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输水渠道拦冰索模型试验及拦冰厚度预测研究

杨丽萍  
【摘要】:南水北调中线工程是当今世界上最宏伟的跨流域调水工程,是有效解决我国北方地区水资源严重短缺的问题,建立全国水资源合理配置的格局,保证国家经济社会和生态环境协调发展的重大举措。总干渠在冬季输水可能出现流冰、冰塞、冰坝等冰害问题,影响正常输水和工程安全。研究、优化防治冰害的安全保障措施,预防和缓解冰情、冰害,是确保工程冬季输水安全亟待解决的问题。 本课题的研究提出了一种新型的有效的拦冰索结构形式——双轴拦冰索,较现有的拦冰索拦冰效果有了很大改进。本文以拦冰索模型试验为重点,对实验设备、模型设计和加工、试验原理、试验步骤做了详细描述,对拦冰索工作原理、失效模式等做了深入分析。 通过对双轴拦冰索模型试验的观察和试验数据的分析,总结归纳出拦冰索的作用过程和失效模式,以及影响拦冰索拦冰效果的重要因素:水位、冰速、初始冰厚等对拦冰索拦冰厚度、拦冰索失效模式的影响规律,以及拦冰索的受力在不同工况下变化趋势。 分析模型试验结论,结合实际冰情,计算得出各种工况下拦冰索的极限拦冰量,进一步计算得出了拦冰索有效距离(即布置间隔)与渠道宽度、冰厚、冰速的关系。 最后,分别基于BP算法和遗传算法优化BP神经网络建立神经网络模型,依据模型试验实测数据,对不同工况对应的拦冰索前各断面的拦冰厚度进行了训练预测,将所得预测值与实测值进行分析对比表明,该模型的泛化能力较强,预测数据误差绝大部分都在合理的范围以内,其中遗传算法优化BP神经网络模型优势更为明显,预测值与实测值曲线拟合较好。本文的研究可为南水北调中线干渠冰期输水冰害应对措施研究建立预报模型提供有益的参考。


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