时间：2023-06-07 09:33:22
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇水利工程博士论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
[关键词]水利工程；3D GIS；建模
中图分类号：TV221.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）12-0347-01
从GIS角度，水利工程是一种复杂的地理对象，主要表现在既有静态工程建筑，又有动态工程运行管理。动态如水库库容、面积随着水库蓄水位而变化；水闸工程运行有开闸、关闸，开闸又有闸门的开闭度。不同的水闸有不同的运行
状态，影响水闸上下游水位与过闸流量，如此等等。水利工程与水密切相关，而水随时间、空间而变化，这决定了水利工程动态属性的复杂多变。
水利工程3D GIS中的地形3D建模主要借助地形DEM技术，将水利工程所处的地形进行3D表达。地形3D表达本身即是水利工程3D GIS的重要组成部分，同时它作为水利工程3D GIS中其它对象和环境的载体而存在。
1.水利工程及水利工程对象分析
在水的静力或动力作用下工作，并与水发生相互影响的各种建筑物即水工建筑物。对于开发河川水资源来说，常须在河流适当地段集中修建几种不同类型与功能的水工建筑物，以控制水流并便于协调运行和管理，这一多种水工建筑物组成的综合体就称为水利枢纽。因自然因素、开发目标以及技术经济条件不同，各水利枢纽的组成建筑物可以是各式各样的。例如黄河干流上以发电为主，兼有防洪、灌溉等综合利用效益的龙羊峡水力发电枢纽，就包含了如下主要建筑物：拦河坝，由重力拱坝（主坝）、左右重力墩（即重力坝）以及左右岸副坝组成；溢洪道，位于右岸；左泄水中孔，与溢洪道共同承担主要泄洪任务；右泄水深孔和底孔；坝后式水电站。
水利工程并不总是以集中兴建于一处的若干建筑物组成的水利枢纽来体现的。有时仅指一个单项水工建筑物，有时又可包括沿一条河流很长范围内或甚至很大面积区域内的许多水工建筑物。即使就河川水利枢纽而言，在不同河流以及河流不同部位所建的枢纽，其组成建筑物也千差万别。通常可按功用分类：
（1）挡水建筑物。拦截或约束水流，并可承受一定水头作用的建筑物。如蓄水或奎水的各N拦河坝，修筑于江河两岸以抗洪的堤防，施工围堰等。
（2）泄水建筑物。排泄水库、湖泊、河渠等多余水量，以保证挡水建筑物和其它建筑物安全，或为必要时降低库水位乃至放空水库而设置的建筑物。如设于河床的溢流坝、泄水闸、泄水孔，设于河岸的溢洪道、泄水隧洞等。
（3）输水建筑物。这些是为灌溉、发电、城市或工业给水等需要，将水自水源或某处送至另一处或用户的建筑物。其中直接自水源输水的也称引水建筑物。如引水隧洞、引水涵管、渠道、渡槽、倒虹吸管、输水涵洞等。
（4）取水建筑物。它是引水建筑物的上游首部建筑物。如取水口、进水闸、扬水站等。
上述分析可见水利工程无论规模大小，大到水利枢纽，小到水工建筑物的部件均是独立的水利工程对象。独立的地理对象同时又是工程总体中的一部分。
2.水利工程对象属性分析
水利工程对象无论是建筑物单元，还是水利枢纽，均可视为一个地理对象。各对象具有如下的属性：
（1）水利工程建筑物具有几何可分解等概化特征。与2D地图符号的抽象性不同，3D模型可表达与工程实体相同或相似的工程形体。复杂的水利工程建筑物可分解为许多形态相对规则的工程单元体。工程概化是将分解后规则的单元体用一个个可进行数学计算与分析的几何体来表示；
（2）水利工程基本单元各自有其几何体属性。如梯形、柱体、长方体、圆柱体等。而概化类型相同的几何体还有不同尺寸大小等属性：
（3）工程对象具有方位属性。如建筑物的X， y，：坐标，建筑物面的朝向等；
（4）水利工程对象之间有着紧密的空间关系。对一个具体的水利工程而言，其各部分工程组件之间的空间关系是确定的，其上、下、左、右不可相互取代；
（5）水利工程建筑物之间具有严格的逻辑关系。每个水利工程建筑物的组成部分都属于该工程，而不属于其它工程。如溢洪道的水闸和船闸的水闸，同是水闸，但是属于不同建筑系统；
（6）工程对象可视化属性。不同工程对象其材质、表面形态不尽相同。3D建模可充分反应工程对象表面信息和内在透视信息；
（7）水利工程建筑物属性。不同工程单元属于不同的水利工程建筑物，其属性是进行区分的最重要标志；
3.水利工程3D GIS建模流程
水利工程建筑物单元体是水利工程3D GIS建模的最基
本元素。对应于水利工程的属性分析，分别赋予其概化特征、几何属性、方位属性、空间关系、逻辑关系、可视化属性和水工建筑物属性。以它为水利工程GIS基本元素，形成更复杂的GIS对象，如水利工程建筑物、水利工程、水利枢纽。在此过程中形成的复杂GIS对象会被赋予新的属性信息，这点完全符合水利工程的内涵。
3D建模部分在对水利工程概化的基础上，用几何概化体来表达实际水利工程：在以上步骤完成的基础上，建立水利工程3D GIS数据模型：最后，实现水利工程3D GIS空间数据结构，建立4级水利工程3D GIS对象数据表结构，并对其进行存储管理。
4.水利工程建筑物模型与地形模型的匹配
在实际3D场景的构建中，如果地物没有与地形相融合，就会造成诸如地物飘在空中或钻入地下的情景。对双方模型匹配的处理是较为复杂的问题，原因在于：
（1）地物、地形模型往往是通过不同的建模软件生成的，双方的数据结构和组织方式有很大差别（如地形模型常用规则格网表示，而地物模型常用三角网表示）；
（2）地物模型如何同地形模型准确匹配。在真实世界中，地物的位置是任意的、不受任何限制的；而在视景仿真中，地形是起伏的，而地物的基准面往往是水平的，会出现地物所覆盖的区域跨在2个或多个高度不同的地形三角形面片上；
（3）不同的视景调度、显示技术对匹配技术的要求不同：如加速遮挡面处理的优先级法不允许一个地物跨越2个或多个地形面片；而地物的LOD受地形LOD的牵制，当地形从一个LOD层次向另一个LOD层次过渡时，地形面片的分割将发生变化，地物的数据也必须改变，而不考虑地物的数据是否需要更新。
在地物与地形匹配方面有以下一些策略：
（1）首先在地形模型的选择上，根据应用需要选择规则格网或三角网。两种数据结构各有优缺点，这里不再详述，比较成熟的结论是：在中小比例尺条件下，采用规则格网结构描述DEM，因为其结构简单，处理负担均衡，磁盘存储易管理，有利于LOD的自动生成，另外有利于两者分开建模以及实现地物与地形的自适应匹配；在目视比例尺条件下采用三角网数据结构，它可以精细地刻画地表形态；
（2）地物与地形的匹配常用两种策略：直接将地物放置在地形表面上。这一方法最简单和实用，MultiGen即采用这一方法。这一方法的缺陷在于视景显示时，会出现“争夺Z值”的现象，即同一个Z值上可能有多个面；首先生成地形的TIN网络，然后逐渐加入地物模型，与地形整合在一起。
5.结语
本文研究水利工程3D GIS问题，重点研究了水利工程3D GIS建模与数据结构，最后得出水利工程建筑物模型与地形模型的匹配的一些策略。
参考文献
逆境中长大
殷建华教授的人生经历了曲折、艰苦和成功的喜悦。殷建华教授出身于湖北省崇阳县白霓镇。白霓镇是鄂南因桥而兴的湖北古镇,历史悠久,源远流长,明嘉靖四十年(1561年)邑商熊白霓为方便百姓,捐资建桥于高堤河上,为铭善举,故以“白霓”命名,至今已有四百多年历史。白霓文化深厚,景观璀璨,是中国民间艺术――提琴戏之乡,广泛流传民间叙事诗《钟九闹漕》的产生之地。1977年在该镇大市出土的商代铜鼓,距今已有3000多年历史,成为崇阳古代文明象征。1979年,治内出土的兽面纹提梁卣是青铜艺术瑰宝,镇西南金城山上有宋太史黄庭坚读书的遗迹――金城墨沼,为“崇阳古八景”之一。建于后唐和宋代的崇阳历史上著名的水利工程石枧堰,远陂堰,至今已越千年;三国时期,东吴大将陆逊曾屯兵金城山;清朝晚期,将士与清军血战歇马山。建于明清时代的石板街,全长317米,青石路、朱大门、马头墙、斗拱楣,雕栏画柱,檐牙高啄,古朴黄雅,巷道曲折,斩纫巳,是中华传统民居之宝贵遗产。
殷建华教授小时候,在石板街上古色古香的居屋长大。他在镇上就读于白霓小学,1968年底随母亲李凤仪和哥哥殷建国从白霓镇下放到堰下乡第一生产队务农,便在这里上金城中学,之后去白霓高中上学,1975年高中毕业后回到堰下乡第一生产队。他在农村种过田,在大市渡槽工地当农民工,之后到青山第三级水电站工地指挥部当文宣员,直到1977年冬季参加“”后的第一次高考,考上重庆建筑工程学院(现并入重庆大学)。
刻苦学习
批判性思维 创新性实践
殷建华在重庆建筑工程学院水港系读航道与港口工程专业,以优秀的成绩于1981年底毕业,同年考上中国科学院武汉岩土力学研究所硕士研究生。从师于中国著名的岩土力学袁建新先生、袁先生1948考入土木系――1952年获学士学位。1956年入美国路易维尔大学土木系,1957年获硕士学位并受聘于美国波音飞机公司任副工程师。1958年底,袁建新先生通过印度驻华盛顿大使馆与中国国务院取得了联系,他冲破了重重阻挠,终于经香港于1959年元月抵达祖国。
殷建华在导师袁建新教授的指导下,顺利完成了他的硕士论文《土的非线性剪胀应力-应变模型》。他指出了当时非常流行的用于土石坝和地基有限元分析的邓肯-张非线性应力-应变本构模型中的缺点:此模型不能描述土的剪胀性和剪缩性。由此,殷建华提出了新的土的非线性剪胀应力-应变模型,作了试验验证,并将新的模型用于土石坝和岩土工程限元分析计算分析。
硕士毕业后,殷建华留在武汉岩土力学所工作,任助理研究员。作为“”后培养的第一批硕士生和年青研究人员,他参加了“”后的第一次全国土的剪切强度与本构关系会议。会议在湖北省武当山附近的老河口市召开。在会上,殷建华组织青年论台,积极发言,受到老一辈的欢迎与肯定。
1986年9月,殷建华通过考试与挑选,得到中国科学院的奖学金,被公派到加拿大曼尼托巴大学土木系攻读博士学位。在曼尼托巴大学他所有学的总共6门课,取得3个A+和3个A的优秀成绩,是班上第一名。由此,他得到大曼尼托巴大学外国学生奖学金。他的博士学位研究是在著名的James Graham 教授指导下完成的。James Graham 教授曾任加拿大岩土工程学会主席和加拿大岩土工程刊物的主编。殷建华博士论文题目是《土的时间有关的应力应变本构模型》。对于土的时间有关的应力应变特性的建模研究是一个活跃的有着长期历史的研究领域。早期的研究得追溯到十八世纪的Maxwell的流变模型和Kelvin的流变模型,许多中国学者在这个领域上也作出了巨大的贡献。但先前的工作或模型都有一些局限性。殷建华基于前人的工作、科学原理和对土的蠕变行为的基本理解,建立了一个新的一维弹粘塑性本构模型,即非线性流变模型,是对线性的Maxwell的流变模型重大发展。该模型描述了土在一维任意荷载条件下与时间有关的非线性应力应变关系。模型被试验数据验证并用于固结分析中。殷建华教授归纳和阐述了一个重要的土的蠕变特性,即土单元的蠕变率仅与应力-应变状态有关,而与加载路径(或加载历史)无关。该模型在提出之后又进一步得到发展,得到了更广泛的应用。他只用了3年7个月的时间便完成了博士学位课程与研究,取得博士学位。当时在土木系,他是最短时间内取得博士学位的研究生。
博士毕业后,殷建华博士在加拿大东海岸一顾问设计公司工作两年多,后在一研究中心工作两年,于1994年来到香港一顾问设计公司工作,1995年9月加入香港理工大学,从助理教授,副教授,到2002年成为正教授。
殷建华教授现成为香港屈指可数的专业人士、工程师。他的人生之路真实地写满了努力与奋斗!
人们都说,三分天注定,七分靠打拚。殷建华教授的人生恰如其分地演绎了这句话的含义,从而给我们一个有力地启发――做事情也好,做学问也罢,最重要的是靠自己的努力,坚持选择,并拿出坚持不懈的努力和奋斗的勇气!
而这,对于当下那些在生活面前彷徨无助,甚至开始困惑于自己专业选择的年轻学子们,尤其有值得思索的意义。
努力成材学贯中西
2004年7月19日。这一天,殷建华教授应邀回到他曾经读硕士和工作过的中科院武汉岩土力学所,为该所科研人员和研究生作了一场题目为“岩土工程发展过程研究方法、经验总结和个人体会”的学术报告。报告中,殷建华教授从土力学的发展过程、个人的求学经历、生活家庭的变化情况等几个方面向该所在座的师生们作了生动具体的介绍,并号召学生们抓住现在的好机会,努力学习,为国争光。
作为香港理工大学教授,知名的岩土工程师,殷建华教授经常应邀前往各高校作学术演讲或者学术报告,往往能够在高校引起强烈的反响,达到增进友谊、扩大共识、合作交流与共同发展的学术交流目的。但是,在中科院岩土所的这一场学术报告,带给学生们的意义却全然不同。
在中科院武汉岩土力学所学子们的心中,除了在学术的交流中增长见识外,他们的心中更受到一种精神的激励,情不自禁地升起对上进的强烈渴望,因为为他们作学术报告的那一位教授,曾经就是他们的校友――1984年的硕士研究生。殷建华教授于2002年被聘为武汉岩土所岩土力学重点实验室兼职研究员。在殷建华教授的心中,对中科院武汉岩土力学所是充满了感情,所以这样一场学术报告,他将自己的求学经历和学术结合在一起,浓缩了自己这一段学术生涯的风雨历程。那就是,从求学起,殷建华教授就一直用“努力”诠释着自己的人生价值,正如同他自己所说:“人的一生,全靠自身努力,唯有努力不懈,才能成功。”
纵观殷建华教授的求学经历,从学士到硕士再到博士,字面上一切一帆风顺,但是在实际生活中,却是要付出许多努力和汗水。
殷建华教授在大学时选择的专业,就是岩土工程。而岩土工程是一门很博大、很深奥的学问,以大学有限的知识面,去探索里面的奥秘,显然是很艰难的。因为一个系统的科学,就好像源头活水,支流旁支驳杂,衍生出很多很细的专业,让人难以一一追根寻源。殷建华教授坦白说:“在进大学之前,对于这个专业,其实我不大懂。”
但是进了这个专业,真正了解了这个专业博大的系统之后,殷建华教授也依然是坦然面对,在研究生专业的选择上,依然是选择岩土工程,只不过,这个时候经过大学的系统学习,对这个专业有了一个一般的了解,殷建华教授因此朝着专业细化地方向发展。对此,殷建华教授作了一个形象的比喻:“就好像建房子,不是一家两家公司,也不是一个两个专业就可以做出来的。建房子,除了地基和结构,还涉及到建筑学、机械工程、通风等一系列的学问。”
有人说,学习是一颗辛苦、无味的种子,埋藏在你人生路上,你只有用汗水浇灌,才能结出美味可口的果实。的确,在一般人心中,岩土工程这样的专业,每天要与数据打交道,时间长了会觉得索然无味,失去学习的兴趣。殷建华教授在选择武汉的中国科学院研究所之后,也是有过一阵子的迷惑,因为专业的细分远远不是大学时候所学可以比拟的。但是殷建华教授很快爱上了自己的专业,在他看来,这个专业是用来解决实际问题的,并不是很抽象,因此在长时间的学习中,他并没有觉得枯燥。或许是抱着这样的学习心态,加上自身刻苦的努力,殷建华教授取得了自己的进步,取得了让别人看得见的进步。因此在拿到硕士学位之后,得到中科院的选派和奖学金前往加拿大攻读博士学位。
努力付出往往和收获成正比。在加拿大留学的日子,殷建华教授不负众望,拿到了加拿大 Manitoba 大学优秀外国学生奖学金,所有功课都是班上第一名。之后,殷建华教授顺利地拿到了博士学位,成为一名学贯中西的专家学者。而对于许许多多正在求学的学子们来说,殷建华教授的这一段求学经历,却如同一盏明灯,驱散了那些学生心中的迷惘,激励着学生们努力、努力、再努力。
传道授业不懈求索
古人曰:师者,所以传道授业解惑也;现在我们说:教师是人类灵魂的工程师。从古到今,教师这个职业都是高尚的,受人尊重的。作为一名学贯中西的专家学者,殷建华教授最终将自己的角色定位在教师这个位置上,值得人尊敬。
选择在香港理工大学任教,殷建华教授并不自恃学问高就傲物,而是从低做起,踏踏实实,一步一个脚印,对自己负责,也对自己的学生负责,从助理教授很快升到了副教授,随后又在2002年升为正教授。
职称的飞快提升,是香港理工大学作为一所名牌大学,对殷建华教授最大的肯定;而殷建华教授在教书育人的同时,也真正实现了自己的人生价值,将自己的专业作出了最大的贡献。
当初,获得博士学位后,殷建华教授并没有急于回到国家,而是在加拿大东部城市的一个顾问设计谘询公司和一研究中心分别工作过两年。而移居香港后,也在一个顾问设计谘询公司工作接近一年。可以说,这几年的工作经历,使得殷建华教授所学的理论知识,在实践中得到了很好地印证,也很好地锻炼了自己的能力,更增强自己解决实际问题的能力。而这些,更为他成为一名优秀的教授打下了良好的理论与实际相结合的基础。
据了解,殷建华教授所指导的两大学生毕业论文连续两年 (1999-2000年, 2000-2001年)被香港工程师学会评为第一名,并得到奖金和证书。殷建华教授介绍说:“我们对教学很重视,也重视跟学生沟通。我们学校教学有一整套系统,很完善,也很出色,所以本科生从我们这里毕业都很有收获,在社会上也很有改变。”
优秀的教师,培养出优秀的学生,但本质上,殷建华教授也是一名优秀的学者。他担任高校联工程师联合会主席,将香港高校的许多工程界的朋友,汇聚在一起,在专业的碰撞间,实现联会对香港、对国家更大的贡献。
可以说,殷建华教授是国际岩土力学界十分活跃的青年专家学者,目前不仅担任国际岩土力学计算方法与进展学会副主席、国际岩土力学与工程学会会员、中国力学学会岩土力学专业委员会委员、中国岩石力学与工程学会及地面岩石力学与工程专业委员会委员、中国地质学会及工程地质专业委员会委员、香港力学学会委员等职务,同时还担任《加拿大岩土工程》学报副主编、国际《岩土力学与岩土工程》学报主编之一,美国《国际岩土力学》学报编委、国际《海洋地球资源与岩土工程》学报编委、《防灾减灾工程学报》编委、《岩土力学与工程学报》编委、《岩土工程界》编委、《结构工程进展》国际杂志编委。
积极参与国内、国际学术的同时,殷建华教授也有自己的学术研究,在科研上取得丰富的成果:首创性地给出等效时间定义和土的一维、三维粘塑性模型,并应用于土体完全耦合的固结分析;首创性地将Timoshenko Beam Model用于土工布加筋土地基模拟;提出有排水板和用非线性土的本构方程(维弹粘塑性模型)完全耦合的固结分析的有效的有限元方法;首创性地将填海造地工程和土的固结理论及分析与互联网结合。
其中,殷建华教授取得4项专利,出版了2本专着和编辑了3本书籍,发表了300多篇学术论文, 其中102篇学术论文在国际科学引文索引数据库中的科学期刊(Journals in Science Citation Index )上发表。
现在,殷建华教授硕果累累,荣誉满身,却依然在学术的海洋里远航。作为学者、专家、教授,他对年轻人寄语:成功是通过后天的努力――奋斗,尤其在年轻的时候要做到最好。
