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日志

超越概率与n年一遇

已有 1808 次阅读2012-7-9 16:03 |个人分类:探索发现| 超越, 概率

                                  超越概率与n年一遇   

       在抗震设计中,常会碰到超越概率这个概念,如基本烈度为在50年期限内,一般场地条件下,可能遭遇的超越概率为10%的地震烈度值;多遇地震烈度是指在50年期限内,一般场地条件下,可能遭遇的超越概率为63%的地震烈度值;罕遇地震烈度为在50年期限内,一般场地条件下,可能遭遇的超越概率为2%~3%的地震烈度值;设计基本地震加速度为50年设计基准期超越概率10%的地震加速度的设计取值等。在媒体的报道中,则常会碰到n年一遇的说法,如三峡水坝可以抵御千年一遇的洪水;某地发生百年一遇的洪水等。其实这两个概念是以概率理论为基础的设计理论中常会碰到的重要概念,它们实际上是一个事件的两种不同的描述方法,存在一一对应的关系,如50年超越概率为63%相当于50年一遇;50年超越概率为10%相当于474年一遇;50年超越概率为2~3%相当于1600~2500年一遇。

       那么具体怎么换算呢?这得从地震活动性的随机过程描述模型说起。

      描述地震活动性的随机过程模拟有很多,但目前应用最广泛的是泊松分布模型。泊松分布模型有三个基本特点:

1.独立性。亦即未来一段时间内事件是否发生与过去一段时间内事件是否发生无关。如今年是否发生地震与去年是否发生地震无关;

2.平稳性。亦即只要区段相等,则事件发生的概率与区段所处的位置无关,而仅与区段的大小有关。若所说的区段是指时间区段,则称这种性质为平稳性;若指空间区段,则称为均匀性。如某地区10年内发生地震的概率,无论这10年是在1900年~1910年还是2000年~2010年,都一样,只有时间间隔不同,如10年内与20年内相比,发生地震的概率才会不同;

3.不重复性。亦即事件集中在某一时间或空间发生的概率很小。如某一地区平均每年发生8级地震的概率为2%,则该地区一年内会发生2次8级地震的可能性很小,可以认为其概率几乎为0。

    在t年内,某地区发生n次地震(不管震级大小)的概率P(n),可用泊松分布表达如下:

P(n)=(vt)^n*exp(-vt)/n!

由上式易知,在t年内,某地区都不发生地震的概率为:

P(0)=(vt)^0*exp(-vt)/0!=exp(-vt)

则该地区在t年内至少发生一次地震的概率(此即为超越概率)为:

F(t)=1-P(0)=1-exp(-vt)

其概率密度f(t)为:

f(t)=F'(t)=vexp(-vt)

以上v为某地震年平均发生的概率,它与重现期T0为倒数关系,即:

T0=1/v

于是易得重现期T0与超越概率F(t)的关系为:

T0=1/v=-t/(ln(1-F(t))

由上式即可算出事件某时间段内各种超越概率的重现期。如t=50年,超越概率F(t)=10%的地震,其重现期为T0=474年。

以上给出的地震概率模型,仅关心地震是否发生,而不管震级M的大小。经对大量地震历史数据分析表明,震级M实际与地震年均发生的次数N存在一定的关系,常用下式表示:

N=exp(a-bM)或lnN=a-bM

a,b为经验常数。

震级M有着与地震发生的时间间隔t类似的概率分布,即其分布函数F(M)为:

F(M)=1-exp(-b(M-M0))

其分布密度f(M)为:

f(M)=b*exp(-b(M-M0))

M0为震级下限。如可监测到的震级为3级,则可取M0=3。

 

 


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发表评论 评论 (21 个评论)

回复 海天渔歌 2012-7-17 10:03
在工程风险分析中,对小概率事件(如地震震级、飓风强度、暴雨强度、洪水水位等)通常采用重现期这一概念来表示事件发生的大小。

以地震为例,我们用随机变量X表示某一特定区域每年发生的最大地震震级。假设X服从某个随机概率分布F(x),那么,对于某一个给定的地震强度x, 其年超越概率,即震级超过x的可能性为 q=1-F(x)。因此,N = 1/q. 也就是说,如果是一个百年一遇的地震,那么说明,这个地震强度的年超越概率是0.01.
回复 海天渔歌 2012-7-17 10:05
我国海港工程设计波浪的重现期标准
  用概率论方法来推求按某一重现期设计波浪设计的建筑物在使用年限内可能遭受破坏的概率,称为危险率(遭遇概率),以q表示。
  在m年中出现的波浪均小于Hp的概率为F,称为安全率。
F=(1-P)^m
  既考虑工程使用年限(工程寿命)m,又指定在使用年限内工程的破坏风险,则可推得所需要的设计波浪重现期T。
T=1/P=[1-(1-q)^1/m]^-1
回复 海天渔歌 2013-1-22 16:20
[中医学养生学中阴阳平衡理论的数学分析新方法阴阳平衡方程式]
阴阳排列组合的公式:
【口诀】: 阴为阴中阳,阳为阳中阴;阴中有阳,阳中有阴;以阳压阳见真阳,以阴压阴见真阴。
【公式】:【真】=【阴】+【阳】,数学概率1=P(-)+P(+)- P(-∩+) 。
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回复 海天渔歌 2013-3-27 10:48
亦称系统分析,对所研究的系统建立数学模型,然后把一种数学分析方法应用于此模型求解,再把解得的结果应用于对原系统的说明。系统分析与传统的应用数学的区别在于,被研究的系统里经常包括人在内。分析结果应用于有人的系统中,便增加了问题的复杂程度。因此,模型的建立,以及对分析结果的解释,依赖于丰富的经验,即对系统的深入的理解。
回复 海天渔歌 2013-3-27 10:58
遭遇状况:
基准期N年内,
罕遇2%相当于49.5N年一遇;
多遇10%相当于9.5N年一遇;
常遇63%相当于N年一遇。
回复 海天渔歌 2013-5-7 17:42
生命DNA双螺旋结构,蕴藏着黄金分割规律,将其概率分布原理应用在均衡点位置。根据《易》的阳爻数变化规律,结合客观环境条件、科技发展状况,可以预测人生命的寿命界限:
天寿192岁(毫无条件限制,享尽天年),
命寿119岁(利用条件充分,自命不凡),
常寿73岁(发挥条件通常,自然平凡)。
回复 海天渔歌 2013-5-13 16:32
著名的中国科学院院士翁文波教授在栽培石榴花过程中提出的生命能量公式:
          Q(t)=At^ne^-t
       这个公式表明,假设一个事件在时间t的变化过程中其生命能量函数Q正比于t的n次方兴起,那么随着时间的延续,Q也将随着负指数函数e-t而衰减。这是一个用来计算生命能量体系有限的系统,从兴起到衰亡的数学表达式。
    中国科学院石油天然气研究部门,利用翁文波教授的这个公式,来计算中国石油天然气储藏量,取得了相当准确地的结果。为什么会这样呢?翁文波教授在栽培石榴花的过程中,每天都测量石榴花生长高度的变化,“高度”变化,从数量这个侧面,反映了植物生命成长发育与衰落的全过程。同样的道理,石油天然气虽然是无生命物质,但他的储藏量,一经开采,就要受到生产和利润等因素的控制,而具备了“生命”要素。
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回复 海天渔歌 2013-7-22 08:20
因为预知是一种生活品质,甚至是一种生命保障。这是一个“天有不测风云”与“天有 可测风云”并存的年代。预测科学,仅仅提供了一种概率较高的可能性,而非必然性。
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回复 海天渔歌 2013-9-9 16:46
合理计算极端设计潮位是制订海岸防护标准的重要内容之一。传统的单因素极端设计水位计算方法,往往忽略了多种致灾因素的联合作用。现有的天文潮与风暴潮增水的组合方法,未能把天文潮与风暴潮增水当作相关的事件来考虑;而联合概率法,也未能分别选取各自最适合的边缘分布类型进行概率组合计算。二维联合概率模型的研究是海洋工程设计标准研究中的难点。本文以长期观测资料为基础,借鉴二维正态分布的研究成果,运用了正态分布等价转换的思想实现了具有不同边缘分布的二维变量的联合概率等价计算。考虑风暴增水与天文潮之间的相关性,分析工程所在海域风暴增水与天文潮特征,选取各自最适合的边缘分布进行联合概率计算,根据概率与概率密度相等的近似假定,提出了等效二维分布,并依此确定极端设计潮位。通过采用不同边缘分布,组合得到具体的二维分布模型,根据统计分析,给出海岸工程设计所需要的极端水位,供设计部门选用。
本论文转载于论文天下:http://www.lunwentianxia.com/product.sf.3351992.1/
回复 海天渔歌 2013-11-15 10:58
联合国,明确认定了出生性别比的通常值域为102~107之间,其他值域则被视为异常。是指活产男婴数与活产女婴数的比值,通常用女婴数量为100时所对应的男婴数来表示。正常情况下,出生性别比是由生物学规律决定的,保持在103—107之间。
    人体的细胞内有23对总共46条染色体。其中22对染色体男女相同,只是剩下的一对染色体男女不同:男XY,Y染色体的概率1/46;女XX,Y染色体的概率0/46。因此决定男女性别的Y染色体,呈现概率为1/46*0.618=0.01343(根据黄金分割原理的最佳状况0.618),即
男性的概率为0.5-0.01343=0.48657
女性的概率为0.5+0.01343=0.51343
因此男女自然生产的性别,符合事实情况男女1:1.05520。
男女同样都具有46条染色体。男女性别的差异,仅在于X染色体和Y染色体的组合不同。
日本统计结论:
男性569559/(569559+541162)=0.51278,
女性541162/(569559+541162)=0.48722。
男女1:1.05246
根据基因规律,从染色体组合概率分析的结论:自然生育的男女性别比1:1.05520(根据本人研究成果的生命自然兴衰规律的概率关系公式:P(L,T)=1-e^(-L/T),其可能性最大值P=0.63212,与黄金率最佳值0.618有一定统计差异,经同样方法计算男女性别结果1:1.05652),属于正常状况。
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回复 海天渔歌 2013-12-10 12:12
防洪设计水位推算新模型
王莉萍  代伟  齐莹  
【摘要】:传统的单因素极值水位设计方法只考虑极值水位的变化,忽略了台风的影响,并且人为选定分布类型对结果产生干扰。考虑台风影响下的水位,结合复合极值理论和最大熵原则,通过求解条件变分方程,提出了一种新型的具有多个待定参量的复合熵函数模型。该模型在河口城市防洪设计中充分尊重实测数据,密度函数形式完全由数据确定,避免了人为假设服从某种分布的先验性,在抽样、方法和统计上优于以往传统方法。
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回复 海天渔歌 2014-1-5 00:03
确定计算重现期波高所需水位值的一个方法
张经汉

  一、问题的提出在近岸和港湾工程的波浪计算中,海浪工作者往往注重有关波浪要素的计算方法,而忽视计算重现期波高所需的水位值的选取问题。众所周知,波浪从较深水域传向近岸浅水区,尤其是港湾的传播过程中,由于水深变小和底摩擦的作用,波浪的能量发生了变化,对于各种重现波高而言,由于波高较大,因而,浅水因素的影响更为显著,特别是位于波浪破碎区内的海上结构物,其设计波高的大小完全由计算者所选取的水深值(结构物位置固定后,决定因素是水位值)所决定,因而,这个水位值的选取,是一个关系到结构物的安全和造价的重要问题。……   
回复 海天渔歌 2014-4-15 09:53
根据本人研究发现,洗牌均匀度P(n)=1-e^(-n),洗牌次数n。
洗牌至均匀需几次:根据数学分析至少要7次。谣言传播次序环节,经过7人辐射速度惊人,瞬间誉满全球。
通常只要5次就足够啦;传播经过5人就够惊人!
.让牌玩得更尽兴的洗牌次数
    不管是玩扑克牌、桥牌还是其他的纸牌游戏,玩牌者无不希望牌玩得多、洗得少,但是洗太少又洗不均匀,往往让洗牌者左右为难。洗牌究竟该洗几次?根据从前的研究,要让一副牌充分混合在一起、随机排列,至少要[弹洗](将牌分成两半、交互切入的洗牌法)七次才行。然而花这么多功夫洗牌,往往又让玩牌者的玩兴大扫。
    牛津大学的数值分析教授Lloyd N.Trefethen,和他的父亲Tufts University大学的机械工程教授Lloyd M.Trefethen分析了许多副牌,根据他们的研究,一副按顺序排列、还没洗过的牌中,总共包含225.58bits的资讯,这些资讯会随著洗牌逐渐被稀释掉。Trefethen父子利用电脑程式来[弹洗]这些牌,研究发现:第一次弹洗之后,牌里剩173.58 bits的资讯;第二次弹洗后剩121.58bits……的资讯了。不过要让牌随机化排列,事实上只要弹洗五或六次就够了。以弹洗六次为例,这副牌就[洗掉]99%的资讯了。
摘自《科学月刊》2000.11
n=1,       2,       3,       4,       5,       6,       7,       8,       9
p=0.632,0.865,0.950,0.982,0.993,0.998,0.999,1.000,1.000
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回复 海天渔歌 2014-11-25 14:40
《水利规划与设计》2002年第02期  作者:陈立宏陈祖煜;
岩土工程中的安全系数和可靠度
       在常规岩土工程实践中使用基于经验的安全系数是合乎逻辑的。然而,通常在同一类应用中,例如长期边坡稳定,使用相同的安全系数值,而忽略了问题的不确定性。在规范或习惯中,常常将同一个安全系数应用于不确定性变因素化很大的不同条件,这样就不太合理了。 可靠度计算能够估计不确定因素的综合效果,以及区分不确定性的相对大小。虽然有这么多的优点,但是可靠度方法在日常岩土工程中使用的还很少。这主要有两个原因:
首先,大多数岩土工程师不太熟悉可靠度理论的术语和概念;
其次,人们常常误以为可靠度理论在绝大多数情况下需要更多的数据、时间和努力。
Christian等(1994)、Tang(1999)和其他一些学者已经将可靠度理论解释得非常清楚,而且还介绍了许多精彩的在岩土工程中的应用实例。
本文的主要目的在于说明可靠度能够以最简单的方式应用于岩土工程实践,而不需要额外的数据、时间和努力。只要使用与常规分析中相同类型和数量的数据,就可以进行近似但却十分有效的可靠度分析。 如果采用相同类型的数据、判断和简化,简单可靠度分析的结果将和常规确定性分析的结果精度一致。由于两种方法精度一致,因此可以互为补充和提高。
回复 海天渔歌 2014-11-25 14:52
黏性土坡稳定的安全系数和可靠度
       土坡稳定性问题涉及诸多工程领域 ,其稳定性受多种不确定性因素影响 .通常人们习惯用定值方法的安全系数作为土坡稳定性的评价指标 ,如瑞典条分法、简化Bishop法、简布法及沙尔玛法等[1] .然而所得安全系数未能考虑设计参数的不确定性和变异性 ,其大小不能表征边坡的安全程度 .实际上安全系数值是一个由设计等多种因素的变异性所决定的随机变量 .而可靠性分析方法能考虑不确定性的综合影响 ,常用的有一次二阶距法、JC法、随机有限元法、统计距法、蒙特卡罗法等[2 ] 以及较新提出的遗传优化算法等[3 ,8] .但因可靠性理论涉及到较深的数学理论 ,且在数据的收集处理以及可靠指标的计算等方面都较为麻烦 ,以致于可靠性方法在边坡工程实践中不能广泛推广应用 .将边坡定值性分析方法同可靠性分析方法结合起来 ,利用定值分析方法的简便 ,也能考虑土性参数的变异性和不确定性 .笔者应用该简便方法重点研究了简单黏性土坡模型中土性参数的变异性、安全系数变异性和可靠性指标三者之间的内在联系 ,并能对边坡进行稳定性和可靠性的有意义的评价 ,证明该法在实践中简便易行 .
回复 海天渔歌 2014-11-25 15:16
土质边坡稳定的可靠度分析及其土性参数的敏感性研究
    在土木工程中,边坡的稳定性分析是一个十分重要的问题,它涉及到道桥工程、水利工程、建筑工程等诸多工程领域,因此,边坡稳定性问题一直是岩土工程界的一个重要的研究内容。在边坡工程中,传统的评价方法是安全系数法。它不考虑土的变异性,把土看作具有某种“平均”性质的“均质”材料,将各种设计条件、各种指标和参数都定值化,并选用一定的计算模式来进行计算,而把那些未知的、不定的因素都归到一个单一的安全系数上,其所得到的结果是明确的,因此也易于为人们所接受。然而这种传统的方法却忽略了岩土性质参数的不确定性,与实际是不相符的。近几年来,人们逐渐认识到岩土工程问题中的不确定性,将可靠性分析引入边坡工程是一种必然的发展趋势。区别于传统的安全系数法,可靠性分析方法在对边坡稳定性的分析中考虑了岩土参数的离散性及参数之间的相关性,用概率的方法定量地考虑了实际存在的种种不确定因素,因而更为客观、定量地反映了边坡的实际安全性。
中文摘要
英文摘要
1 绪论
2 边坡可靠性分析的基本原理
3 边坡可靠性分析方法
4 岩土参数的预处理和统计分析
5 土坡稳定可靠度分析及其土性参数的敏感性研究
6 结论及建议
致谢
参考文献
回复 海天渔歌 2015-1-29 22:40
浙江海岸台风风暴潮漫堤风险评估研究
卢美
  风暴潮灾害居我国海洋灾害之首,浙江省是我国沿海台风暴潮灾害最严重的区域之一在全球气候变暖背景下,浙江省台风暴潮灾害频率、强度和影响范围呈增大趋势。基于实况资料分析和风暴潮数值模拟开展浙江沿海台风暴潮灾害风险评估具有重要的意义。 本文在系统梳理和借鉴前人研究成果的基础上,探讨了浙江沿海台风风暴潮灾害风险的内涵,针对台风风暴潮灾害影响的多种时空尺度和区域特征,分别采用适宜的评估方法开展了浙江沿海地区的台风风暴潮漫堤风险分析、典型沿海岸段台风风暴潮漫堤和淹没风险的实证研究并利用GIS平台直观展现。主要研究工作和结论如下: (1)根据海洋预报部门现有风暴潮灾害危险性评估指标体系,系统地分析了浙江沿海地区风暴潮灾害的危险性,计算了270次台风条件下风暴潮灾度值,从而确定了浙江沿海地区风暴潮危险性分布和灾害等级分布。研究表明:浙江沿海为台风暴潮重灾区,尤以温州沿海灾度最高,杭州湾及台州沿海次之,灾度在空间上具有南部大于北部、河口大于岛屿的分布特征。 (2)基于浙江沿海60余年平均气温和潮位观测资料,首次系统分析了气候变化对浙江海域风暴潮的影响,研究表明平均气温变化与风暴潮强度具有明显的正相关。60多年来,浙江沿海登陆台风个数、平均海平面高度、较大风暴增水出现频率、超警戒风暴潮频率和年极值高潮位与平均气温变化趋势非常相似,都呈波动上升趋势。特别是1990年以来,随着平均气温上升,上述趋势更为明显,登陆浙江的台风成倍增加,从而导致浙江沿海风暴潮灾害危险性增大。且台风登陆点似有南移的趋势,浙江南部为台风暴潮主要受灾区。 (3)使用1951-2012年全国年平均气温、NINO3.4区海温距平、登陆中国的台风、登陆浙江的个数和乍浦站1954-2012年乍浦站年最高潮位资料,应用小波分析方法,分析了上述各要素的变化趋势及其周期。研究表明:全国年平均气温、登陆浙江的台风个数、乍浦站年最高潮位的长周期变化非常相似,其长周期大于60年,这些要素60年时间序列中只分离出一个跨度为35-40年的上升周期,2007年之后该上升周期都已呈现终结的趋势。而平均气温、NINO3.4区海温距平、登陆中国和浙江的台风个数以及乍浦站年极值高潮位都具有10-11年的短周期。 (4)以海门站为例,分析了浙江强潮河口地区的风暴潮增水特征,并应用EMD(经验模态)方法对海门站增水超过1米的17个风暴潮个例进行分析,结果表明,海门站的风暴增水具有明显的潮周期特征,风暴潮与天文潮的非线性效应显著,当该站增水曲线为标准型时,由非线性相互作用引起的增水较小,其值占总增水的比例仅为六分之一左右;当为混合型增水时,增水波的波动特征开始明显,该类型曲线由非线性相互作用引起的增水较大,其值占总增水的比例为三分之一左右;波动性增水的非线性相互作用引起的增水最大,其值占总增水的比例可达二分之一以上。 (5)采用ECOMSED建立两潮耦合模型,经过多个历史风暴潮个例的模拟验证后表明,该方法能很好地模拟浙江沿海包括河口地区的风暴潮位及增水过程,说明模型参数取值合理,可用于浙江沿海台风暴潮模拟和漫堤风险评估,该方法可以有效分析无潮位资料岸段的风暴潮特征。对不同登陆点的台风引起的增水特性分析得知,登陆点右侧且靠近登陆点的岸段,风暴增水最大,且形态以标准型为主,其最大增水值是登陆点左侧的3倍左右,为风暴潮灾害风险最大的区域;登陆点右侧距离登陆点较远的以及登陆点左侧的岸段,其增水值较小,且形态多呈波动型;在同一台风影响下,河口类型测站的增水值较岛屿类型大,河口地区的风暴潮灾害风险大于岛屿地区。 (6)采用频率分析和数值模拟方法,首次建立了浙江海堤风暴潮漫堤风险分析业务化系统框架。利用不同重现期的风暴潮与天文潮的组合研究表明,在高标准海塘建成后,浙江沿海风暴潮漫堤风险主要集中在20年一遇等级以下的堤坝,而50年一遇及以上等级堤防的漫堤风险较小。据统计,浙江沿海验潮站的历史最高潮位大都接近或超过当地20年一遇标准的堤坝高程,没有超过50年一遇的堤坝高程。 (7)首次采用台风概率预报和风暴潮两潮耦合预报相结合的方法来分析任一台风影响下浙江海堤的风暴潮漫堤概率,研究表明采用该方法能平滑由于单一台风路径预报误差引起的风暴潮预报偏差幅度,使得风暴增水和高潮位预报误差更稳定。而且随着台风预报准确度不断提高,风暴潮的预报准确度可以得到稳步提升。此方法可用于风暴潮业务化预报,也可以用于风暴潮漫堤风险事前评估 (8)利用skyline和GIS技术,集成了台站实况观测、台风路径预报、两潮耦合数值预报结果和漫堤概率预报结果等信息,构建了适用于浙江沿海的风暴潮灾害预警辅助分析系统,该系统可以利用GIS的空间分析与显示技术,分析并直观展现任一台风暴潮灾害危险区分布和海堤漫堤风险段的分布,该系统已于2011年在浙江省防汛办的防台会商会议得到应用。
回复 海天渔歌 2015-2-4 12:38
人工岛岸滩稳定性研究

胡殿才  

【摘要】: 近年来,我国围海造地迅速发展,但传统顺岸式填海方式不利于我国宝贵的海洋滩涂资源的科学、协调、可持续利用,对海洋生态环境的不利影响已越来越引起人们的重视。科学适度用海是未来围海造地发展的方向,必须严格控制顺岸式填海方式,人工岛将成为未来向海洋要地的主要方式。 与传统的依托现有海岸向海推进的围涂造地方式相比,人工岛建设需更加重视海洋水文、海洋动力变化、人工岛与海洋环境的相互影响、海岸地貌演变等多因素。 本文首先调研人工岛现状及发展趋势,了解当前岸滩演变分析预测方法,在此基础上,以具代表性的某在建人工岛为实例,通过海岸地貌、潮流数值模拟、物理模型试验等技术手段阐述人工岛岸滩稳定性的分析方法,得出分析结论,为人工岛设计提供依据。 某人工岛用于滩海石油勘探与开发,海洋环境保护要求严格,工程海域属粉砂质海床,浅滩、深槽、沙脊交错分布,海域地形条件复杂,岸滩稳定存在变化的可能性,而且对曹妃甸深槽的影响也必须重视。因此,必须合理进行平面布置,充分利用现有地形水文条件,注重生态和环境的保护,尽量减少对海域、潮流的影响,达到最优。 本文在分析前已有资料的基础上,对工程海域海洋动力地貌及岸滩稳定性进行初步分析,从宏观上掌握工程区域海洋动力地貌基本特征、冲淤变化、泥沙运动规律、自然状况下岸滩稳定性,并预测工程建设后可能引起的变化。 建立工程区潮流计算数学模型,计算工程建设前后对周边流场及局部流场的影响。模型基本方程为任意曲线坐标系下二维潮流运动基本方程,采用有限差分法,计算网格为交错网格,运用DSI法(Double-Sweep-Implicit Method)求解。对计算区域内滩地干湿过程,采用水位判别法处理,较好地模拟复杂滩地的干湿过程。 开展物理模型试验研究,通过现场资料分析、定床潮流物模试验、波浪潮流整体动床物模试验、波浪动床物模试验等多种研究方法和试验手段,研究人工岛的稳定性。 本文研究成果为工程设计提供了科学依据,特别是对人工岛平面布置、护岛潜堤长度及张角、登陆点前沿水流变化等方面进行了验证,并提出了优化方案。 与一般人工岛采用1~2种研究手段相比,本文采用了海岸地貌演变、数学模型试验、物理模型试验等当前岸滩演变研究领域较先进的的技术手段,各研究方法独立进行、交叉运用、相互佐证,研究结论更加可靠。 由于模型场地的限制以及选沙的需要,整体物理模型往往需要做成变态,但为满足波浪相似条件,模型应做成正态。为解决这一矛盾,本文在定床潮流物模试验、波浪潮流整体动床物模试验时,根据试验内容的不同采用不同的模型比尺,较好地模拟了现场水流、波浪对人工岛岸滩稳定性影响。 本文研究成果已成功应用于某人工岛建设,所采用的研究方法可供类似人工岛工程建设时借鉴。
回复 海天渔歌 2015-4-1 21:09
考虑台风多因子影响的联合设计参数推算新模式
韩润雨  
【摘要】:各种极端海况(风速、波高、暴潮、海流等)直接引起近海工程、海岸工程、河口海岸城市的灾害性破坏以及人员伤亡,从而造成巨大的经济损失。同时,在台风影响海域,各海洋工程结构常常遭受风、浪、流等各种海况的联合荷载效应,从而合理推算各种海洋环境条件的联合设计标准直接影响到近海工程的安全性与经济性。近年来,国际上也大力开展风、浪、流等各种海洋因素的联合作用研究。 由于在台风影响海域,台风是发生各种海洋灾害的重要原因,为克服传统极端海况设计标准推算方法的先验性或单变量因素的局限性,同时考虑影响极端海况的其他重要的台风特征量,本课题基于测度论、多元极值理论、变分理论等推导出了考虑台风二因素——台风发生频次和台风强度——的二维复合模型来推求海洋环境条件的设计参数。此模型不仅能够更全面地考虑台风对各极端海况的影响,而且很好地避免以往传统应用模型中分布函数不完整的缺点。接着,在分析台风两个特征量因子的概率特征时,本文推导出此二变量符合二维离散最大熵分布,同时提出了对台风两个特征量因子进行约束的四个符合实际情况且符合公理的约束条件,并基于最大熵原理推导出此二变量所服从的二维离散最大熵分布的具体表达形式。此分布函数既能够充分尊重客观实际情况,又能够充分利用已知观测数据,还一定程度上减少了传统方法中人为选择分布函数的先验性。此离散分布函数含有六个待定参数,使得该分布函数具有很好灵活性和适应性,而待定参数可通过矩方法推得的一方程组和实测数据数值解得。最后,由于台风作用下产生的风暴潮(台风浪)灾害是造成人员伤亡和财产最严重的灾害,同时台风浪波高和风暴潮水位对海洋工程最为直观和重要,从而本文在应用新模型时,选择台风浪波高和风暴潮水位作为两连续变量,而其联合分布函数本文则站在描述两个变量间相关结构的角度,应用以Copula方法为基础的推得的二元联合概率分布。 为检验新模型,本文不仅将新二维离散复合分布模型的低维模式与传统的一维复合分布模式进行比较,说明其低维模式的优点,而且将新二维模式用于推算潮涟岛台风浪极值波高和风暴潮极值水位的联合设计参数,并将其结果与传统模型所得的结果进行比较以说明其合理性与正确性。本文旨在提出新模型,以期为有关部门提供新的推算设计参数新方法。
【关键词】:最大熵原则 联合熵 Copula函数 经典极值理论
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:P444
【目录】:
摘要5-7
Abstract7-10
第一章 引 言10-16
1.1 课题背景10-11
1.2 国内外研究综述11-14
1.3 本文研究的内容及所做工作14-16
第二章 考虑台风影响的联合设计参数推算模型16-32
2.1 台风二因素影响的联合设计参数推算理论模型16-20
2.2 二维离散分布模型的确定20-29
2.2.1 最大熵原理简介21-22
2.2.2 二维离散最大熵模型22-25
2.2.3 参数的确定25-29
2.3 本章小结29-32
第三章 新模式的应用32-54
3.1 波高和水位联合分布函数的确定32-37
3.2 新模型的应用37-51
3.2.1 新模型降维模式的应用37-43
3.2.2 利用新模型推算联合设计参数43-51
3.3 本章小结51-54
第四章 总结与展望54-56
4.1 总结54
4.2 展望54-56
参考文献56-62
致谢62-64
个人简历64
攻读硕士学位期间发表的学术论文64
回复 海天渔歌 2015-4-2 16:33
数学模型在生态学的应用及研究 [The Application and research of Mathematical in Ecology]
杨东方,苗振清 著
  数学是结果量化的工具,数学是思维方法的应用,数学是研究创新的钥匙,数学是科学发展的基础。
  数学模型研究可以分为两大方面:定性和定量的,要定性地研究,提出的问题是:“发生了什么?或者发生了没有?”,要定量地研究,提出的问题是“发生了多少?或者它如何发生的?”。前者是对问题的动态周期、特征和趋势进行了定性的描述,而后者是对问题的机制、原理、起因进行了定量化的解释。然而,生物学中有许多实验问题与建立模型并不是直接有关的。于是,通过分析、比较、计算和应用各种数学方法,建立反映实际的且具有意义的仿真模型。
  生态数学模型的特点为:(1)综合考虑各种生态因子的影响。(2)定量化描述生态过程,阐明生态机制和规律。(3)能够动态的模拟和预测自然发展状况。
  生态数学模型的功能为:(1)建造模型的尝试常有助于精确判定所缺乏的知识和数据,对于生物和环境有进一步定量了解。(2)模型的建立过程能产生新的想法和实验方法,并缩减实验的数量,对选择假设有所取舍,完善实验设计。(3)与传统的方法相比,模型常能更好地使用越来越精确的数据,从生态的不同方面所取得材料集中在一起,得出统一的概念。
内容简介
  本书主要介绍了各种各样的数学模型在生态学不同领域的应用,如在地理、地貌、水文、水动力以及环境变化、生物变化和生态变化等领域的应用。详细阐述了数学模型建立的背景、数学模型的组成、结构及其数学模型应用的意义。
  本书适合气象学、地质学、海洋学、环境学、生物学、生物地球化学、生态学、陆地生态学、海洋生态学和海湾生态学等有关领域的科学T作者和相关学科的专家参阅,也适合高等院校师生作为教学和科研的参考。
作者简介
  杨东方,男,1962年11月出生,陕西省延安市人,汉族。1984年毕业于延安大学数学系(学士);1989年毕业于大连理工大学应用数学研究所(硕士),研究方向:Lenard方程唯n极限环的充分条件、微分方程在经济管理生物方面的应用;1999毕业于中国科学院青岛海洋研究所(博士),研究方向:营养盐硅、光和水温对浮游植物生长的影响,专业为海洋生物学和生态学;同年在青岛海洋大学,化学化工学院和环境科学与工程研究院做博士后研究工作,研究方向:胶州湾浮游植物的生长过程的定量化初步研究。
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