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基于数字孪生的水库大坝安全监测：关键技术与应用
张建伟;李毅男;张龑;刘兰勤;张多新;王子健;随着我国水利工程发展进入新阶段，水库大坝的智能化监测与长效运维逐渐成为水利工程高质量发展的重心之一。鉴于传统的监测手段难以解译水库大坝复杂的变化特征，结合小浪底水利枢纽数字孪生工程，重点讨论了数据采集与传感、虚拟建模与数值仿真、数字化分析与预测、精准化预警与决策等关键技术。基于“天空地水工”一体化数据孪生平台提取动态监测数据；以BIM和GIS技术建立高精度三维仿真模型，构建多物理场耦合数值模型库；基于机器学习和人工智能算法，结合全天候长时间序列监测数据，建立预报—预警—预演—预案全链条专业模型，保障水库大坝的安全运行；同时，对数字孪生技术在水库大坝安全监测中的应用前景进行展望。构建的水利数字孪生平台可为同类型工程的安全监测提供借鉴与指导。
基于ICA-PSO-CNN的大坝变形预测研究
杨霖;傅蜀燕;吴曹东;王子轩;陈德辉;杨石勇;欧斌;为提高大坝变形预测精度，针对传统大坝变形预测中出现的数据维度高、特征值选取困难、参数优化和模型调整较复杂等问题，提出了一种将独立主成分分析(ICA)和粒子群优化下的卷积神经网络(PSO-CNN)相结合的预测模型(ICA-PSO-CNN)。该模型通过ICA算法提取数据的特征值，减少沉冗信息，提高数据的精准表征能力，然后通过PSO对CNN参数进行迭代优化，进而得到最优参数下的CNN模型，使CNN模型的变形预测结果更准确。运用改进后的ICA-PSO-CNN模型对某混凝土双曲拱坝的变形进行预测，并与ICA-CNN模型和CNN模型的预测结果进行对比显示，改进的ICA-PSO-CNN模型的拟合效果和预测精度最好，为大坝变形预测提供了一种性能优良、精度较高的预测模型。
水电站异常事件智能远程应急处置研究
宋万礼;夏安宇;邓亚军;王迪;朱莎;王兆礼;水电站异常事件的高效应急处置对保障电站安全运行具有重要意义，目前人工查阅和分析的传统方式无法快速精准地实施应急响应。为此，以贵州省清溪水电站为例，构建了适用于水电站异常事件智能应急处置的知识图谱。首先，基于清溪水电站的调度规程文本和应急处置预案，采用自顶向下与自底向上相结合的方法构建知识图谱，自顶向下定义知识图谱架构，创建模式层，并通过支持向量机模型和正则表达式自底向上从数据文本中抽取实体，构建数据层。然后，基于Word2Vec模型实现共指消解。最后，采用Neo4j图数据库存储和管理知识图谱，实现异常事件的智能匹配，并提供可视化应急处置流程建议。结果表明，基于知识图谱的异常事件智能应急处置平均响应时间在1.0 s以内，异常识别准确率达92.5%。研究结果可为提高水电站异常事件处理效率提供理论与技术支撑，对水电站智能化运行具有重要意义。
顾及定向参数精化的稀疏控制机载InSAR区域网平差试验分析
张昊;熊新;王晋;随着我国水利工程高质量建设对高精度地形数据支撑需求的提升，针对多云雨、山体密集区域地形数据获取难的问题，机载合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术成为解决该类型区域基础地形测绘的有效技术。为此，提出一种顾及方位向与距离向定向参数的InSAR区域网平差方法，系统分析控制点数量与空间分布对平差精度的影响。基于陕西渭南长条带状测区的双航带机载毫米波InSAR数据，采用三角形、四角形及距离向居中等布设策略开展控制点优化试验。结果表明：当控制点沿距离向均匀布设为三角形时，平差解算稳定性最佳；在仅需3个控制点的条件下，该方案可满足地形测量精度的要求。同时，该方案可减少外业控制测量，为多云雨山区水利工程勘察提供技术参考。
基于PSR框架的中国水利新质生产力评价
门宝辉;李国娇;文滢;李安宁;水利新质生产力是促进水利高质量发展，提升水资源配置利用效率，增强防灾减灾能力，实现人水和谐共生的重要着力点，摸清目前的水平及发展措施是水利新质生产力水平提升的前提和基础。水利新质生产力评价是量化当前发展水平的重要手段，定量分析其影响因素能确定发展水利新质生产力的方向。基于压力-状态-响应(PSR)框架构建水利新质生产力评价指标体系，用CRITIC法对指标客观赋权，结合综合评价法计算2012—2021年我国的水利新质生产力水平，并根据LMDI乘法分解法分析驱动因素的贡献度。结果表明：2012—2021年我国水利新质生产力水平基本处于“中”和“中高”水平，整体呈现上升趋势，但仍有较大发展空间；状态层提升速度最快，响应层基本处于“中”水平；发展水利新质生产力需要加大科研经费投入和项目投资力度，以增大科技项目成果数量、增加生态环境补水量、提升服务器存储能力。
新孟河抗旱调水试运行对滆湖换水周期的影响研究
张中天;唐仁;许强;柳子豪;杨文海;新孟河延伸拓浚工程是太湖流域水资源调控的核心工程，其水文连通效应对滆湖换水周期的影响机制尚不明确。为此，以2022年长江流域极端干旱期间的新孟河抗旱调水试运行为背景，基于实测水文和气象数据，通过示踪剂传输时间法和湖泊蓄水-出流量比值法，对比分析了不同工况下滆湖的换水特征，揭示了本次抗旱调水对滆湖换水周期的影响。结果表明：滆湖换水过程呈现西部—北部向东南扩展的特征，最终实现全湖水体交换；抗旱调水试运行显著提升滆湖换水效率，换水周期从自然状态的55～60 d缩短为18～22 d。研究成果可为未来新孟河调水及其对滆湖产生的生态环境效应研究提供基础理论支撑。
引江济淮工程河南段水资源调配研究
甘容;刘进翰;顾长宽;王辉;路学永;陶洁;为推进引江济淮工程河南段受水区的高质量发展，需开展水资源调度与配置研究。采用水资源调度和水资源配置相结合的建模方法构建了多水源、多用户、多部门的水资源优化调配模型，以受水区总缺水量最小和泵站总能耗最小为目标，构建引江济淮工程河南段水资源优化调度模型，基于调度模型求解的工程调水量构建以社会效益、经济效益、生态效益最大的水资源优化配置模型，利用NSGA-Ⅲ算法求解模型。在此基础上，分析水资源配置结果优选出3种不同侧重目标的配置方案。结果表明：引江济淮水调入后可极大缓解受水区的用水压力，在50%、75%、95%来水保证率下受水区平均缺水率为2.1%、4.0%、12.3%,有效改善了受水区地下水超采、生态用水挤占等问题；在节能方案下，3种保证率能耗降低率分别为3.75%、8.41%、0.91%,表明水资源调度和水资源配置相结合的建模方式可以在工程完成调水任务的同时优选更加节能的方式运行。
基于线性优化模型的口门引水流量优化研究
屈磊飞;代小平;刘闯;马建强;沈超;金倩;陈胜丽;引入清水是改善河道水质的重要措施，在多引水口门与流量限制条件下，科学确定各口门的引水流量是提高引水效率的关键。在分析引水对河道水质改善方式的基础上，建立了河道引水水质方程，进而以水质改善率最大为目标，以引水流量、引水量、河道引水后水质为约束条件，构建了河道引水流量线性优化模型，并以望虞河常熟段东岸口门为例，基于典型区域的调水试验，验证了引水水质方程的有效性，同时对口门的引水流量进行了优化模拟。结果表明：引水水质方程的预测水质与实测水质的平均相关系数为0.40,最高相关系数为0.66,该方程能够较好地预测离引水口门较近河道的水质；优化模型能够在满足约束条件下实现优化目标，模拟得到的河道平均水质改善率为55%。鉴于引水口门基本不具备停水条件，建议各口门采取持续小流量引水方式。该研究内容为一般精度下的河道引水水质分析和引水流量优化提供了一种简便方法，所得结论可为引清调度实践提供参考。
