基于數(shù)據(jù)挖掘的錢塘江河口水沙運動規(guī)律研究.pdf

1、錢塘江河口潮強流急,涌潮洶涌,河床沖淤變化劇烈,是最具代表性的強潮河口。探索與運用錢塘江河口水沙運動規(guī)律,一直是治理和保護該河口的一項重要的基礎(chǔ)性工作。歷經(jīng)幾代人的努力,錢塘江河口水沙運動規(guī)律研究發(fā)展了實測資料分析、數(shù)值模擬計算與河工模型試驗等多種預(yù)測手段并取得了系列的研究成果。近幾年,灰色理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、分形理論、小波分析等現(xiàn)代數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的出現(xiàn),為水沙運動規(guī)律研究提供了新的研究思路與途徑。
　　 論文在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上,

2、利用錢塘江河口大量的實測資料,采用小波分析、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其藕合模型等數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),結(jié)合理論分析、水槽試驗等研究手段,揭示錢塘江河口徑流、涌潮、細(xì)顆粒泥沙起動流速與沉降速度、潮流挾沙能力以及河床沖淤等變化特征與運動規(guī)律,以便為錢塘江河口的整治及重大涉水工程建設(shè)提供技術(shù)基礎(chǔ),主要工作內(nèi)容歸納如下:
　　 (1)基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測模型研究。針對錢塘江涌潮高度、泥沙起動流速、細(xì)顆粒泥沙絮凝沉降速度及潮流挾沙能力與其影響因素之間存在

3、復(fù)雜的非線性關(guān)系,在識別各影響因子與分析訓(xùn)練樣本代表性的基礎(chǔ)上,運用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的最佳函數(shù)逼近性能,建立了基于徑向基函數(shù)(RBF)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測模型。經(jīng)實測與試驗數(shù)據(jù)的檢驗,該類模型均具有較好的泛化能力,并在定量評價各影響因子的貢獻程度中得到了成功應(yīng)用。
　　 (2)基于小波分析的水動力與河床沖淤的長周期特性研究.依據(jù)長系列的水文與地形資料,在分析復(fù)Morlet小波函數(shù)基本特性的基礎(chǔ)上,選用該小波對標(biāo)準(zhǔn)化序列進行了小波變換,根據(jù)小波變換

4、系數(shù)與小波方差,揭示了錢塘江河口年徑流、潮差、沙坎高程以及河床容積的變化過程伴隨著21a左右的顯著周期,預(yù)計2010年以后,該河口徑流將轉(zhuǎn)入偏豐期。并以顯著周期為紐帶,提出了錢塘江河口水沙運動的長周期演變模式。
　　 (3)涌潮高度對影響因素與治江縮窄工程的響應(yīng)研究。通過涌潮高度的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,結(jié)合正交試驗設(shè)計理論,定量地分析了各因素與大規(guī)模治江縮窄工程對涌潮的影響程度,結(jié)果表明,涌潮高度與下游潮汐呈正相關(guān)關(guān)系,而與河道地形呈負(fù)

5、相關(guān)關(guān)系,當(dāng)徑流流量小于7000m3/s時,涌潮高度隨徑流增大而增大,超過此范圍后,則隨徑流增大而減小.大規(guī)模治江縮窄后,涌潮沿程強度分布趨于穩(wěn)定,在順直江道條件下,鹽官涌潮高度減小了0.17m,而彎曲江道,則增大了0.39m。
　　 (4)細(xì)顆粒泥沙起動流速、沉降速度與潮流挾沙能力的經(jīng)驗公式研究。基于大量的水沙實測資料與試驗數(shù)據(jù),通過量綱分析與多元回歸率定相關(guān)參數(shù),建立了適合于錢塘江河口水流特性的細(xì)顆粒泥沙起動流速、沉降速度與

6、潮流挾沙能力的經(jīng)驗擬合公式.經(jīng)實測與試驗資料檢驗,公式具有良好的擬合精度與應(yīng)用范圍。此外,文中還提出了從非恒定實測水沙過程中提取泥沙起動流速與潮流挾沙能力的方法。
　　 (5)基于小波分析與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的河床容積預(yù)報模型研究。針對河床容積變化具有趨勢性、周期性和隨機性的特點,在小波分析將時間序列分解成若干細(xì)節(jié)序列和背景序列的基礎(chǔ)上,結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),建立了錢塘江河口河床容積的預(yù)報模型。經(jīng)實測資料檢驗,最優(yōu)的預(yù)報模型(方案6),其