水文工程利用時(shí)間一般較長(zhǎng),可達(dá)數(shù)十年甚至數(shù)百年,因此根據(jù)當(dāng)前水文預(yù)報(bào)分析預(yù)測(cè)水文情況并不容易,而且現(xiàn)在水文分析還處于發(fā)展階段,還處于探索時(shí)期,各方面發(fā)展不完善,水文計(jì)算方法也多種多樣,具體使用哪種本文將討論常用的水文計(jì)算方法,預(yù)測(cè)可能的水文情況。
1例實(shí)例分析本例取自溫州市水利工程,是加強(qiáng)甌江堤壩的工作,河長(zhǎng)379.93km流域面積18168.75km2。甌江青田段長(zhǎng)82.6km,落差30.1m,河寬200-400m。溫州古名甌得名,起源于浙江省慶元、龍泉兩縣市交界的百山祖鍋帽尖。
2、水文資料采集分析;
在水利工程中,水文資料可提供一些數(shù)據(jù)方便分析施工中可能出現(xiàn)的水文情況,避免損失。
水文資料的收集形式有很多種,但其主要內(nèi)容必須符合規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)的需求,符合各種規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)的洪水洪峰流量、冰期冰清、規(guī)劃雨量等。
3進(jìn)化計(jì)算的主要分支和基本特征
進(jìn)化計(jì)算的構(gòu)成部分可以列為遺傳算法、進(jìn)化算法、計(jì)劃和遺傳程序設(shè)計(jì)的幾個(gè)方面。他們實(shí)現(xiàn)的方法不同,但本質(zhì)相同,遵守競(jìng)爭(zhēng)原則。近年來(lái),由于各種算法也有混合部分,他們之間的界限也不清楚,產(chǎn)生了新的計(jì)算方法——進(jìn)化計(jì)算。
3.1 遺傳算法
在上世紀(jì)60年代左右,在生物系統(tǒng)進(jìn)化機(jī)制的基礎(chǔ)上,JohnHolland教授提出了一種基于生物遺傳和進(jìn)化機(jī)制的適合于復(fù)雜系統(tǒng)優(yōu)化的自適應(yīng)概率化技術(shù)――遺傳算法(GeneticAlgorithm,簡(jiǎn)稱“GA”),隨后,經(jīng)過(guò)不懈地探索,發(fā)展了多種遺傳算子,并于1975年出版了第一本闡述遺傳算法和人工自適應(yīng)系統(tǒng)的著作《Adaptationin Naturaland Artificial Systems》。自此之后,DeJong、Goldberg Davis、Krishnakumar等學(xué)者逐步完善遺傳算法,并逐漸將其應(yīng)用于大規(guī)模計(jì)算、工程等領(lǐng)域中,取得了很好的效果。
3.2。演化計(jì)劃。
上世紀(jì)60年代,L.J.Fogel等提出了演化計(jì)劃。最初是通過(guò)已經(jīng)存在或發(fā)生的事情來(lái)預(yù)測(cè)未發(fā)生的事情的嘗試。
3.3遺傳程序設(shè)計(jì),
美國(guó)Standford大學(xué)J.R.Koza成立于20世紀(jì)92年代初,出版了《GeneticPrograming》。發(fā)展為遺傳算法的一部分是利用生物進(jìn)化中的思想搜索計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的結(jié)構(gòu)空間,實(shí)現(xiàn)程序的自動(dòng)化設(shè)計(jì)。
3.4進(jìn)化計(jì)算的一些基本特征,
3.4.1智能化的br/>進(jìn)化算法在確定代碼方案、適應(yīng)值計(jì)算方法和遺傳算子后自動(dòng)檢索,適應(yīng)值大的個(gè)體生存概率高。生存概率高的個(gè)人,通過(guò)基因突變等算法產(chǎn)生適應(yīng)環(huán)境的子孫。
3.4.2本質(zhì)并行性的并行性主要體現(xiàn)在內(nèi)在并行性和內(nèi)在并行性兩個(gè)方面。內(nèi)在并行,即多臺(tái)計(jì)算機(jī)獨(dú)立采用演化算法進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算過(guò)程不需要相互干涉的內(nèi)容并行性,即利用成千上萬(wàn)臺(tái)計(jì)算機(jī),以各種方式組織檢索解決空間的地區(qū),大幅提高檢索效率。
3.4.3。全局優(yōu)化。傳統(tǒng)的優(yōu)化計(jì)算方法很容易落入局部?jī)?yōu)化區(qū)域。進(jìn)化計(jì)算可以在多個(gè)解決空間區(qū)域同時(shí)組織搜索,并且可以以較快的速度跳出局部最佳解決區(qū)域,找到該問(wèn)題的全球最佳解決方案。
通過(guò)簡(jiǎn)要論述演化計(jì)算的方法和基本特征,可以得出以下矩陣計(jì)算公式。
4設(shè)計(jì)洪水計(jì)算,本工程位于甌江水文站上游,兩者距離約5km,本工程下游段位置控制集水面積為1190km2,下游甌江水文站位置控制集水面積為1278km2,兩者集水面積不足7%,只有6.8%甌江水文站建設(shè)站流量資料共28年,之后根據(jù)站點(diǎn)功能的調(diào)節(jié),從1992年開(kāi)始停止流量,甌江流量和水位變化小,一定能綜合整理單一曲線。甌江站各方面資料齊全,可直接計(jì)算洪水量,頻率洪水統(tǒng)計(jì)參數(shù)以矩形式計(jì)算。此外,根據(jù)工程實(shí)際需要,本工程為4級(jí)堤壩,設(shè)計(jì)洪水為20,年遇洪水,因此設(shè)計(jì)洪水為P=5%。最后這次工程從65年到09年44年間的最高水位狀況和最大流量估算洪水。
4.1設(shè)計(jì)洪水計(jì)算,以白候站從65年到09年44年的最高水位狀況和最大流量,以及大洪水狀況的洪峰計(jì)算洪水發(fā)生頻率。并且用矩形公式進(jìn)行計(jì)算,在根據(jù)適線進(jìn)行調(diào)試。
特大洪水:Pm=■(m=1,2,∧,a);
實(shí)測(cè)洪水:Pm=■(1-■)■
Q=■[■Qi+■■Qi],CV=■■
如公式所示,其中N代表洪水期的重現(xiàn)期,n代表實(shí)際上測(cè)量得出的數(shù)據(jù),a表示值比較大的數(shù)字,M是數(shù)值較大的數(shù)的順序排列,m則表示在實(shí)際中測(cè)量得出的數(shù)據(jù)。 最終得出的計(jì)算結(jié)果,可看圖1。
4.2針對(duì)工程所在地設(shè)計(jì)洪水計(jì)算。
Q1/Q2=(F1/F2)2/3面孔
Q1表示洪峰流量,Q2表示工程現(xiàn)場(chǎng)洪峰量,F(xiàn)1表示水文站集水面積,F(xiàn)2表示工程現(xiàn)場(chǎng)集水面積。利用上述水文站和施工現(xiàn)場(chǎng)的集水面積和洪峰流量,制作表格,用線連接坐標(biāo)軸的數(shù)據(jù),可以獲得最大流量,然后根據(jù)施工的具體要求計(jì)算工程最大流量的發(fā)生率。結(jié)果出來(lái)后,考慮到施工環(huán)境、施工強(qiáng)度和質(zhì)量等因素,可以判斷工期。
4.3規(guī)劃洪水學(xué)校核心
由于溫州市出自浙江地區(qū),可查詢浙江暴雨流失記錄,得知工程地屬韓江第一區(qū),應(yīng)按甌江地區(qū)洪水處理方式處理該工程地。暴雨低區(qū)的定點(diǎn)定面關(guān)系(αt~-。t~f)、內(nèi)陸流產(chǎn)參數(shù)、浙江省綜合部門線滯留m1關(guān)系圖中的BB線集水面積超過(guò)500km2,采用浙江省綜合部門線iii號(hào)下一部門線ui~xi。根據(jù)工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告(1998年),原設(shè)計(jì)洪水采用浙江省水文圖集小匯水面積設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法(推理公式法),計(jì)算成果摘錄見(jiàn)表。同時(shí)采用電算程序 SU-HM -1A(浙江省綜合單位線)和 TL -1A(推理公式法)進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算結(jié)果,見(jiàn)表 2。由以上計(jì)算成果可知,在設(shè)計(jì)情況下,現(xiàn)復(fù)核計(jì)算比原設(shè)計(jì)成果大 289.60m3/s。由于浙江省綜合單位線方法分析使用的資料基礎(chǔ)稍好于推理公式法,而用實(shí)測(cè)洪峰驗(yàn)證,精度也比推理公式法高。因此,在2種方法經(jīng)過(guò)合理協(xié)調(diào),使設(shè)計(jì)洪峰流量比較接近以后,采用浙江省綜合單位線方法的計(jì)算成果。
5 建議
為了水文工作的進(jìn)一步發(fā)展,相關(guān)水文科技工作人員還應(yīng)該繼續(xù)在工程水位方面的研究工作上努力,下文為具體內(nèi)容的歸結(jié)。
5.1應(yīng)研究流域墊面對(duì)水文的影響
實(shí)際影響水文現(xiàn)象主要與氣候和流域墊面兩方面有關(guān),氣候變化較小,年與年之間的變化規(guī)律幾乎相同,從幾十年到幾百年有很大變化,但流域墊面不同,流域墊面變化較大,變化迅速,流域墊面變化對(duì)洪峰、流量、水位的影響更加明顯,相關(guān)人員應(yīng)進(jìn)一步研究這一點(diǎn)。
5.2根據(jù)城市水位變化,提出相應(yīng)的計(jì)算方法。
隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,工業(yè)和人們生活對(duì)環(huán)境的破壞相對(duì)較大,導(dǎo)致城市水位上升。工作人員應(yīng)根據(jù)這一現(xiàn)象提出易于實(shí)施的城市水位測(cè)量方法。
5.3根據(jù)水文現(xiàn)象采用不同的計(jì)算方法,水利工程在各種地形、環(huán)境中進(jìn)行,應(yīng)根據(jù)各地水文情況采用不同的計(jì)算方法,不斷改善計(jì)算方法,促進(jìn)水文測(cè)量的合理科學(xué)發(fā)展。
6結(jié)束語(yǔ)
水文作為水利建設(shè)的重點(diǎn)部分,其科學(xué)有序發(fā)展是水文工程科學(xué)有序發(fā)展的必要選擇。水文工作的良好發(fā)展可以減少人們生命和財(cái)產(chǎn)的損失,員工應(yīng)重視水文工作的發(fā)展,嚴(yán)格檢查水文工作,提高水文工作質(zhì)量,為社會(huì)安全穩(wěn)定發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
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