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基于多物理信息神经网络的心墙堆石坝多源数据同化研究OA

Research on multi-source data assimilation for core wall rockfill dams based on MPINN

中文摘要英文摘要

水利工程的透彻感知对构建数字孪生体系、推动水利高质量发展至关重要.随着大坝安全监测技术的发展和"天空地水工"一体化监测感知网络的建设,如何同化积累的多源数据进而实现大坝透彻感知是当前的研究重点.本文提出一种基于多物理信息神经网络(MPINN)的多源数据同化方法,其核心在于将大坝应力-渗流多场耦合理论和参数随机场嵌入神经网络并监督模型训练,在满足物理一致性的情况下充分利用数据驱动方法的灵活性,实现对大坝工程性态的最优估计.以两河口心墙堆石坝为例,采用 MPINN同化了砾石土心墙的孔隙水压力、土压力监测数据和压缩模量、渗透系数检测数据,实现了从稀疏数据中重构心墙全域的孔隙水压力场和土压力场.对比实验表明,MPINN在预测准确性和鲁棒性方面均优于其他方法,验证了数据同化的效果,为实现水利工程全域的透彻感知提供了一条新途径,可为数字孪生工程和智能大坝的建设提供技术支撑.

Thorough perception of hydraulic structures is essential for building their digital twins and promoting high-quality water resources development.With the advancement of dam safety monitoring and the establishment of inte-grated"sky-space-ground-water-structure based"sensing networks,effectively assimilating multi-source data to achieve full-domain perception has become a key research focus.This study proposes a Multiphysics-Informed Neural Network(MPINN)data assimilation framework,which embeds stress-seepage coupling theory and random field parameters into neural networks to integrate physical consistency with data-driven flexibility.Taking the Lianghekou core wall rockfill dam as an example,the MPINN was used to assimilate monitoring data of pore water pressure,earth pressure in the gravelly soil core wall,as well as detection data of permeability coefficient and compression modulus to reconstruct the full-field pore water pressure and earth pressure distributions within the core wall from sparse data.Comparative experiments showed that the MPINN outperforms other methods in both prediction accuracy and robust-ness,verifying the effectiveness of the data assimilation.This provides a new pathway for achieving thorough percep-tion and offers technical support for the development of digital twin projects and intelligent dams.

孙明月;马刚;张毅;周伟;常晓林

武汉大学 水资源工程与调度全国重点实验室,湖北 武汉 430072武汉大学 水资源工程与调度全国重点实验室,湖北 武汉 430072||武汉大学 水工程科学研究院,湖北 武汉 430072||武汉大学 水工岩石力学教育部重点实验室,湖北 武汉 430072武汉大学 水资源工程与调度全国重点实验室,湖北 武汉 430072武汉大学 水资源工程与调度全国重点实验室,湖北 武汉 430072||武汉大学 水工程科学研究院,湖北 武汉 430072||武汉大学 水工岩石力学教育部重点实验室,湖北 武汉 430072武汉大学 水资源工程与调度全国重点实验室,湖北 武汉 430072||武汉大学 水工程科学研究院,湖北 武汉 430072||武汉大学 水工岩石力学教育部重点实验室,湖北 武汉 430072

建筑与水利

智能大坝堆石坝透彻感知数据同化多场耦合多物理信息神经网络

intelligent damrockfill damsthorough perceptiondata assimilationmulti-field couplingMultiphysics-Informed Neural Network(MPINN)

《水利学报》 2026 (5)

732-743,12

国家自然科学基金项目(52322907,52579134,U23B20149)

10.3724/j.slxb.20250596

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