Comparison of Advection-Diffusion Models and Neural Networks for Prediction of Advanced Water Treatment Effluent

An artificial neural network (ANN) can help in the prediction of advanced water treatment effluent and thus facilitate design practices. In this study, sets of 225 experimental data were obtained from a wastewater treatment process for the removal of phosphorus using oven-dried alum residuals in fixed-bed adsorbers. Five input variables (pH, initial phosphorus concentration, wastewater flow rate, porosity, and time) were used to test the efficiency of phosphorus removal at different times, and ANNs were then used to predict the effluent phosphorus concentration. Results of experiments that were conducted for different values of the input parameters made up the data used to train and test a multilayer perceptron using the back-propagation algorithm of the ANN. Values predicted by the ANN and the experimentally measured values were compared, and the accuracy of the ANN was evaluated. When ANN results were compared to the experimental results, it was concluded that the ANN results were accurate, especially during conditions of high phosphorus concentration. While the ANN model was able to predict the breakthrough point with good accuracy, the conventional advection-diffusion equation was not as accurate. A parametric study conducted to examine the effect of the initial pH and initial phosphorus concentration on the effluent phosphorus concentration at different times showed that lower influent pH values are the most suitable for this advanced treatment system.     

洪水作用下汽车的起动流速研究

针对洪水作用下汽车的起动条件开展了一系列的研究:首先分析部分淹没状态下汽车的受力情况,结合滑动平衡的临界起动条件建立相关方程,导出了洪水中汽车起动流速公式;然后在室内水槽中对三款模型车进行了一系列的起动试验。试验结果表明:对于同一款模型车,平行于水流方向放置时,起动流速与水深的相关性较好;并且水深越大,起动流速越小。接着运用试验资料率定了起动流速公式中的相关参数。最后采用模型相似率及率定后的计算公式估算了原型车辆在不同水深下的起动流速,两种方法所得的结果较为接近,故预测结果较为可靠。     

泥石流危险度的改进集对分析模型

泥石流危险度的正确评估是泥石流灾害治理和工程措施的基础,但泥石流危险度评价是一个极其复杂的不确定性问题.基于集对分析理论,探讨了泥石流危险度的集对分析改进新方法,即基于样本评价指标实测值与讨论泥石流标准危险度类别间的接近程度,判别集对同异反,进而应用模糊联系度的概念挖掘样本与讨论类别相邻类别的集对同异反有效信息,以综合定量分析样本的危险度,从而提高评价结果的町靠性和准确性.实例应用及与其他方法对比结果表明,基于改进的集对分析方法来评价泥石流危险度是有效可行的,町以取得理想的结果,且操作简单.     

国产粘性阻尼器的实索减振试验研究

在拉索上附加耗能减振阻尼器是斜拉索振动控制的主要手段之一,而拉索在附加非线性粘性阻尼器后的阻尼特性尚未见试验研究报道。本文对一种国产非线性粘性阻尼器进行了实索减振试验。在工厂内张拉一根长215.58 m的拉索,利用人工激振拉索至一定振幅后测得的振动衰减的位移时程曲线,计算了空索及拉索—阻尼器系统前三阶模态的对数衰减率值;同时也测量了阻尼器工作时的阻尼力。试验结果表明,空索的内阻尼值很小,可忽略不计;而拉索—阻尼器系统的对数衰减率值则与振幅相关。试验测得拉索—阻尼器系统的前三阶模态的对数衰减率均值达到了0.04,可以有效地抑制拉索的振动。将实测对数衰减率平均值与理论计算对数衰减率最大值比较,得到拉索减振设计时可采用的阻尼器效率系数。     

钢筋混凝土结构构件局部地震损伤多尺度监测方法

提出一种结构局部地震损伤过程的多尺度监测方法。首先,在混凝土材料尺度上,针对混凝土材料细观随机性影响问题,基于压电智能骨料进行混凝土压应力监测,通过试验方法建立了混凝土损伤全过程中压电智能骨料应力与混凝土宏观应力的概率统计关系;其次,在截面尺度上,基于MEMS倾角仪转动监测方法,提出混凝土压弯构件截面曲率的监测方法,并通过试验验证了该方法的可行性;最后,在构件尺度上,提出基于转动积分的层间变形监测方法并给出了转动监测位置的设计原理,通过构件试验验证了该监测方法的可靠性。     

苏州地面沉降区土层微观结构和宏观力学性质分析

地面沉降是苏州地区主要的地质灾害之一,由于长期开采地下水,该地区地面沉降不断加剧,制约了经济发展。结合土体微观结构定量分析和宏观力学性质试验,探索地面沉降问题的微宏观机制。以苏州地面沉降区200m的钻孔土样为研究对象,开展了快速固结、液塑限测定等一系列土工试验。采用冷冻干燥法获取各土层的SEM图像,使用PCAS分析软件对土样进行微观结构分析并在钻孔中布设FBG光缆进行持续性土层应变监测。结合液、塑限试验,快速固结实验数据,微观结构定量分析结果与光纤监测数据,得出以下结论:沉积土层的含水率,液性指数,压缩系数随深度递减;随着深度的增加,土层的定向性由差变好;第二承压含水层土层孔隙大且数量多,压缩潜力强于第三承压含水层,稳定性较差,有必要开展进一步监测研究。     

沟谷泥石流运动过程模型试验

泥石流运动过程是泥石流运动力学核心内容之一.以新疆天山公路K630泥石流为原型,选取几何相似比1:650,推导了泥石流质量、固液两相流速和泥石流冲击力相似比,以流通区为核心,建造了沟谷泥石流试验模型.试验结果表明,泥石流运动具有显著的阵流特性,阵流间隔时间为10s左右,其间嵌套2~3次弱阵现象;阵流期间,泥石流流速和冲击力均较大;从流通区的源头至沟口,流速呈现非线性增大趋势,且泥石流体中固液两相流速变化趋势相似,弯道处泥石流超高现象显著;泥石流运动初期由于泥石流体中固相和液相混和搅拌不均匀而呈现稀性泥石流特征,随后粘性特性增强.这些现象与现场观测结果基本一致.     

大空间内机械排烟效果的实验研究

在一个全尺寸的大空间火灾实验厅内,进行了不同补风口位置和补风口面积下的机械排烟试验.结果表明,由于烟气的温度较低,烟气和补充的空气较易混合,烟气和空气在交界处存在着较强的质量交换.排烟过程中,烟气是边稀释边被排放,很难和空气实现完全置换.低温烟气进行机械排烟时,区域模拟思想不适用,较难将烟气控制在理论高度.补气口位置和面积对烟气排放及火源燃烧状况具有一定的影响.     

中信广场风场特性及风致结构振动的同步监测

通过对广州中信广场在台风“达维”作用下其风场与风致结构振动的现场同步监测，获得了台风风场和结构动力特性，及风致结构振动响应等相关结果。通过对现场测试数据的分析，验证了湍流强度随平均风速增大而减小和阵风因子随湍流强度增大而增大等规律，实测的脉动风速谱与von Karman谱亦很吻合。同时通过对中信广场加速度响应与平均风速关系分析得出，该高层建筑物的顶部风速即使处于低中风速范围时，其横风向响应已接近于顺风向响应。根据实测风振加速度数据，对结构动力特性（频率及阻尼比）进行了识别，采用随机减量方法求得了结构在两个主轴方向第一振型阻尼比与振幅的非线性关系。     

地震危险性灰色关联度分析

将地震现象视为一内部信息部分已知、部分未知的灰色系统，表征强震发生前地震危险性的指标值实际上是灰数。据此应用灰色关联度分析的方法对我国的昭通、松潘、兰州、苏鲁交界处和长江口地区进行了多因素的地震危险性评价和预测，并将其结果与模糊数学方法所得的结论进行了对比。     

Practical Implementation of New Particle Tracking Method to the Real Field of Groundwater Flow and Transport

In articles published in 2009 and 2010, Suk and Yeh reported the development of an accurate and efficient particle tracking algorithm for simulating a path line under complicated unsteady flow conditions, using a range of elements within finite elements in multidimensions. Here two examples, an aquifer storage and recovery (ASR) example and a landfill leachate migration example, are examined to enhance the practical implementation of the proposed particle tracking method, known as Suk's method, to a real field of groundwater flow and transport. Results obtained by Suk's method are compared with those obtained by Pollock's method. Suk's method produces superior tracking accuracy, which suggests that Suk's method can describe more accurately various advection-dominated transport problems in a real field than existing popular particle tracking methods, such as Pollock's method. To illustrate the wide and practical applicability of Suk's method to random-walk particle tracking (RWPT), the original RWPT has been modified to incorporate Suk's method. Performance of the modified RWPT using Suk's method is compared with the original RWPT scheme by examining the concentration distributions obtained by the modified RWPT and the original RWPT under complicated transient flow systems.     

泥石流起动的突变学特征

泥石流起动是泥石流发生、发展、成灾全过程中的关键环节,起动规律是泥石流预测预报和灾害防治的理论基础。对建立在实验基础上的泥石流起动条件进行适当变换,得到泥石流起动势函数,它符合尖点突变模型。进一步分析,发现准泥石流体起动时具有突变、缓慢和过渡状态等多条路径,并在起动临界点附近具有发散性和模态软化等性质。根据这些起动特性提出的单沟泥石流预测方法以及通过调控准泥石流体起动条件使之不起动,达到泥石流灾害治理防患于未然的新途径,已在泥石流防治中取得了实效。     

便携式户外消谐器带电短接装置的研制

变电站系统容性电流现有测试方法为电压互感器开口三角绕组异频信号注入法, 使用该方法测量户外中性点非有效接地系统母线容性电流时,首先需要将母线电压互感器转为检修状态,再采用人工短接的方式将其高压侧中性点所接消谐器退出运行。当系统主接线为单母分段或双母线时,该方法测试所需停电步骤大幅增加,导致测试效率严重降低。 针对上述问题,研制了一款便携式户外消谐器带电短接装置,实现在设备不停电状态下测试母线容性电流。该装置的使用,从根本上避免了户外母线容性电流测试过程中频繁的倒闸操作,使测试步骤大幅度降低,极大地提高了现场测试效率,该装置具有广泛的推广价值。     

示踪法测量坡面水流速度理论缺陷分析

示踪法需对经验系数进行修正才能得到水流速度;而经验系数受多种因素的影响,在不同的条件下如何使用,有较大的随意性。对溶质运移数学模型解析解的分析发现,由溶质浓度在观测点达到最大值的时间计算得到的速度无法推算出实际水流速度,以此为基础的染色示踪法或盐液示踪法存在着理论上的缺陷。溶质的弥散系数对示踪法测量水流速度也有较大的影响,弥散系数越大,质心到达观测点的时间与浓度最大值到达该点的时间偏离越远。在实验测量中,泥沙含量对经验系数影响较大,这可能是其影响弥散系数的结果;理论上水流速度增大使经验系数增大,但在实验测量中不同泥沙含量下水流速度对经验系数的影响并不显著,因此在修正经验系数时必须考虑水流中的泥沙含量和其它水质差异。     

电力供应系统地震安全性优化控制研究

在深入研究电力供应系统潮流分布特性、发电机出力和成本曲线特性、电力系统地震安全性分析与控制的基础上,将安全约束最优化控制算法运用于电力供应系统地震安全性控制中。通过对算法的网络线性分析模型、发电机出力约束条件、线路潮流约束条件和目标函数的深入研究,得出该算法的实施过程;而后,结合供电系统潮流分析的快速解耦法、安全性分析的灵敏度安全性分析法和本文的安全约束最优化控制算法,编写了相应的Fortran和Matlab计算程序,该程序能在较短的时间内计算出调度控制措施和调度费用;最后,通过一个实际算例的分析与计算,验证了该算法的实用性和优越性。本文工作可为震后供电系统功能快速恢复,减少供电系统经济损失,使系统功能得到最大发挥提供理论分析依据,具有很大的现实意义。     

光纤布拉格光栅传感器在钢架结构健康监测中的应用研究

光纤布拉格光栅(FBG)传感器凭借其体积小、灵敏度高、耐腐蚀、抗电磁干扰、分布或者准分布式测量、可实现远距离的监测与传输等优点,在土木工程健康监测中得到日益广泛的应用。本文在光纤布拉格光栅(FBG)传感器的传感原理、标定试验研究基础上,讨论了利用FBG传感系统监测钢架结构在冲击荷载作用下的应变和加速度的可行性;同时利用ANSYS有限元分析软件建立了适用于结构分析的有限元模型,对钢架结构进行了详细的仿真分析计算,最后对理论计算结果及实测结果进行了详细的对比分析,所取得的结果比较接近。研究表明,光纤布拉格光栅传感器可以很好的测量钢架结构的动态响应。     

Social network characteristics and resource access among formerly displaced households in Lira,Uganda

In rural African communities, the support of extended family, friends, and neighbours is essential in borrowing or leveraging land, labour, food, and money, especially at times of social and financial turmoil. Little is known, though, about the nature of the networks and the conditions under which they may generate greater support in post‐conflict communities. This study, conducted in the Lira district of northern Uganda, examined the composition, proximity, and size of the networks that households utilise to gain access to resources during and after resettlement. Network structures with more kin and co‐resident ties were found to offer greater resource access to households in post‐conflict settings. Furthermore, there was a lack of meaningful linkages outside of a person's own village, especially with regard to households whose head has no or a low level of education. These findings enhance understanding of the specific role of relationships in social support for resource access among households in post‐conflict communities.     

土石坝管涌溃坝过程数学模型及应用

通过国内外土石坝管涌溃坝模型试验发现,管涌通道断面在溃坝过程中呈现城门洞形,并不断发展扩大直至坝顶发生坍塌。而目前常用的管涌溃坝过程数学模型大多假设管涌通道为圆形或矩形,与实际情况不符。基于土石坝管涌破坏机理,提出一个土石坝管涌溃坝过程数学模型,模型假设初始管涌通道断面为底部正方形顶部半圆形的城门洞形,采用基于水流剪应力的冲蚀公式模拟冲蚀过程管涌通道两侧边向外的发展,采用普罗托季亚科诺夫压力拱理论模拟管涌通道顶拱的发展;通过比较管涌通道上部坝体的重力与管涌通道两侧土体的抗剪强度判断管涌通道的垮塌,分别选择孔流和堰流公式模拟管涌通道坍塌前后的溃口流量;当管涌通道坍塌后,假设坍塌的土体立刻被溃坝水流带走,随后发生漫顶破坏,使用极限平衡法模拟漫顶溃坝过程中的溃口边坡稳定性。模型采用按时间步长迭代的数值计算方法模拟溃口的水土耦合过程,选择国内外25个具有实测资料的土石坝管涌溃坝案例对模型进行验证,比对峰值流量、溃口最终宽度及溃坝历时等参数发现,模型计算结果与实测值的相对误差可满足工程需求,验证了模型的合理性。     

煤层群多重开采上保护层防突研究

针对目前煤层群开采所面临的瓦斯灾害问题,基于一般的保护层开采理论,对煤层群中多重保护层开采进行分析研究,并对同组煤层的多重上保护层开采进行现场试验,通过多参数的考察,对保护效果、保护范围和合理参数进行了综合分析,确定所进行的煤层群开采消除突出危险效果显著,完善了保护层开采的基本理论。研究成果对于对类似开采条件的矿井防治煤与瓦斯突出及瓦斯综合治理具有一定参考价值。     

不同容重的泥石流淤积厚度计算方法研究

泥石流的淤积厚度是泥石流灾害评估和防治的最重要的参数之一,但迄今还没有较好的方法计算不同容重的泥石流淤积厚度。本文通过研究泥石流屈服应力的特点,提出了用地区参数和泥石流体积浓度来计算泥石流屈服应力,进而计算泥石流淤积厚度的方法。采用本文方法计算已发生泥石流地区不同容重泥石流的淤积厚度,可以很好地应用于泥石流灾害评估和防治。