基于滞后效应和防洪调度的大坝渗流预测模型研究

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土石坝渗流性态分析的IAO－XGBoost集成学习模型与预测结果解释

２０２３年１０月水利学报ＳＨＵＩＬＩＸＵＥＢＡＯ第５４卷　第１０期文章编号：０５５９－９３５０（２０２３）１０－１１９５－１５收稿日期：２０２３－０４－２２；网络首发日期：２０２３－０９－２６网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２３０９２５．１２３５．００２．ｈｔｍｌ基金项目：国家自然科学基金雅砻江联合基金项目（Ｕ１９６５２０７）作者简介：余红玲（１９９４－），博士生，主要从事大坝渗流性态分析研究。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｕｈｏｎｇｌｉｎｇ＠ｔｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ土石坝渗流性态分析的ＩＡＯ－ＸＧＢｏｏｓｔ集成学习模型与预测结果解释余红玲，王晓玲，任炳昱，郑鸣蔚，吴国华，朱开渲（天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津　３０００７２）摘要：针对现有土石坝渗流数值模拟方法计算效率较低、难以实时分析大坝渗流性态，而现有基于机器学习算法建立的代理模型又存在模型可解释性较差的问题，提出土石坝渗流性态分析的ＩＡＯ－ＸＧＢｏｏｓｔ集成学习模型，并基于Ｓｈａｐｌｅｙ加性解释（ＳＨａｐｌｅｙＡｄｄｉｔｉｖｅｅｘＰｌａｎａｔｉｏｎ，ＳＨＡＰ）理论对预测结果进行解释。

在采用多地质体自动建模方法和ＣＦＤ技术对大坝渗流场进行计算分析的基础上，基于改进的天鹰（ＩｍｐｒｏｖｅｄＡｑｕｉｌａＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ＩＡＯ）算法优化极限梯度提升（ｅＸｔｒｅｍｅＧｒａｄｉｅｎｔＢｏｏｓｔｉｎｇ，ＸＧＢｏｏｓｔ）集成学习算法中的ｎ＿ｅｓｔｉｍａｔｏｒｓ、ｍａｘ＿ｄｅｐｔｈ和ｌｅａｒｎｉｎｇ＿ｒａｔｅ等超参数，进而建立基于ＩＡＯ－ＸＧＢｏｏｓｔ集成学习算法的大坝渗流性态指标预测模型，以揭示上下游水位和坝基地层渗透系数等输入特征变量与渗流性态指标模拟值间的复杂非线性映射关系。

进一步地，将ＩＡＯ－ＸＧＢｏｏｓｔ集成学习算法与可解释机器学习框架ＳＨＡＰ理论相结合，挖掘影响大坝渗流性态指标预测结果的关键特征，并解释特征变量对渗流性态指标预测的影响。

堤坝管涌渗漏流场拟合法理论及应用研究的开题报告

堤坝管涌渗漏流场拟合法理论及应用研究的开题报告一、选题背景及意义随着水电站建设的大规模推进，堤坝管涌和渗漏现象成为了重要问题之一。

管涌是指堤坝板和坝体之间的孔隙水压力超过围岩水压力而导致的异常涌水现象。

渗漏则是指堤坝、基础或岩体中水流通过其中的裂缝或孔隙而产生的现象。

管涌和渗漏会对水电站的安全稳定运行带来威胁，因此研究堤坝管涌和渗漏流场的特性及其预测方法具有重要的实用价值。

目前，堤坝管涌和渗漏的研究主要采用的是理论模型数值模拟方法和统计分析等方法。

然而，这些方法可能存在的问题是难以获取实测数据、难以对真实场地情况进行准确的模拟等，因此需要寻找一种能够精确预测堤坝管涌和渗漏的新方法。

基于此，本文提出了一种堤坝管涌和渗漏流场拟合法理论及应用研究。

二、研究内容和方法（一）研究内容本文的研究内容主要包括以下两个方面：1.堤坝管涌和渗漏流场特性的分析：通过分析堤坝管涌和渗漏的机理和特点，探究其对水电站的影响，以及如何在实践中进行测量和监测等。

2.堤坝管涌和渗漏流场拟合法的建立及应用：选取一种适合的数学模型，根据实测数据拟合出流场分布规律，并对其进行验证和应用。

（二）研究方法本文的研究方法主要采用理论分析和数学模型拟合结合的方法。

首先，对堤坝管涌和渗漏的机理和特性进行理论分析，得出其特征参数。

然后，根据实测数据和理论分析结果，选取适合的数学模型，从中选择合适的算法进行拟合，得出流场分布规律。

最后对模型的精度和实际应用性进行评价。

三、研究预期目标（一）研究预期成果通过本文的研究，预期达到以下成果：1.针对堤坝管涌和渗漏流场的特点，提出了一种新的拟合方法。

2.建立了一种适合堤坝管涌和渗漏流场特性的数学模型，并进行了实测数据的拟合和验证。

3.对所建立的数学模型进行了精度和实际应用性的评价。

（二）研究预期应用本文的研究成果可以广泛应用于各类水电站的管涌和渗漏预测和监测中，有助于提高水电站的安全性和稳定性，也有助于提高水电站的生产效率。

考虑变量滞后性的LSTM大坝变形安全监控预测模型

考虑变量滞后性的LSTM大坝变形安全监控预测模型郁怀光;顾冬;徐乐意;侯回位【期刊名称】《安徽工业大学学报:自然科学版》【年(卷),期】2023(40)1【摘要】为进一步提升大坝变形的预测精度,充分反映外部环境变量对大坝变形影响的滞后性,考虑影响大坝变形的变量时间滞后效应,利用长短期记忆(long short-term memory,LSTM)网络算法,提出一种考虑变量滞后性的改进LSTM的大坝变形预测模型。

将输入数据分为通过LSTM存储块的延迟变量和不通过存储块的无延迟变量,使模型在物理解释上更合理;为提高预测模型的非线性表达能力,增加第二个隐藏层,使时间效应量等无延迟变量在最后一个时间步可直接使用,不需进行复杂的转换形成原始输入时所需的子序列;结合具体案例计算验证改进模型的可靠度和精度。

结果表明:改进LSTM模型的平均绝对误差(MAE)、均方误差(MSE)较LSTM 模型分别降低了11.94%,25.60%,具有更高的预测精度;改进模型的预测残差正负分布范围较LSTM模型小,预测值整体在实测值附近变化。

改进LSTM模型的预测结果优于LSTM模型,能更合理地对大坝变形进行预测。

【总页数】8页(P89-96)【作者】郁怀光;顾冬;徐乐意;侯回位【作者单位】南京市水利规划设计院股份有限公司;西北勘测设计研究院有限公司;河海大学水利水电学院【正文语种】中文【中图分类】TV642【相关文献】1.基于LSTM-Arima的大坝变形组合预测模型及其应用2.基于EEMD-LSTM-MLR的大坝变形组合预测模型3.基于AAFSA-LSTM的大坝变形预测模型4.基于EMD-EEMD-LSTM的大坝变形预测模型5.大坝变形的XGBoost-LSTM变权组合预测模型及应用因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

某水电站大坝地下水位监测数据滞后性分析

某水电站大坝地下水位监测数据滞后性分析摘要：为了解大坝地下水位和坝基产生的孔隙水压力，和大坝运行期间的渗流状态及坝身稳定，以确保大坝安全，需要进行孔隙水压力观测。

我们通过对某水电站土石坝安装的安全监测仪器进行研究，并结合水库蓄水期间监测数据进行分析，绘制出库区水位和渗透压力之间的线性关系，得出渗压计在监测大坝渗透压力过程中存在时间滞后性，对安全监测数据分析具有参考价值。

关键词：安全监测蓄水渗透水压力滞后性0引言某水电站大坝坝型为粘土心墙堆石坝，坝基铺设有5m垫层混凝土，坝底高程为965m，坝高54m，坝顶高程1019m，在大坝施工填筑期间，按照设计安装振弦式渗压计和立管式渗压计等安全监测仪器，目的是对大坝运行期间渗压渗流状态进行监测。

立管式渗压计是通过在坝体内垂直安装PVC管，利用电测水位计直接测量计算出坝后水位高程的监测设施，可以作为坝基渗透系数分析的依据。

振弦式渗压计的压强变化是通过孔隙水压力或一些设备去激发的测量原理。

当水库蓄水后，在水压力的作用下，水体可以通过岩石或土壤渗透并抬高仪器部位的水位，可造成渗透水压力改变，当库区水位稳定后，渗压计自身也会去达到压力均衡，所需的时间称为静水压力时间差。

1观测仪器布置监测设备的布置是根据工程的重要程度、坝体尺寸、坝体结构、地质条件及施工工艺的情况确定。

该水电站大坝坝轴线前、坝后和坝基均布置一个渗压计，在粘土心墙填筑碾压过程中，在心墙内下游不同高程均布置渗压计，坝后ZONE3区分别布置两个测压管，具体布置图如图1-1所示：图1-1 某水电站大坝安全监测仪器布置图2渗压计工作原理振弦式渗压计可埋设在水工建筑物、基岩内或安装在测压管、钻孔、堤坝和压力容器里，测量孔隙水压力或液体液位的传感器。

主要部件用特殊钢材制造，标准的透水石是用带50微米小孔的烧结不锈钢制成，有利于空气从渗压计的空腔排出，振弦式渗压计结构示意图下图2-1所示：图2-1 振弦式渗压计结构示意图振弦式渗压计中不锈钢膜片连接钢弦，当膜片上孔隙水压力变化时引起膜片位移，从而使钢弦张力和振动频率变化，测量钢弦振动频率的变化就可以计算出仪器承受的压强。

大坝渗流信息集成和安全分析的开题报告

大坝渗流信息集成和安全分析的开题报告一、研究背景随着人类社会的发展，水资源利用和水电能源产业的发展不断加快，形成了大量的水库和水电站工程。

这些工程中存在着大坝渗流问题，这是由于大坝建造时对地基和坝体周围环境的影响，导致水渗漏、泥沙侵蚀等问题。

这些问题可能对大坝的稳定性和安全性产生影响，引发严重的安全事故。

因此，解决大坝渗流问题，提高大坝的稳定性和安全性，显得十分必要。

目前，大坝渗流问题研究主要集中在数值模拟和实验研究方面。

数值模拟主要是通过建模模拟流体在大坝内的运动状态和产生的压力、温度、流速等物理量，预测大坝渗流和渗透压分布情况。

实验研究主要是通过试验室和现场实验，对大坝内部的水流情况和地基、岩体等物理属性进行测试分析。

但这些研究方法普遍存在着数据来源分散、数据格式不一、缺乏综合分析等问题，因此需要进行大坝渗流信息集成和安全分析的研究。

二、研究目的本研究主要旨在实现大坝渗流信息的集成和分析，以提高大坝的稳定性和安全性，具体目的如下：1.构建大坝渗流信息集成平台，实现大坝渗流信息的快速采集、存储、管理和查询。

2.开发大坝渗流信息分析工具，对大坝内部的水流情况和地基、岩体等物理属性进行集成和分析。

3.对大坝渗流信息进行综合分析，提取大坝渗流的规律和特征，以及渗透压和地表变形等方面的信息。

4.构建大坝安全性评价模型，基于采集到的大坝渗流信息，对大坝的稳定性和安全性进行评价。

三、研究内容1. 大坝渗流信息的采集和集成根据大坝状况和渗流特点，选择合适的传感器、监测设备和数据采集系统，对大坝内部的水流情况和地基、岩体等物理属性进行实时监测和数据采集，实现大坝渗流信息的集成。

2. 大坝渗流信息的分析和提取针对采集到的大坝渗流数据，对其进行预处理和分析，提取其中的流速、水位、渗透压和地表变形等信息，建立大坝渗流信息分析模型。

3. 大坝渗流信息的综合分析通过综合分析采集到的大坝渗流信息，提取大坝渗流的规律和特征，对大坝渗透压和地表变形等情况进行分析和预测，并提高大坝的水电生产效益和安全性。

基于PSO-SVM的大坝渗流监测时间序列非线性预报模型

基于PSO-SVM的大坝渗流监测时间序列非线性预报模型姜谙男;梁冰
【期刊名称】《水利学报》
【年(卷),期】2006(037)003
【摘要】大坝渗流监测分析是大坝安全监控的重要内容,预测分析的难点之一在于渗流监测数据往往具有复杂的非线性特点.本文充分利用支持向量机的结构风险最小化与粒子群算法快速全局优化的特点,采用粒子群算法快速优化支持向量机的模型参数,通过该模型对非线性监测数据进行拟合,建立了基于PSO-SVM的大坝渗流监测的时间序列非线性预报模型.本模型应用于隔河岩水电站的坝基渗流量的预测,计算结果与实际监测值吻合良好.
【总页数】5页(P331-335)
【作者】姜谙男;梁冰
【作者单位】辽宁工程技术大学,力学与工程科学系,辽宁,阜新,123000;大连海事大学,交通工程与物流学院,辽宁,大连,116026;辽宁工程技术大学,力学与工程科学系,辽宁,阜新,123000
【正文语种】中文
【中图分类】TV223.4
【相关文献】
1.基于主成分分析与BP神经网络模型的大坝渗流监测资料分析 [J], 田伟;魏光辉;高强
2.基于ANFIS的大坝渗流监测数据处理和安全预报 [J], 丁光彬;宿辉;李彦军;简新平
3.非线性时间序列门限自回归模型在环境空气质量预报中的应用 [J], 潘磊;沙斐
4.非线性时间序列预报的隐多分辨ARMA模型 [J], 高伟;田铮
5.基于PSO-SVM非线性时序模型的隧洞围岩变形预报 [J], 姜谙男
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西泉眼水库渗漏原因分析及防渗措施研究

［收稿日期］０７８０２０ —０ —２［作者简介］曲洪雷（９８一）男，１７，黑龙江密山人，士研究生，硕助理工程师；兰朝臣（９０一）男，１８，黑龙江青冈人，助理工程师；
赵士成（９０一）男，龙江牡丹江人，理工程师。１８，黑助・
合规范要求，大坝长期渗流稳定不利。对
表１坝体浸润线与孑隙水压力测压管相关分析成果表Ｌ
水库两次经历高水位运行后（９９年５月１库水位达１９２，到２０１ｍ，过兴利水位０２ｍ，１．５超．５并在兴利水位以上运行持续时间２ｄ２０年５月１，７；０１２库水位达到２９２ｍ，在兴利０．５并水位以上运行持续时间１ｄ，１）发现０＋１４０＋１４两个断面６、８心墙下游坝基测压管水位异常升高。自２０年严冬季节开始，洪道两侧边墙后回填碎石０１溢料部位出现冒水蒸汽和坡面挂霜现象。从相关分析成果及测压管水位过程线看，坝基测压管水位变化与库水位变化的相关性较明显，而坝体浸润线压管水位变化与库水位变化几乎没有相关性。西泉眼水库大坝水位与库水位相关分析成
果见表１。
当库水位从正常蓄水位２９９ｍ到校核洪水位０．０２４２ｍ时，１．３渗流量为１．８—１．９ｍ－。大致以坝长１９４９ｍ／ｄ４０５ｍ计，０．６大坝日渗漏量约为４８０～０ｍ，渗漏量为０６Ｏ０年１５２～２９ｍ，库渗漏损失量不容忽视。７．１万水

洪涝灾害下堤防非稳定渗流的模拟及探究

洪涝灾害下堤防非稳定渗流的模拟及探究作者：陈初阳章茜张海阔夏兵兵来源：《科学与财富》2015年第33期摘要：洪涝灾害自古以来就是人类社会发展不得不面对的一大难题，它是包括中国在内的全世界范围内造成损失最严重、危害最大的自然灾害。

当洪水来临时，江河水位短时间内高涨，堤坝土体的渗流与渗透变形特性发生改变，因此有必要建立合理的模型对大坝的渗流进行监测和预报，以保证大坝的安全运行和人民的生命财产安全。

关键词：非稳定渗流；滞后性；模拟自公元345年始筑荆江大堤以来的1600多年间，洪灾频繁，给人民的生命和财产造成了巨大损失[1]。

2013年夏，黑龙江省嫩江、松花江、黑龙江、乌苏里江四大流域洪水齐发，洪水量级之高，来势之猛，影响范围之广，破坏性之强，受灾程度之重，持续时间之长，历史罕见。

造成黑龙江省916个乡受灾，受灾人口541.59万人；农作物受灾面积2 654千公顷、成灾面积1 850千公顷；多处砂基堤防溃口。

据不完全统计，此次黑龙江省的洪涝灾害共造成直接经济损327.47亿元。

其中，堤防等水利工程水毁的直接经济损失30.73亿元[2]。

显而易见，洪涝灾害给人民的生命健康及财产物资等方面都带来了不可估量的损失，而大范围水库、堤坝等堤防工程的兴起在防洪抗涝，保障人民生命健康、财产安全及维持社会经济的可持续发展方面起到了尤为重大的作用。

水库、堤坝等堤防工程竣工蓄水后，由于地下水渗流的作用，将遭受到一定的安全威胁。

当洪水来临时，江河水位短时间内高涨，作用在堤坝或者地基土体上的水头也随之变动，土体的渗流与渗透变形特性也与静水情况下有所不同，水位和降雨对大坝渗流有一定的滞后效应，汛期的水位和降雨复杂多变，因此，堤防工程安全性的研究工作具有重要的经济和社会意义。

主要在前人的研究上，通过室内试验槽模拟上游水头变动下各类土体中水压力传递的变化；并对其变化规律进行分析研究，得出上游水头变化与土样中各测点的水头反应有一定滞后时间，而且此传递滞后时间与土质及测点的距离有关。

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ＬａｇｎｇＥｆｅｔａｏｄＣｏｔｏｇｉｆｃｎｄＦｌｏｎｒｌＯｐｅａｉｎｒｔｏ
ＨＪａｇ ’ ＺｅｇＰｎｘａｇｕｎｉｈｎｅｇｉｎ。
（＿ｏｌｅｏａｅｏｓｒａｃｎｄｏｏｒＥｇｎｅｉｇ１ＣｌｇｆｔｒＣｎｅｖｎｙａｄＨｙｒｐｗｅｎｉｅｒ，ＨｏａＵｎｖ，Ｎａｊｇ２０９，Ｃｉａ．ｅＷｎｈｉｉ．ｎｉ１０８ｈｎ；２ｎ
现且摘要：降雨和库水位对大坝渗流表出一定的滞后性和非线性，降雨和库水位之间本身又存
一
复汛期降雨多，理部门需要对水库库容进行防洪调度，管定的耦合关系，流的机理比较杂．渗
动较大．析了水位和降雨对大坝渗流的滞后效应，要介绍分简位变化比较频繁，致汛期渗流波导
ｓｉｂｔｅｎａｎａｌａｄｗａｅｅｌｉｏｌｄ；ｔｒｆｅ，ｔｅｈｉｍａｅｐａｅｉｒｏｐｅｈｐｅｗｅｒｉｆｌｎｔｒｌｖｅｓｃｕｐｅｈｅｅｏｒｈｅｍｃａｎｓｏｆｄｍｓｅｇｓｖｅｙｃｍｌｘ．
ＮａｉｎｌｇｎｅｉｇＲｅｅｒｈＣｅｔｒｏａｅｓｕｃｓＥｆｉｉｎｉｚｔｎ＆Ｅｎｉｅｒｎａｅｙ。ＮａｊｎｔａｏＥｎｉｅｒｎｓａｃｎｅｆＷｔｒＲｅｏｒｅｆｅｔｃＵｔｌａｉｉｏｇｎｅｉｇＳｆｔｎｉｇ
在水了某
ｔｅｒｓｒｏｒｗａｅｅｌｃａｇｅｒｑｕｎｌｈｅｅｖｉｔｒｌｖｅｈｎｓｆｅｅｔｙ；ａｈｌｔａｉｎｏｆｄｍｅｐｇｎｆｏｄｐｅｉｓｌｒ．Ｔｈｅｎｄｔｅｆｕｃｕｔｏａｓｅａｅｉｌｏｒｏｄｉａｇｅｌｇｎｆｅｔｏｔｒｌｖｅｎｄｒｉａｌｏａｓｅｇｅｆｏｗｓａｌｚｄ；ａｈｅｌｇｇｎｇｅｆｃｕｔｏｓｄ — ａｇｉｇｅｆｃｆｗａｅｅｌａａｎｆｌｎｄｍｅｐａｌｉｎａｙｅｎｄｔａｉｆｅｔｆｎｃｉｎｉｅ
第３Ｏ卷
第６期
三峡大学学报（自然科学版）
ＪｏｉａＴｈｅｒｅｉ．ＮａｕａｃｅｃｓｆＣｈｎｒｅＧｏｇｓＵｎｖ（ｔｒｌＳｉｎｅ）
Ｖｏ１３ｏ．ＯＮ．６
Ｄｅ．００８ｃ２
２００８年１２月
基于滞后效应和防洪调度的大坝渗流预测模型研究
Ｔｈａｎｆｌｉｌｏｄｐｅｉｓｈｅｖｙ；ｔｅｅｖｏｒｃｐａｉｙｎｅｓｆｏｏｎｒｐｒｔｏｕｒｎｈｉｒｏｄ；ＳｅｒｉａｌｎｆｏｒｏｄｉａｈｅｒｓｒｉａｃｔｅｄｌｏｄｃｔｏｌｏｅａｉｎｄｉｇｔｓｐｅｉＯ
中图分类号：ＴＶ２３４２．
文献标识码：Ａ
文章编号：６２９８２０）６０１ —４１７ —４Ｘ（０８ｏ —０６０
ＦｏｅａｔｎｇＭｏｅｆＤａＳｅａｅＦｌｗｓｄｏｒｃｓｉｄｌｏｍｅｐｇｏＢａｅｎ
ｓｒｂｄ；ａｄｔｅｆｏｏｅａｔｎｎｌｏｏｔｏｐｒｔｎａｅｂｉｆｙｄｓｒｂｄ；ａｄａｄｎｍｉｎｔｒｎｃｉｅｎｈｌｄｆｒｃｓｉｇａｄｆｏｄｃｎｒｌｅａｉｒｒｅｌｅｃｉｅｏｏｏｎｙａｃｍｏｉｉｇｏｍｏｅｆｄｍｅｐｇｌｗｓｂｉａｅｎｌｇｉｇｅｆｃｎｌｏｏｔｏｐｒｔｎＴａｉｇａｃｒａｎａｃｄｌａｓｅａｅｆｏｉｕｌｂｓｄｏａｇｎｆｅｔａｄｆｄｃｎｒｌｅａｉ．ｏｔｏｏｏｋｎｅｔｉｒｈ
建以汛期水库的洪水预报和防洪调度，立了基于滞后效应和防洪调度下的大坝渗流监控模型．
拱坝为例，汛期内的大坝渗流进了预报，报精度较好．对行预
关键词：坝渗流；滞后效应；防洪调度；模糊神经网络大
２０９１０８，Ｃｈｎ；３ＥａｔＣｈｎｎａｔａｉｎ｛ＤｅｉｎＩｓｉｔ，ＣＨＥＣ，Ｈａｇｈｕ３０１，Ｃｈｎ）ｉａ．ｓｉａＩｖｓｉｔｇｏｓｇｎｔｔｅｕＣｎｚｏ１０４ｉａ
ＡｂｔａｔＲａｎｆｌａｄｗａｅｅｅｈｏｌｇｎｆｅｔａｏｎｌａｎｄａｓｅａｅｆｏ；ａｄｔｅａｉｎ— ｓｒｃｉａｌｎｔｒｌｖｌｓｗａｇｉｇｅｆｃｎｄｎｉｒｏｍｅｐｇｌｗｎｅｎｈｅｒｌｔｏ
胡江郑鹏翔。
（．１河海大学水利水电工程学院，南京２０９；２１０８．河海大学水资源高效利用与工程安全国家工程研究中
心，南京２０９；．中国水电顾问集团华东勘测设计研究院，州３０１）１０８３杭１０４