内河船舶排放标准的指标,阐明了标准趋严的核心特征及其对处理工艺的更高要求；通过文献调研与排放数据统计分析,梳理了主流处理工艺及装置配备现状,分析了其技术适用性与局限性,并结合长江流域典型处理装置的实地调研与案例分析,识别了影响船载应用的关键技术瓶颈,指出了技术突破的主攻方向。结果表明:我国排放标准在指标数量和数值上较国外标准更为严格,对处理工艺的多目标协同去除能力和系统运行稳定性提出了更高要求,传统生化/物化法处理效果难以保证；400总吨以下小型船舶受空间限制和技术适配性影响,装置安装率极低；膜生物反应器及电化学耦合工艺已成为主流技术方向,但仍面临抗冲击负荷不足、船舶环境约束、数字化运维与监管能力薄弱等难题。因此,船舶生活污水治理应采用系统思维,构建空间适配、运行稳定、黑灰水处理兼顾的技术路径,重点围绕黑灰水协同处理、抗冲击工艺开发、船岸数字化运维与监管三个方向布局,并以分质回用和零排放技术为重要突破方向,促进船舶生活污水治理的节能、减污与降碳协同。

摘要:为量化表征重复荷载下混凝土内部的断裂损伤演化机理,通过三点弯曲梁试验系统研究了混凝土断裂过程区(FPZ)裂纹长度、位移梯度及残余应变的演化规律,并采用基于Tikhonov正则化的黏聚力反演方法获得了黏聚力分布及其软化曲线。结果表明:在等幅荷载下,裂纹长度呈现先快速上升、后近线性缓增的双阶段特征,FPZ位移梯度则经历陡降与缓降两阶段衰减过程,且低荷载水平衰减幅度显著高于高荷载水平；在包络重复荷载下,裂纹长度随重复次数的增加持续扩展随后趋于稳定,而FPZ位移梯度单调递减；裂纹扩展速率滞后于裂纹口张开位移的增长,导致断裂区宽度增大而长度减小；由于重复荷载作用引发的黏聚力衰退、材料损伤及塑性变形协同发展,FPZ残余应变在加载周期内持续累积且增速加快；基于FPZ张开位移线性分布假设,采用Tikhonov正则化反演黏聚力分布,得到的软化曲线近似呈幂函数形式,反演得到的位移场与试验数据吻合较好,验证了该反演方法的可靠性。

摘要:通过流变性能试验、工作性能试验、凝结时间试验以及水化热试验,研究了水工水泥基复合材料(HECC)的早期流变特性,并分析了聚羧酸高性能减水剂(PCA-1)、非保坍型聚羧酸高性能减水剂(PCA-2)和早强型聚羧酸高性能减水剂(PCA-3)对HECC流变特性的调控效果。结果表明:HECC拌合物的流变特性符合宾厄姆模型,其屈服应力和黏度均随时间延长而增大；在相同掺量下,3种减水剂减水效果相近,但坍落度经时变化存在差异,同一测试时间内掺加PCA-3的拌合物屈服应力和黏度略大；贯入阻力仪法测得的初凝和终凝时间分别比维卡仪法延长3~4.h和5~6.h,结合现场施工情况,证实贯入阻力仪法的结果更为准确；掺加PCA-2和PCA-3的拌合物的放热峰分别提前了1.93.h和1.77.h,累计放热量在掺加PCA-2后减少了1.366.J/g,掺加PCA-3后增加了0.998.J/g；早强型减水剂通过促进水化反应调控HECC的流变特性,而非保坍型减水剂通过影响颗粒间的吸附作用发挥调控作用。

摘要:为解决大坝变形监测中的数据噪声干扰问题、提高监测数据质量,将灰狼优化(GWO)算法、变分模态分解(VMD)、小波阈值去噪(WTD)和S-G滤波器进行融合,提出了一种基于无监督学习的大坝变形数据清洗方法。该方法利用GWO算法对VMD的分解参数进行自适应寻优,并采用优化后的VMD将变形序列分解为多个本征模态函数(IMF),然后根据各IMF的样本熵对其进行分类,对高频IMF和中低频IMF采用差异化的去噪处理,组合重构得到清洗后的变形数据。某拱坝的实例验证结果表明:该方法在有效消除多频段噪声的同时,较好地保留了变形数据的统计特性,且对不同噪声水平均表现出鲁棒性；去噪后的序列作为训练样本,可提升点-区间预测模型的精度；该方法对不同长度的监测序列均具有良好的适用性。

摘要:针对堆石料流变随机有限元分析中未充分考虑模型参数空间变异性的问题,以某面板堆石坝工程为例,建立了考虑堆石料流变效应的面板堆石坝确定性有限元数值计算模型,采用Cholesky协方差分解法生成流变模型参数随机场,借助ABAQUS、MATLAB和Python三方交互实现可以考虑材料参数空间变异性的非侵入式随机有限元交互计算,并利用蒙特卡罗法进行面板堆石坝应力变形响应指标的统计分析。结果表明:相比于基于单一确定性材料参数的坝体有限元分析,考虑流变特性的随机有限元分析得到的应力和变形值偏于安全,各项指标极值差异在2%~6%之间,超标概率均超过50%；采用考虑堆石料流变模型参数空间变异性的随机有限元分析方法更符合工程实际,可以提高面板堆石坝变形预测的可靠性。

摘要:针对当前径流智能模拟对水文物理过程考虑不足的问题,提出了结合流域产流时空分布的径流智能模拟方法,以浙江省永安溪流域为例,构建了以SWAT模型子流域3种逐日产流组分为输入的tri-SWAT-Transformer模型,并将该模型与SWAT模型等对照模型的径流模拟结果进行比较。结果表明:tri-SWAT-Transformer模型的径流模拟改善效果最明显,率定期和验证期纳什效率系数分别为0.95、0.89,较SWAT模型分别提升了90.0%、107.0%；在高流量条件下,tri-SWAT-Transformer模型的模拟效果最好,其纳什效率系数较SWAT模型提升了200.0%,百分比偏差、均方根误差较SWAT模型分别降低了89.6%、68.8%。通过产流组分与径流组分相关性分析解释了tri-SWAT-Transformer模型优于其他模型的原因,认为tri-SWAT-Transformer模型能通过Transformer的多头注意力机制,充分捕捉各类产流水文物理过程的时空分布特征,对产流信息时空分布特征利用程度均高于其他对照模型。

摘要:基于InVEST模型分析了2010—2022年鄂尔多斯市产水量与碳储量的时空演变特征,并利用地理时空加权回归模型(GTWR)与空间自相关分析探究了产水量与碳储量影响因素的空间集聚特征及两者的空间异质性。结果表明:产水量与碳储量的莫兰指数均值为0.351,呈现高产水量-高碳储量与低产水量-低碳储量的集聚特征；多年平均产水量达27.965亿m³,年际波动显著,主要受土地利用类型、蒸散发和碳储量影响；碳储量呈增长态势,由2010年的11.566亿t增长至2022年的11.949亿t,主要受土地利用类型和产水量影响。

摘要:为优化抽水蓄能电站侧式进/出水口调整段长度,以亚布力抽水蓄能电站下水库侧式进/出水口为研究对象,在进/出水口总长度不变的前提下,采用数值模拟方法探讨调整段长度与扩散段长度之比对侧式进/出水口水力特性的影响。结果表明,对于出流工况,随着调整段长度与扩散段长度之比的增大,中孔拦污栅断面主流位置由孔口中上部逐渐降低至孔口底部,边孔拦污栅断面主流位置变化不明显；中孔和边孔拦污栅断面流速不均匀系数均呈先减小后增大的趋势；当调整段长度为扩散段长度的50%时,拦污栅断面流速不均匀系数最小,拦污栅断面无负流速。对于进流工况,进/出水口的各项水力指标基本不受调整段长度变化的影响。因此,在进/出水口总长度不变的情况下,当调整段长度为扩散段长度的50%时,进/出水口各项水力指标均相对更优。

摘要:在综合分析灌区建筑物组成、运行特点等基础上,从渠道工程风险、其他建筑物工程风险、暴雨洪水风险、地震及冰冻风险、运行管理风险5个方面入手,构建了包括渠坡滑坡、主体失稳、消能破坏、建筑物震损、历史险情等20个指标的大型灌区工程安全评价指标体系。引入序关系分析法和变异系数法对评价指标进行主观和客观赋权,并基于博弈论进行组合赋权,有效提升了指标赋权的准确性和可靠性。同时,在传统云模型中引入毕达哥拉斯模糊数,建立了适用于复杂灌区工程安全评价的毕达哥拉斯模糊云模型,并对河南省某大型灌区工程进行了评价研究。结果表明,该灌区工程综合安全评价指数为0.857,安全等级判定为安全,应用毕达哥拉斯模糊云模型得到的安全评价结果具有较高的稳定性,为大型灌区工程安全评价提供了新途径。

摘要:为揭示水轮机频繁小波动瞬变过程对水电机组水力稳定性的影响机制,采用一维-三维耦合方法,对某800 mW级混流式水轮机负荷从额定功率的55.6%上升至61.2%的瞬变过程开展了全流道数值模拟,重点分析了导叶调节瞬变过程、转轮和尾水管区域的涡系演化规律与压力脉动特性。结果表明:随着导叶开度增加,流量平稳增长,轴向力因水锤效应产生突变,径向力受导叶调节扰动的影响,呈现典型的低幅值脉动特性(但幅值明显大于稳定运行工况)；随着负荷增加,转轮叶道涡尺度逐渐减小,当负荷为额定功率的61.2%时,叶道涡基本消散,尾水管涡带经历了从单涡带结构到尾水管中心稳定双涡带结构的演变；负荷增加期间机组受到水锤、涡结构演化和动静干涉频率耦合的影响,产生了0.11 f n、0.21 f n、0.85 f n、15 f n等高幅值的频率成分。

摘要:为揭示弯道斜向入流对单孔水闸水力特性的影响机制,以淮河入海水道二河枢纽水闸为例,构建三维水动力数值模型,模拟并分析了30°、45°、60°、75°入流角度下的闸前流场结构及水位变化规律,建立了考虑入流角度、弗劳德数和宽深比等因素影响的斜向入流水闸综合流量系数计算公式。结果表明:纵向流速“凹岸小、凸岸大”的分布特征随入流角度的增大而更加显著,入流角度为30°~75°时弯道出口断面凹、凸岸流速差占断面平均流速的比例由16.5%最高增至84.3%；不同流量情况下断面环流强度随入流角度的变化存在差异；弯道出口断面水位呈现凹岸高、凸岸低的横向分布,入流角度为30°~75°时凹、凸岸水位差占断面平均水位的比例由1.3%最高增至30.7%,水流惯性对环流的抑制作用随入流角度增大而降低；在同流量条件下,水闸综合流量系数随入流角度增加呈递减趋势,建立的水闸综合流量系数计算公式得出的值与实际值的平均相对误差为2.01%,总体精度较高。

摘要:结合国内某工程排沙洞运行过程中弧形闸门出口侧墙空蚀破坏的实例,采用水力学模型试验方法,研究了不同开度运行条件下弧形闸门出口区域的水流特性及壁面压力特性,并对空蚀破坏的成因进行了深入分析。结果表明:弧形闸门全开时,掺气设施运行情况良好,不易发生空蚀破坏；弧形闸门局开时,出口水流横向扩散角增大,侧空腔长度迅速缩短,水流冲击区下游压力迅速降低,致使该区域水流空化数较小,并伴有侧墙清水区,从而加剧空蚀破坏风险；清水区的范围与破坏范围基本一致。

摘要:针对传统人工巡检在深基坑施工质量管控中存在的时效性差、可视化程度低且过度依赖人员经验等问题,提出了一种融合增强现实(AR)、建筑信息模型(BIM)和知识库技术的深基坑施工质量巡检方法。该方法借助图像辅助和点云配准技术,实现了AR环境中BIM模型与施工现场的高精度注册,解决了虚拟模型与真实场景间的高精度配准问题；以建立的语义丰富的深基坑BIM模型为载体构建了耦合BIM的巡检信息知识库,并开发了施工质量虚实增强智能巡检系统,实现了虚实场景融合、多源知识调用和可视化反馈等辅助巡检功能。工程实例验证结果表明,该方法具有良好的有效性和实用性,可为深基坑施工质量的智能化与精细化管理提供可靠的技术手段。

摘要:面对资源协同优化与区域高质量发展的严峻挑战,以衡邵干旱走廊为研究对象,立足县域基本单元,基于NSGA-Ⅲ算法,构建了兼顾社会、经济、生态效益的现状年及规划年水-能源-粮食纽带系统多目标优化模型。通过熵权法-TOPSIS综合评价法筛选不同水文年的最优配置方案,并借助地理探测器识别影响区域目标效益的关键驱动因子。结果表明:现状年供水量每提升1%可驱动综合效益增长3.875%~7.650%,通过调整种植结构与水资源再分配,可缓解部门间资源竞争现状,实现社会、经济、生态效益的协同增效；规划年平水年通过种植结构优化与水资源再分配,年内粮食产量可达928.85万t,超出人均标准24%,同时COD排放量下降9.8%；枯水年可通过压缩高耗水作物种植面积维持粮食安全阈值,年内粮食产量超出人均标准12.9%；驱动效应方面,平水年表现较为分散,而枯水年显著集中,多因子协同作用对社会-经济-生态效益变化的解释力显著增强,其中水资源供给保障与资源配置公平性的协同作用是衡邵干旱走廊目标效益演变的关键机制。