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审计业务流程是审计学课程的核心内容。通过业务流程的学习,不仅要将各项基础知识融为一体,还要掌握系统规范的审计工作步骤,学习专业判断方法的运用,同时熟练各项审计工作底稿的编写、审核和管理。基于审计业务流程的学习目的。实验是掌握该项流程必不可缺的教学环节。
一、审计实验现状介绍
目前,就审计业务流程的实务训练而言,各个院校的教学计划仍然存在很大的差异。具体有以下几种情况:一部分院校的实务训练仍然停留在案例教学阶段,未开展任何形式的审计实验;一部分院校已经开设了模拟实验教学环节(或其他名称的实验),但仅仅是案例教学的形式转换,实验材料为多个单一案例,缺乏系统性,学生无法按照实际的审计工作流程进行系统的实务操作;此外,有些高校借助会计模拟实验形成的材料。在做出一定修改(审计陷阱)的基础上用于审计模拟实验,这种方式有成本低、材料系统而且时间跨度大的优点,但是由于会计模拟实验材料本身出自学生之手,与实务还有一定距离。而且会计模拟资料只能给出模拟企业基本情况、会计政策以及各项业务活动的原始凭证和说明,未能给出审计所需要的其他证据和内部控制等重要信息,难以达到现代审计流程训练的目的;除此之外,近年来也有少数院校开发或购置了审计教学软件,以不同行业企业的整套账簿和相关详实资料为实验材料,采用审计软件作为工具,模拟审计业务流程的各个环节,在审计课程的实务训练方面取得了很好的教学效果。不过,由于在审计流程、审计方法和审计角色等方面缺乏仿真性、缺少动态效果,实验依然有待进一步改进。
整体而言,目前我国高校审计教学中业务流程的实务训练环节仍然较为薄弱。
二、审计实验难度分析
分析审计业务流程实验的薄弱原因,主要源于实验环节多、实验材料要求高、实验仿真性和动态性难以完善等几方面。
(一)实验环节多
由于审计业务流程涵盖内容多,所以实验环节也较其他实验复杂。以报表审计项目为例,业务流程一般分为初步业务活动、审计计划、审计测试和终结审计四个阶段。第一阶段包含客户基本情况了解、专业胜任能力评价和业务约定书订立等环节;第二阶段包含客户外部环境调查和风险评价、客户内部环境调查和风险评价、总体审计策略制定和具体审计策略制定等环节;第三阶段包含内部控制测试和交易测试两大体系:第四阶段包含审计差异调节表和试算平衡表编制、审计工作底稿汇编和复核、审计报告撰写及审计工作总结等环节。要在一项实验中训练以上所有环节,对实验材料、设施以及教师等方面都是一个挑战。
(二)实验材料要求高
审计业务流程实验在材料数量和内容的要求上也较其他课程高出很多。一方面实验材料要涉及上述各项实验环节;另一方面,实验材料要在时间上有一定的跨度,需涵盖模拟企业一段时间(最好是一年)发生的所有经济业务;此外,由于实务和理论的发展,审计客体和审计工作底稿等需实时更新。这些因素对实验材料的数量和内容都提出了很高的要求。
(三)实验仿真难度大
实验的仿真性是实验质量的保证。然而众所周知,审计实务中的许多情景是不易模拟的。如观察、询问和监盘方法的运用,审计人员与管理层、治理层的沟通等等,都很难用文字、图表等形式描述得生动而全面。
(四)实验动态效果差
作为一项系统性较强的活动。审计业务流程的许多环节要在前段环节的工作结果下开展,而后段环节的工作结果又会对前段环节提出调整的要求。比如,在审计测试中发现的新情况,会影响到计划阶段对重要性水平判断的合理性,重要性水平的调整。又直接影响原定计划;在终结审计阶段,与管理层沟通的结果和被审计单位认可的调整程度,直接影响到审计人员下一步的工作安排和报告类型。实验中要呈现诸如此类承前启后、交错复杂的动态特征,是目前审计教学软件中较难解决的问题。
尽管存在各方面的困难,开发和运用审计实验仍然是完善该课程教学不可忽视的内容。
三、审计实验设计
审计业务流程具有较强的系统连贯性,应当采用综合实验的形式开展实务训练。一项完善的审计业务流程综合实验。应当包含完整的报表审计项目,以模拟企业为审计对象。提供企业各项基本情况资料、行业法律等环境资料。以及一个会计期间整套业务信息和账项体系的实务版本,能够涉及几乎所有审计业务流程的训练。该实验内容多、系统性强,对师资、软件和硬件都有很高要求。
本文中研究的安全审计系统是北京市重点实验室科、研项目“智能化无线安全网关”的一部分.智能化无线安全网关在无线网关上集成具有IDS和防火墙功能的模块,以及控制和阻断模块,这些功能模块在统一操作系统的基础上,既各司其职,又密切合作,共同完成防范、预警、响应和自学习的功能,构成一个有机的安全体系.
无线网关的安全审计系统,其主要功能就是在事后通过审计分析无线安全网关的日志信息,识别系统中的异常活动,特别是那些被其它安全防范措施所遗漏的非法操作或入侵活动,并采取相应的报告,以有利于网络管理员及时有效地对入侵活动进行防范,确保网络的安全[1].
1、系统功能概述
无线网关安全审计系统是针对无线网络的安全运作而提出的,主要包括数据控制、数据采集、日志归类、日志的审计与报警等几大基本功能.首先,审计系统的数据控制模块对进出的数据信息进行严格的控制,根据预定义的规则进行必要的限制,适当地降低风险.其次,安全审计系统的数据采集模块收集无线安全网关的网络日志、系统日志及用户和应用日志.随后,采集部件收集到的日志记录被送到日志归类模块,根据日志记录行为的不同层次来进行分类.最后,使用审计与报警模块对日志记录进行审计分析.这时可以根据预先定义好的安全策略对海量的日志数据进行对比分析,以检测出无线网关中是否存在入侵行为、异常行为或非法操作.管理员可以初始化或变更系统的配置和运行参数,使得安全审计系统具有良好的适应性和可操作性.
2、系统设计
2.1系统结构组成
2.2设计思想
系统从数据采集点采集数据,将数据进行处理后放入审计数据库,采用有学习能力的数据挖掘方法,从“正常”的日志数据中发掘“正常”的网络通信模式,并和常规的一些攻击规则库进行关联分析,达到检测网络入侵行为和非法操作的目的.
2.3系统的详细设计
系统的处理流程
2.3.1数据的控制.数据控制模块使用基于Netfilter架构的防火墙软件ipbrs对进出的数据信息进行严格的控制,适当地降低风险.
2.3.2数据的采集.数据采集模块,即日志的采集部件.为了实现日志记录的多层次化,需要记录网络、系统、应用和用户等各种行为来全面反映黑客的攻击行为,所以在无线安全网关中设置了多个数据捕获点,其中主要有系统审计日志、安全网关日志、防火墙日志和入侵检测日志4种.2.3.3日志的归类.日志归类模块主要是为了简化审计时的工作量而设计的,它的主要功能是根据日志记录行为的不同层次来进行分类,将其归为网络行为、系统行为、应用行为、用户行为中的一种,同时进行时间归一化.进行日志分类目的是对海量信息进行区分,以提高日志审计时的分析效率.
2.3.4日志审计与报警.日志审计与报警模块侧重对日志信息的事后分析.该模块的主要功能是对网关日志信息进行审计分析,即将收到的日志信息通过特定的策略进行对比,以检测出不合规则的异常事件.随着审计过程的进行,若该异常事件的可疑度不断增加以致超过某一阈值时,系统产生报警信息.该模块包括日志信息的接收、规则库的生成、日志数据的预处理、日志审计等几个功能.
3、系统的实现
3.1系统的开发环境
智能无线安全网关安全审计系统是基于linux操作系统开发的B/S模式的日志审计系统.开发工具为:前台:WindowsXPprofessional+html+php,后台:Linux+Apache+Mysql+C++.
3.2日志归类模块的实现[2-3]
无线网关的日志采用linux的syslog机制进行记录,sys-log记录的日志中日期只包含月和日,没有年份.在该模块中,对日志记录的syslog机制进行一些改进,克服其在日志中不能记录年的问题.
下面以无线网关的日志为例,说明其实现过程.网关日志的保存文件为gw.log,用一个shell脚本,在每月的第一天零点,停止syslogd进程,在原来的文件名后面加上上一个月的年和月,如gw.log200603,再新建一个gw.log用于记录当月的日志,再重启syslogd记录日志.这样就把每月的日志存放在有标志年月的文件中,再利用C++处理一下,在记录中加入文件名中的年份.
3.3日志审计与报警模块的实现
3.3.1日志审计模块的处理流程
3.3.2规则库生成的实现.安全审计系统所采用的审计方法主要是基于对日志信息的异常检测,即通过对当前日志描述的用户行为是否与已建立的正常行为轮廓相背离来鉴别是否有非法入侵或者越权操作的存在.该方法的优点是无需了解系统的缺陷,有较强的适应性.这里所说的规则库就是指存储在检测异常数据时所要用到的正常的网络通信及操作规则的数据库.规则库的建立主要是对正常的日志信息通过数据挖掘的相关算法进行挖掘来完成.
首先系统从数据采集点采集数据,将数据进行处理后放入审计数据库,通过执行安全审计读入规则库来发现入侵事件,将入侵时间记录到入侵时间数据库,而将正常日志数据的访问放入安全的历史日志库,并通过数据挖掘来提取正常的访问模式.最后通过旧的规则库、入侵事件以及正常访问模式来获得最新的规则库.可以不停地重复上述过程,不断地进行自我学习的过程,同时不断更新规则库,直到规则库达到稳定.
3.3.3日志信息审计的实现.日志审计主要包括日志信息的预处理和日志信息的异常检测两个部分.在对日志进行审计之前,首先要对其进行处理,按不同的类别分别接收到日志信息数据库的不同数据表中.此外,由于所捕获的日志信息非常庞大,系统中几乎所有的分析功能都必须建立在对这些数据记录进行处理的基础上,而这些记录中存在的大量冗余信息,在对它们进行的操作处理时必将造成巨大的资源浪费,降低了审计的效率,因此有必要在进行审计分析之前尽可能减少这些冗余信息.所以,在异常检测之前首先要剔除海量日志中对审计意义不大及相似度很大的冗余记录,从而大大减少日志记录的数目,同时大大提高日志信息的含金量,以提高系统的效率.采用的方式就是将收集到的日志分为不同类别的事件,各个事件以不同的标识符区分,在存放日志的数据库中将事件标识设为主键,如有同一事件到来则计数加一,这样就可以大大降低日志信息的冗余度.在日志信息经过预处理之后,就可以对日志信息进行审计.审计的方法主要是将日志信息与规则库中的规则进行对比,如图3所示.对于检测出的不合规则的记录,即违反规则的小概率事件,记录下其有效信息,如源、目的地址等作为一个标识,并对其设置一怀疑度.随着日志审计的进行,如果属于该标识的异常记录数目不断增加而达到一定程度,即怀疑度超过一定阈值,则对其产生报警信息.
4、数据挖掘相关技术
数据挖掘是一个比较完整地分析大量数据的过程,一般包括数据准备、数据预处理、建立数据挖掘模型、模型评估和解释等,是一个迭代的过程,通过不断调整方法和参数以求得到较好的模型[4].
本系统中的有学习能力的数据挖掘方法主要采用了3种算法:
1)分类算法.该算法主要将数据影射到事先定义的一个分类之中.这个算法的结果是产生一个以决策树或者规则形式存在的“判别器”.本系统中先收集足够多的正常审计数据,产生一个“判别器”来对将来的数据进行判别,决定哪些是正常行为,哪些是入侵或非法操作.
2)相关性分析.主要用来决定数据库里的各个域之间的相互关系.找出被审计数据间的相互关联,为决定安全审计系统的特征集提供很重要的依据.
3)时间序列分析.该算法用来建立本系统的时间顺序模型.这个算法有利于理解审计事件的时间序列一般是如何产生的,这些所获取的常用时间标准模型可以用来定义网络事件是否正常.
一、审计项目组织的流程控制管理模式的设计思路
以审计项目组织控制流程图和项目组织实施时限控制标准、项目组织实施文本控制标准以及项目组织实施职责控制标准四个功能模块的设立,来实现控制规范化流程、控制标准化实施和控制标准化记录的过程目标,最终实现控制审计过程、实现规范管理的终极目的。其优越性是,摒弃粗放的审计制度规范形式,建立具有自身鲜明特点,具有可操作性强,对审计项目的组织和实施真正具有实际指导意义、真正能够规范和控制审计项目的组织实施和管理的标准流程规范体系。
二、审计项目组织的流程控制管理模式的构成及作用机制
审计项目组织的流程控制管理模式由审计项目组织控制流程图和项目组织实施时限控制标准、项目组织实施文本控制标准以及项目组织实施职责控制标准四个功能模块共同构成,以实现控制规范化流程、控制标准化实施和控制标准化记录的过程目标,最终实现控制审计过程、实现规范管理的终极目的。审计项目组织的流程控制管理模式以审计项目组织控制流程图和项目组织实施时限控制标准共同作用实现审计项目组织实施流程规范化的控制目的:以项目组织实施时限控制标准和项目组织实施文本控制标准共同作业实现审计项目组织实施标准化实施的控制目的;以项目组织实施文本控制标准和项目组织实施职责控制标准共同作用实现审计项目组织实施控制标准化记录的控制目的。通过对以上审计项目组织实施流程规范化、审计项目组织实施标准化和审计项目组织实施标准化记录三个间接控制目的的控制,实现控制审计过程、实现审计规范管理的最终目标。
审计项目组织控制流程图明确描述审计项目组织管理和实施的整个过程的整体控制流程和各个环节的控制子流程及其子子流程,将审计项目组织管理和实施的整个过程和流程加以明确,保证审计项目组织实施过程符合内部审计准则和各个层面相关审计制度的规定,保证流程规范。
三、项目组织实施时限控制标准
项目组织实施时限控制标准将项目组织实施过程中各个具体的环节包括项目立项组织、编制审批项目审计计划、审前调查、编制审批项目实施方案、编制批准下达审计通知书、实施审计、修订审批审计计划和项目实施方案、分析汇总审计结果、审计结果评审复核、出具正式审计结果和审计结果执行结果及审计资料移交等各个控制环节的工作时限加以明确和规范,保证项目组织实施过程规范和实施行为规范,避免审计项目实施过程拖拉或因各种主观、客观原因草率实施,不按审计项目计划规划的审计期间范围实施审计,缩小审计覆盖的期间范围,审计项目实施方案规定的实施内容执行不到位,无法保证审计项目实施质量等诸多问题。
四、项目组织实施文本控制标准
项目组织实施文本控制标准将审计项目组织管理和实施的整个过程中所使用审计文本相关规范要求加以明确,具体包括审计通知书、审计计划、审计项目实施方案、审前调查方案、审前调查报告、审计工作记录、审计证据、审计工作底稿、审计报告、审计决定等审计文本的格式以及内容等方面的具体规范和要求,保证审计项目组织实施行为规范,形成的审计记录规范,符合内部审计准则和各个层面相关审计制度的规定。其中的审计项目实施方案标准文本格式,突破了以往普遍采用的文字叙述格式,而是创新设计出清晰简洁的表格格式,格式虽然简洁明晰,但功能却远远超出原文字叙述格式。比如,原文字叙述格式的审计项目实施方案,虽在描述中明确了审计内容的责任人,但缺乏具体实施的审计程序,而且对于责任人实际是否实施审计程序、实施了哪些审计程序均缺乏记录、反映和追踪检查。表格式的审计项目实施方案,采取统一的格式,格式要求的内容包括:审计项目名称、实施审计单位、被审计单位(部门)、延伸审计单位(部门)、审计人员配置包括组长和主审、方案编制人、审批人、底稿类别、索引号、审计目的、审计依据、审计时间范围、审计需要提供的资料、审计采用的方法、审计采用的主要步骤、审计内容及其重要标记、审计的具体对象或环节以及重要的审计程序及其责任分工、执行标记、责任分工执行人签名备注、执行结果底稿索引号、详细的审计时间规划以及审计实施方案的变更及其审批、其他备注事项和要求等。表格式的审计项目实施方案不仅要求列明审计内容及其重要标记、审计的具体对象或环节以及重要的审计程序及其责任分工,还要求责任分工人对于执行审计程序情况予以确认和标记并要求责任分工人对执行审计程序情况的执行标记予以签名确认或进行备注。对于审计程序执行情况标注了完成标记的,要求明确标注出执行结果底稿索引号;对于审计程序执行情况未能标注完成标记的,要求备注说明未能完成执行的原因和情况。以方便审计项目负责人检查、复核并根据检查复核情况及时考虑调整审计程序,也便于日后对审计项目实施情况及其审计质量的检查和复核评审。创新设计和采用的表格式的审计项目实施方案,摒弃了传统格式的繁复和功能的缺失,简约却不简单,其将PDCA循环管理理论的对于质量管理活动的计划、执行、检查、处理四个阶段的内容全部涵盖在这一张表中,对于计划(审计程序、审计时间规划等)、执行(执行标记、签名备注)、检查(对照检查清晰明了)和处理情况(审计程序、规划的调整)四个循环的内容均予以规范记录和清晰反映。审计项目组织实施文本控制标准不仅对审计项目实施方案的格式进行了突破创新设计和统一规范,也将审计项目组织实施和管理的整个过程中所使用其他审计文本包括审前调查方案、审前调查报告、审计工作记录、审计证据、审计工作底稿、审计报告、审计决定等审计文本的格式以及内容等方面加以具体规范和要求,保证审计项目组织实施行为规范,形成的审计记录规范。
五、项目组织实施职责控制标准
审计项目组织实施职责控制标准依据相关原则规定,将审计项目组织管理和实施的整个过程中包括审计项目立项组织、编制审批审计项目审计计划、审前调查、编制审批审计项目实施方案、编制批准下达审计通知书、实施审计、修订审批审计计划和审计项目实施方案、分析汇总审计结果、审
计结果评审复核、出具正式审计结果和审计结果执行结果及审计资料移交等各个控制环节的各个相关人员包括审计部门负责人、审计组长、主审和审计成员在各个控制子环节及其子子环节的职责范围具体加以明确和规范,保证在审计项目实施中职责分工清晰明确,并配合审计项目组织实施文本控制标准系统功能,将以上各环节、各相关人员的职责在标准审计文本和记录中予以明确记录和反映,以便相关责任的追查和追究,保证审计项目组织实施职责分工明确到位、审计项目组织实施行为规范、形成的审计记录规范。
审计项目组织的流程控制管理模式通过以上审计项目组织控制流程图和项目组织实施时限控制标准、项目组织实施文本控制标准以及项目组织实施职责控制标准四个系统功能的设置,实现了控制规范化流程、控制标准化实施和控制标准化记录的过程目标,以及控制审计过程、实现规范管理的终极目的。审计项目组织的流程控制管理模式不仅明确规范了审计项目组织管理的主控制流程,而且也明确规范了每个控制环节的子控制流程及其子子控制流程;不仅从控制审计质量的角度出发对审计计划、审计方案等审计文本格式进行了规范统一,而且也对审计文本的内容进行规范要求;不仅规范了审计项目组织实施各个环节的规范流程,而且也对每个子流程的工作时限制定了明确控制标准;不仅规范了审计项目组织实施各个环节的规范流程和每个子流程的工作时限控制标准,而且也对每个控制环节中每个与审计项目相关人员的职责予以明确。实现了对审计项目的组织实施过程的全方位规范和全过程规范管理。
关键词:业务流程 ERP应用 风险审计
一、基于业务流程转变实施ERP应用风险审计的必要性
(一)ERP系统上线后业务流程发生根本性变化
ERP系统实施以前,许多基于计算机的业务系统,基本都是围绕某一业务功能或者是职能部门运行的,比如远光财务系统、远方物流系统等。这些系统都不是基于跨部门的流程来设计的。ERP系统中单一的数据库,使过去跨部门的审批流程得到简化和压缩。压缩所造成的一个结果是,用于企业内部控制的许多审计线索在ERP系统的引入后消失了。同时,企业过去基于文件审批的内部控制机制,也无法适应ERP基于流程的管理需要。
(二)ERP的系统特性对公司的风险管理提出了新的要求
实施ERP系统后,公司所遇到的业务风险一般来自四个方面:业务流程、应用架构、数据质量和技术架构。其中,业务流程的转变对企业内部控制的影响最大,对企业内部管理和财务方面的监控提出了新的要求,这方面的风险特征相比过去发生了根本性的变化。
二、基于业务流程转变实施ERP应用风险审计的主要途径
基于业务流程转变实施ERP应用风险审计是针对由ERP系统实施所带来的新的业务控制风险,对公司内部控制体系做出重新评估和完善。通过充分评估ERP环境中的控制方式,一种是基于系统的控制,另一种是基于流程的控制。将由于“流程自动化”带来的内部控制可能的削弱作为风险敞口进行重点审查。结合流程追溯法、循环测试法、实时审计法、系统辅助法和专家分析法五种ERP风险审计方法,合理运用了风险审计步骤,从风险描述、风险成因、风险影响、风险评价多个维度对ERP应用风险性质、影响结果进行详细的定性分析。
三、基于业务流程转变实施ERP应用风险审计的具体做法
(一)审前准备阶段
1、制定审计目标
ERP系统是建立在对业务流程进行优化重组的基础之上的,针对由ERP系统实施所带来的新的业务控制风险,我们需要对公司内部控制体系做重新评估和完善。在审计目标的确立上应考虑:一是业务流程的转变打破了原有的权力分配模式,触动了一些部门或个人的利益,系统上线后能否按既定的模式运行以及运行效果如何?二是由于上线时间紧迫,实施时设定的业务流程是否是最佳流程?三是即使当时是最佳的业务流程,也会因为上线后运行环境的变化而有进一步优化的必要?
2、选择审计范围
ERP系统覆盖生产、采购、设备、财务、人资等公司运营管理的各个层面。在审计范围的选择上如果对每个流程和控制点都进行风险评估在资源的利用上是非常不经济的。因此,对ERP应用风险审计范围的选择应采取逆向思维的方法,首先从公司整个业务风险域中寻找具有最大风险的业务流程,进而确定有哪些ERP模块在支持这些业务流程。在实施过程中,通过对各模块关键用户的访谈,来确定评估范围。
3、确立审计内容
在ERP环境下,舞弊和错误均由原来的手工操作变成了由系统程序来完成,不留任何纸面痕迹,从而使风险更加隐蔽、层次更高、内涵更深,风险识别、评估和应对的难度更大。首先对ERP系统的薄弱环节进行风险分析,进而确立基于业务流程转变可能引发的风险类型,得出下列结论:一是伪造数据输入的舞弊类风险;二是错误数据输入的数据质量风险;三是应用操作控制变化的系统用户授权风险;四是应用层面的操作风险;五是脱离ERP业务流程的非集成风险;六是运行过程中的流程风险。
(二)审计现场实施阶段
1、流程追溯法
审计时遵循溯本求源的思路,提高对风险的识别和评价能力,根据追溯结果判断审计事项的发展方向,明确相关审计事项,评价风险应对措施的适应性及有效性,并提出进一步改进的意见。这种方法适用于伪造数据输入的舞弊类风险。
以项目模块中ERP环境下的虚构项目为例,在ERP项目模块中,根据项目管理流程,设计了相应的操作流程,这些ERP操作环节除了项建阶段涉及上级公司权限外,均要涉及公司工程管理相关部门,包括项目管理部门、物资部门、财务部门,整个流程因牵涉多个部门,会形成一定的内部牵制机制。但如果出现公司管理层主导的集体伪造ERP数据时,从项目WBS的创建、物资的采购、出入库、项目的服务确认、项目的竣工财务转资等流程一路绿灯,配套的物资采购合同、出入库单据、服务合同、发票、开竣工资料、工程决算资料等纸质资料和签字手续一应俱全。那么在ERP中运行的整个工程项目流程只能是一条经人为虚构的“完美”流程。
2、循环测试法
审计时通过查找各模块中的非集成业务风险,通过对比某一具体业务在单项功能中的运行结果和在系统集成功能下的运行结果,进而从ERP内部控制环境中寻找流程控制的风险点。这种方法适用于脱离ERP业务流程的非集成风险和运行过程中的流程风险。
以物资模块中线外采购为例,在ERP物资模块中,根据物资管理流程,从采购订单-发票校验-材料入库-材料出库有特定的业务流程,而往往对于成本中一次性消耗的大宗物料非集成风险频数较高,这类业务经常是绕过“线上”的ERP业务集成而直接采用“线下”的总账凭证在财务模块实现。这类业务涉及物资金额大、数量多,存在很大的二级库管理风险,如ERP系统外物资管理流程缺失的话,很容易造成物资流失。
3、实时审计法
审计人员可以根据需要实时收集自已感兴趣的资料,并通过系统将这些资料实现共享,从而进行实时审计,以弥补事后审计线索不充分的缺陷,为事前、事中审计创造条件。这种方法适用于错误数据输入的数据质量风险和应用层面的操作风险。
参考文献:
[1]王晓霞.企业风险审计(第二版).中国时代经济出版
[2]皮克特.风险管理过程审计(英).东北财经大学出版
[3]李瑛玫.信息化环境下独立审计风险研究.知识产权出版社
关键词:对称式基坑;共形映射;渗流;涌水量
中图分类号:TU46.3文献标志码:A文章编号:16744764(2017)01010606
收稿日期:20160712
基金项目:国家自然科学基金(51304088)
作者简介:曹净(1966),男,博士,教授,主要从事岩土工程研究,(Email) 。
Received:20160712
Foundation item:National Natural Science Foundation of China ( No.51304088)
Author brief:Cao Jing (1966),PhD, Professor, main research interest: environmental geotechnical engineering,(Email) .Calculation Method of seepage discharge for symmetric foundation pits
Cao Jing1,Zhang Bingjun1,2 ,Liu Haiming1
(1. Faculty of Civil Engineering and Mechanics, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650500,
P. R. China; 2.Weifang Architectural Design & Research Institute Co., LTD. Weifang 261041, Shandong, P. R. China)
Abstract:In recent years, with the development of crossingriver tunnels and subways, there are more and more symmetric foundation pits. Based on conformal mapping, the mathematical modeling is built and the expression of seepage discharge in pensile curtain foundation pit is deduced, then calculation parameters of seepage discharge are analyzed. The results showed that the seepage discharge of symmetric foundation pit has direct ratio with permeability coefficient and the water head between the outside and inside of foundation pit. And the seepage discharge of symmetric foundation pit is in inverse correlation to the ratio of the distance between the top of relative impermeable layer to the bottom of foundation pit and the distance between pensile curtains, to the ratio of the embedded depth of pensile curtain and the distance between the top of relative impermeable layer to the bottom of foundation pit, and to the ratio of water head between the outside and inside of foundation pit and the distance between the top of relative impermeable layer to the bottom of foundation pit.
Keywords:symmetric foundation pit; conformal mapping; seepage; discharge
随着中国城市基础建设的快速发展,地下空间的开发利用正成为各大城市的新热点,随之涌现出大量的深基坑。在基坑施工过程中常常因地下水的存在会引起一系列的问题,其中基坑的涌水量成为基坑降水设计和施工过程中所要重点考虑的问题。当基坑工程地质条件、水文地质条件变化不大或宽度较小时,可近似地认为基坑两侧采取的止水帷幕、基坑内外地下水位、基坑渗流区土层厚度及渗透系数成纵向对称,本文针对此类对Q式基坑进行涌水量计算和渗流分析。
共形映射又称保角映射,是复变函数的一个重要分支,广泛应用于流体力学[15]、复合材料断裂[68]、隧道围岩应力变形[911]、电磁场理论[1214]。本文利用共形映射将有止水帷幕的对称式基坑渗流平面转化为带状区域,推导其单宽涌水量的计算表达式,并对对称式基坑渗流单宽涌水量计算参数进行分析。
1解析解推导
在城市基坑降水施工过程中,为保证基坑周边已有建构筑物、设施、管线的正常使用,《建筑基坑工程检测技术规范》要求基坑坑外地下水位变化累计值不超过1 000 mm,变化速率不超过500 mm/d。故假定基坑坑外地下水位保持不变,如图1所示。
图1对称式基坑渗流示意图
Fig.1 schematic diagram of seepage field
in symmetric foundation pits图1为对称式基坑示意图,为了简化计算,假定渗流区土层为均质、各向同性,地下水运动符合达西定律,基坑开挖深度为H,基坑坑外地下水位与地面齐平,坑内水位降到坑底,即H也为基坑内外水头差,图中边agfg′a′为隔水边界或相对隔水边界,止水帷幕嵌固深度为h,渗流区土层厚度为T,基坑两侧止水帷幕间距为2S,则S为基坑两侧止水帷幕间距的一半。
止水帷幕厚度相对于基坑开挖深度、嵌固深度等可以忽略不计,含水层为双连通区域,可沿虚线nn′将基坑渗流区划分为两对称区域,且虚线为一条流线,因而可利用图1中的左边平面进行基坑渗流求解。
对图1的左侧平面的单连通区域(如图2所示)进行分析。对称式基坑渗流问题的解析解可以表达为w(z)=φ(x,y)+iψ(x,y),(z=x+iy)(1)式中:w为复势平面;φ为势函数;ψ为流函数;z为复数变量。
图2z平面渗流区示意图
Fig.2z plane schematic diagram of
seepage field in symmetric foundation pits 在ab边界上,φ=-kH;
沿agfe界上,ψ=q;
沿bcd边界上,ψ=0;
在de边界上,φ=0。
为了将图2中的z平面映射到图3中的t平面,由施瓦兹克里斯托费尔映射公式可得z=S-iP∫t0x-βx+αdxx(x-ε)(x-1)(2)式中:α>0;0
图3t平面中的渗流区
Fig.3seepage field in t planefe:T-HP=∫κ20β-tt+αdtt(ε-t)(1-t)(3a)ed:SP=∫1κ2β-tt+αdtt(t-ε)(1-t)(3b)dc:hP=∫β1β-tt+αdtt(t-ε)(t-1)(3c)cb:H+hP=∫∞βt-βt+αdtt(t-ε)(t-1)(3d)令:ε=κ2,得: κ′=1-κ2(4)式中:κ为模数;κ′为补模数。
根据文[15]可得T-H2P=1+βα∏0-κ2α,κ-K(κ)(5a)
S2P=α+β1+αΠ0κ′2α+1,κ′-K(κ′) (5b)
h2P=β-κ2α+κ2Fβ-1β-κ2,κ-
κ′2(α+β)(α+κ2)(α+1)Πβ-1β-κ2,α+κ21+α,κ(5c)
H+h2P=1+βαΠ1β,-α,κ-
βαF1β,κ(5d)式中:F(z,κ)=∫z0dx(1-x2)(1-κ2x2)为第一类非完全椭圆积分;K(κ)=F(1,κ)为第一类完全椭圆积分;κ为模数;Π(z,n,κ)=∫z0dx(1+nx2)(1-x2)(1-κ2x2)为第三类非完全椭圆积分;Π0(n,κ)=Π0(1,n,κ)为第三类完全椭圆积分。简化式(5),可得T-HS=1+βαΠ0-κ2α,κ-Kκα+β1+αΠ0κ′2α+1,κ′-K(κ′)(6a)
hT-H=β-κ2α+κ2Fβ-1β-κ2,κ1+βαΠ0-κ2α,κ-K(κ)
-κ′2(α+β)(α+κ2)(α+1)Πβ-1β-κ2,α+κ21+α,κ1+βαΠ0-κ2α,κ-K(κ)(6b)
H+hT-H=1+βαΠ1β,-α,κ1+βαΠ0-κ2α,κ-K(κ)-
βαF1β,κ1+βαΠ0-κ2α,κ-K(κ)(6c)求解等式(6),可求得参数α、κ、β的值。
为了使上方程组简化,令T1=T-H(7)式中:T1即为基坑(相对)隔水层层顶到坑底的距离。
下面将图2中的渗流区域映射到图4中,在ω平面中,ω=φ+iψ,参数ψc、ψf、ψg、q为未知变量,为了方便计算,用式(8)(辅助函数)进行变化。ω=ωqK(m′)-K(m)(8)式中:m为模数;0
K(m)=∫10dx(1-m2x2)(1-x2)(10)通过式(8)可将图4中的渗流区域映射到图5中。
图4ω平面中的渗流区
Fig.4seepage field in w plane图5ω平面中的渗流区
Fig.5seepage field in ω plane由图4和图5中b点对应关系可得K(m)=kHqK(m′)-K(m)(11)整理得q=12kHK(m′)K(m)(12)为了计算方便,将图5平面渗流区域共形映射到图6的上半平面。
图6ξ平面中的渗流区
Fig.6seepage field in ξ plane最终,可将问题简化为图3和图6之间共形映射关系的求解,由文[16]知,tξ之间的关系可通过a、b、d三点的对应关系进行确定,故关系式可以表达为t=A+B1-ξ(13)由点a、点d的对应关系得A+B1-1m=-α
A+B1-(-1)=1 (14)
t=2m+α(m-1)1+m+2(m-1)(α+1)(m+1)(ξ-1) (15)由点e在图3和图6中的对应关系,代入式(15)可得κ2=ε=2m+α(m-1)1+m+2(m-1)(α+1)(m+1)-1m-1(16)整理式(16)得(α+ε)m2+2(ε-α-2)m+ε+α=0(17)求解式(17)得m=α-ε+2-2(1-ε)(1+α)α+ε(18)通过m值,可用式(12)求解对称式基坑渗流的单宽涌水量。
前面公式推导过程知,计算对称式基坑渗流单宽涌水量的步骤为
1)先联立等式(6)三式,求得参数α、κ、β的值;
2)再利用式(18),求得m的值;
3)最后利用式(12)求得基坑的单宽涌水量。
通过式(6)、式(18)知,m值与T1S、hT1、HT1有关。
2影响参数分析
在上述模型中,影响对称式基坑单宽涌水量q计算的参数有:基坑内外水头差H、基坑(相对)隔水层层顶到坑底的距离与基坑两侧止水帷幕间距一半的比值T1S、止水帷幕嵌固深度与(相对)隔水层层顶到坑底距离的比值hT1 、基坑内外水头差H与(相对)隔水层层顶到坑底距离的比值HT1 以及渗流区土体的渗透系数k,本文仅对上述参数的影响进行分析。
图7对称式基坑示意图
Fig.7schematic diagram of seepage field2.1H的影响
当T1S、hT1 、HT1 、k一定时,由式(12)知:对称式基坑的单宽涌水量q与基坑内外水头差H成正比。
2.2T1S的影响
当hT1 、HT1 、k、H一定时,随T1S的增大,q先保持不变后减小,如图8所示。当T1S≤0.5时,q基本保持不变,T1S>0.5时,q大体呈线性降低。
图8当hT1=0.5、HT1=1时,q值随T1S的变化曲线
Fig.8The variation curve of q value with the change
of T1S when hT1=0.5 and HT1=12.3hT1 的影响
从图9可以看出,T1S、HT1 、k、H一定时,随着hT1的不断增大,q逐渐减小,整体趋势呈先快后慢再快。值得注意的是,当hT1 = 1,即止水帷幕嵌固到(相对)隔水层中,对称式基坑的单宽涌水量q为零。
图9当HT1=0.5、T1S=0.2时,q值随hT1的变化曲线
Fig.9The variation curve of q value with the change
of hT1 when HT1=0.5 and T1S=0.22.4HT1 的影响
如图10所示,当hT1、T1S、k、H一定时,随着HT1 的不断增大,q逐渐减小,整体趋势呈先快后慢。
图10当hT1=0.5、T1S=0.2时,q值随HT1的变化曲线
Fig.10The variation curve of q value with the change
of HT1 when hT1=0.5 and T1S=0.22.5k的影响
由式(12)可知,对称式基坑的单宽涌水量q与基坑土体的渗透系数k成正比,不受H、T1S、hT1、HT1 的影响。
3结论
假定渗流区土层为均质、各向同性,且地下水运动符合达西定律,基于共形映射理论,推导了对称式基坑单宽涌水量的计算表达式,通过对其参数进行分析,可以得到以下结论:
1)当T1S、hT1 、HT1 、k一定时,对称式基坑的单宽涌水量q与基坑内外水头差H成正比。
2)当hT1 、HT1 、k、H一定时,随着T1S的增大,对称式基坑的单宽涌水量q先保持不变后减小。
3)当T1S、HT1 、k、H一定时,随着hT1的不断增大,对称式基坑的单宽涌水量q逐渐减小,整体趋势呈先快后慢再快。当hT1 = 1,即止水帷幕嵌固到(相对)隔水层中,对称式基坑的单宽涌水量q为零。
4)当T1S、hT1、k、H一定时,随着HT1 的不断增大,对称式基坑的单宽涌水量q逐渐减小,整体趋势呈先快后慢。对称式基坑的单宽涌水量q与基坑土体的渗透系数k成正比,不受H、T1S、hT1、HT1 的影响。
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关键词:正负符号;基本方程;渗流力学
中图分类号:G642.421 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2012)03-0058-02
渗流力学是研究地层流体及其混合物在地层中流动规律的科学,只有掌握了流体在地层中的运动规律,才能科学合理地开发油气田,描述流体的运动规律需要借助于数学的原理和方法建立数学模型和求得结果,所求结果应能正确分析并解释实际的物理现象和物理问题。状态方程、达西公式和源(汇)的势的表达式是描述地下流体运动规律的基本方程,将在基本方程基础之上建立的数学模型结合相应求解条件,可以求解复杂流动情况下的油气渗流规律,并根据计算结果对实际问题进行分析和解释。
渗流力学基本方程中一些数学表达式的正负符号含有重要的物理含义,正负符号直接影响求解的结果和对结果的分析、解释和应用,为了防止正负符号的混淆和误用,本文从基本物理概念出发,对数学表达式中的正负符号进行辨析。
一、状态方程
状态方程用于描述物质特性参数随压力和温度的变化的情况,状态方程是根据压缩系数定义的数学表达式推导出来的,压缩系数表达式中的正负符号含有着不同的物理意义。同一地层及其所含流体的温度变化不大时,一般将流体在地层中的流动视为等温流动。等温压缩系数定义是指等温条件下,单位体系压力变化时的体系体积缩小率,其数学表达式为:C=±■■;式中,C、V、p分别为等温压缩系数,体系体积和体系压力。式中正负符号的确定原则:(1)压力增大时,若体系体积减少,取负号。此时体系体积的增量(终值与初值之差)为负值,压力增量(终值与初值之差)为正值,两者增量的比值为负值。压缩系数为标量,一般总规定其为正值。故需在上述表达式的右端前面添加负号,以便使右端总为正值,即保持压缩系数总为正值。(2)压力减小时,若体系体积也减小,取正号。此时体系体积增量为负值,压力增量为负值,两者增量的比值为正值,满足压缩系数为正值这一规定。
1.地层流体的等温压缩系数。对于地层孔隙中的流体,当地层压力(即地层孔隙流体压力)增加时流体体积会减小,按上述第一种原则需要添加负号,故C1=-■■;式中,C1、V1、p分别为地层流体的等温压缩系数,地层流体的体积和地层压力。若考虑流体压缩系数C1较小,将其按常量处理,再将质量M与流体体积V1及其密度ρ1的关系式M=ρ1V1代入上式,利用分离变量法积分后可得地层流体的状态方程:ρ1=ρ0e■;式中,p0和ρ0分别表示初始压力和初始流体密度。
2.地层岩石的等温孔隙压缩系数。由于上覆地层压力=基岩应力+地层压力,故井眼钻开后流体向井底流动,地层压力下降并向地层深处波及,原有的平衡关系被破坏,岩石孔隙在上覆地层压力作用下被挤压变形,孔隙体积减小,孔隙体积增量为负值,地层压力增量也为负值,两者变化量的比值为正值,按上述第二种原则应添加正号,故地层岩石的等温孔隙压缩系数:Cφ=■■式中,Cφ、Vφ、p分别为等温孔隙压缩系数,地层孔隙的体积和地层压力。若考虑地层孔隙压缩系数Cφ较小,可将其按常量处理,再将孔隙体积Vφ与p岩石外观体积Vs和有效孔隙度φ的关系式Vφ=φVs代入上式,利用分离变量法积分后可得地层岩石孔隙的状态方程:φ=φ0e■;式中,P0和φ0分别表示初始压力和初始地层孔隙度。
二、达西公式
流体流动遵循的基本规律是牛顿第二运动定律,即动量守恒定律,运动方程是流动流体动量守恒的数学描述。流体在多孔介质中流动时,因孔道形状不定、变化多端和岩石的比面很大,致使流体与固体孔道壁之间的粘性作用明显而又复杂,很难依据牛顿第二定律建立描述地下流体在多孔介质中流动时的运动方程。地下流体在多孔介质中流动时的运动方程是通过实验总结出来的,这就是达西公式。达西公式描述的是流体的流速与渗透率、流体粘度和压力梯度之间的关系。流速和压力梯度均为矢量,达西公式中正负符号的正确运用代表着流体流动时的流速和压力梯度的方向。流速值的正负容易确定,而梯度值的正负在确定时常发生混淆和误用。梯度是一个矢量,是标量场不均匀性的量度,梯度的大小(即梯度的模)等于函数值或物理量沿指定方向的单位长度上的增加率。一般取指定方向为坐标轴正向,梯度正负值的确定原则是:若函数值或物理量随坐标正向长度的增加而增加,则梯度为正值,表明梯度值增加的方向与坐标正向一致;若函数值或物理量随坐标正向长度的增加而减小,则梯度为负值,表明梯度值增加的方向与坐标正向相反。梯度的概念一般包括有:速度梯度,压力梯度,温度梯度等。
1.平面一维流动情形。取流体的流动方向为坐标轴正向,层流状态下在流动方向上任一点处的达西微分公式表示为:ux=-■■。添加负号的理由:沿坐标轴正向,流体的压力px随距离x的增加而降低,即压力梯度■为负值,而渗透率K和μ流体粘度均为标量,一般总规定标量为正值。因流体的流动方向沿坐标轴正向,流速ux为正值,故需在达西公式的右端添加一个负号,使右端的表达式始终为正值,以满足流速为正值这一条件。
2.平面径向流动情形。以井底为极点建立极坐标系,流体沿径向流向井底,流动方向指向极点而背离极坐标的正向,层流状态下在流动方向上任一点处的达西微分公式表示为:ur=-■■。添加负号的理由:沿极坐标的正向(即背离流动方向),流体的压力随极径的增加而增加,其径向压力梯度■为正值。因流体的流动方向背离极坐标的正向,径向流速ur为负值,故需在达西公式的右端添加负号,使右端的表达式始终为负值,以满足径向流速为负值这一条件。
三、源和汇的势的表达式
在油气渗流力学中,利用势函数有时会使流体的稳定流动问题求解大为简化,稳定渗流的势函数Φ(x,y,z)定义为:Φ(x,y,z)=■p(x,y,z)。上述定义中,流体为单相,流体和地层均考虑为均质且各向同性的,故渗透率K和流体粘度ur均为常量。流体以平面径向渗流方式流入或流出平面上一点时,该点分别被称为平面点汇和平面点源。流体以球形径向渗流方式流入或流出空间中的一点时,该点分别被称为空间点汇和空间点源。由源和汇的定义,并根据流体是被注入地层还是来自于地层这一实际情况,将注水井视为源,生产井视为汇。
1.平面点汇情形下的势的表达式。以点汇为极点建立极坐标系,距离极点为r处的流体以平面径向流方式流向点汇,流体的流动方向与极坐标正向相反,则平面径向渗流时的体积流量为:q=-Aμr=-2πrh・ur,式中h为生产层厚度。若令通过单位生产层厚度的体积流量qh=■,则qh=-2πr・ur添加负号的理由:流体以径向方式流向点汇,流动方向指向极点而背离极坐标正向,故径向流速ur为负值,乘积πr为正值,2πr・ur为负值。体积流量qh为标量,一般总规定标量为正值,故需在体积流量公式的右端添加负号,使右端的表达式始终为正值,以满足流量为正值这一条件。将前面提到的平面径向渗流情形下的达西微分公式ur=-■■代入上式,可得平面点汇情形下任一点的势的表达式:Φ汇=■lnr+C;式中,C是由边界条件确定的积分常数,下同。
2.平面点源情形下的势的表达式。以点源为极点建立极坐标系,极点处的流体以平面径向渗流方式沿坐标正向流向它处,距离极点为处的单位油层厚度上通过的体积流量为:qh=Aur=2πr・ur添加正号的理由:流体自点源沿径向方式流向它处,流体的流动方向沿极坐标正向,故径向流速为ur正值,公式右端的体积流量qh也为正值,公式左端和右端均满足正值这一条件。平面点源情形下的平面径向渗流的达西微分公式为:ur=-■■。添加负号的理由:沿极坐标正向,流体的压力随极径r的增加而减小,其径向压力梯度■为负值。因流体的流动方向与极坐标正向一致,即径向流速ur为正值,故需在达西微分公式的右端添加负号,使右端的表达式始终为负值,以满足径向流速ur为负值这一条件。根据以上两式最后可得平面点源情形下距离极点为r的任一点的势的表达式:Φ源=-■lnr+C。
3.空间点汇和空间点源情形下的势的表达式。对于空间情形建立相应的球坐标系,以求解势的表达式。在空间点汇情形下势的表达式的推导中,根据q=-Aur=-4πr2・ur和ur=-■■,其添加正负符号的理由同平面点汇情形下的一致,最后可得空间点汇情形下距离坐标原点为处的任一点势为:Φ汇=-■+C;。空间点源情形下势的表达式的推导中,根据q=Aur=4πr2・ur和ur=-■■,正负符号的取法同平面点源情形下的取法一致,最后可得空间点汇情形下距离坐标原点为r处的任一点势为:Φ源=■+C。
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公积金提前还款流程:
1、准备证件;
2、填写申请;
3、等待审批;
【关键词】水利工程;土石坝;渗流问题;对策
前言
土石坝既然作为一种最常见的水利工程,肯定具备着其它水利工程所不具备的优点。下文就对我国的土石坝工程的现状和存在的质量问题进行了分析。
1.土石坝的种类和特点
土石坝凭借着自身的优势,是我国目前水利工程中应用范围最广泛,应用数量最多的项目工程。由于土石坝的施工材料便于获取,主要用到的材料是土、石头、土石混合物等。这些材料都是可以随地取材的,所以,相比其它的坝型,土石坝的取材更加方便、容易获得。
1.1土石坝的特点
前面已经提到,土石坝的施工材料都是一些常见的材料,取材极其方便,因此相比于其的它坝型,土石坝更加节约钢材、木材和水泥等建筑材料。它主要用到的材料是土和石头,都是常见的材料,就地取材的优势,使得土石坝的施工大大节省了施工材料,投入的成本也大大减少了。另外,由于土石坝的材料来源随处可以获得,因此不需要投入太多的运输成本,不需要远途运材,这样就节省了材料运输上的投入。此外,土石坝由于建筑时的结构简单且维修起来也很容易,因此在一些高建筑或者扩建上,施工的程序少,要求也不高,所需的机械设备也是一些常见的设备。所以更容易投入使用。土石坝还有一个特点,就是它不同于其它的坝型,对地基的要求并不是很高,再加上土和石头自身本来就是一些散体的颗粒,所以它的适应性和变形性能都很高。
虽然,土石坝有着很多的优点,但是还是存在着一些不足。如坝身没有更好的溢流功能;不及混泥土土坝的导流性能;一旦遇上雨季,就不便于填筑工程的施行。
1.2土石坝的种类
土石坝的种类十分丰富,根据不同的分类标准可以分成不同的类型。主要有以下的分类:根据组成材料可以分为:土坝、石坝和土石混合坝。一是土坝,它的的坝体是用土料石和砂砾为主的材料作为建筑材料的;二是石坝,它的建筑材料主要是利用石渣、爆破石和卵石作为建筑材料的。三是土石坝,指的就是将两种材料按照一定的比例混合后构建的坝体。土石坝根据施工方法的不同又可以分为碾压式土石坝、冲填式土石坝、水中填土坝等不同类型的坝型。根据坝体高低程度的不同,又可以分为低坝、中坝以及高坝。近些年,应用最广泛的就是碾压式土石坝和高坝筑坝。
2.土石坝施工中的渗流问题以及防控
土石坝虽然有很多优点,但是也存在着一些问题,最显著的问题就是渗流问题。以下对渗流问题进行分析,提出了防控措施。
2.1土石坝的渗流问题
土石坝的建筑材料主要是一些方便获得的土、石头和砂砾,这些材料都是散体颗粒,我们都知道,颗粒之间一定会存在间隙,这样就很容易导致水的渗入。这也说明土石坝有着透水性,但是当渗入的水量超过了水库的容量的时候,就会导致水库的水位迅速提升,从而水库的压力随之增大,再加上水流不断的施加压力,水就会顺着坝身土料中的缝隙中渗入,这样就会使得坝身、坝基以及绕坝存在漏水的隐患。因此,我们需要对渗流进行控制,这样才不会使渗流对坝体的破坏最大化。当然,只要将渗流的水量控制到最小,水流就不会夹带太多的颗粒,水质也就自然呈现透明状态了。但是如果不对渗流量及时加以控制,就会形成很大的流量,再加上水流中夹杂了很多的颗粒,水质也就很浑浊了。
2.2异常水流的形成原因和控制措施
2.2.1异常水流的形成原因
异常水流的形成原因是各种各样的,有着自身的原因和外在的原因。坝体材料有着自身的特性。除此之外,还有其他三个方面的原因。一是对反滤层的设计,反滤层的设计十分重要。反滤层的施工,主要应用于坝体填土和排水体。如果在反滤层的设计上不合理,就会出现渗流异常的现象。如果设计不够合理,每一层之间的系数就会增加,因此很容易出现断混层,再加上填土的时候不厚紧密,就会造成渗流的时候会带着很多一些土流失。这样不但使反滤层的效果没有达到,反而会使反滤层的破坏程度增大,从而失去了反滤功能。如果想解决渗流问题,就要建立一定的防渗体系,而防渗体系中的最关键的环节就是反滤层。如果反滤层的设计合理,就会成为减少水压力的一种重要且有效的渠道,这样就会使得即使发生防渗体系出现异常的情况,也不会增大渗流的破坏程度。二是施工过程中的隐患发现和应对是十分重要的。防渗体系的建立一定要达到标准,如果反渗体不能达到基岩或者粘土层,再加上施工条件的有限性,就会使得开截水槽的质量无法得到保证,一些安全隐患也无法得到处理。三是土石坝的两岸岸坡会由于时间的长久性,形成台阶状。这是就需要对台阶状进行处理,将台阶做成平顺的坡度,但是如果在具体的施工的时候,没有进行有效的处理,就会使得平台处的填土坡度不相一致于两头的坡度,一旦存在高度差,就会造成因为沉降量的不同而引起裂缝的问题,最终造成渗透问题对坝体的破坏。
2.2.2异常水流的控制措施
对于异常水流的控制,主要是要以渗流的基础理论为防控的依据。通常来说,可以采用的方式和技术有:灌浆技术、反滤坝技术、土石坝坝坡滑动破坏加固技术等,这些技术的应用都可以对渗流进行有效的控制和处理。
3.土石坝施工的质量监管和控制
3.1基础的处理要高标准
不管是什么建筑,最重要的就是基础。一旦基础不够稳固,质量就不会得到保证。由于土石坝的填筑材料是土石,因此,对于坝基的承载力要求很高,对于地基的处理一定要达到高质量、高标准。只有这样,才能使得地基更加稳固。在地基达到一定的标准之后才可以进行填筑施工工作。
3.2了解实际地质环境,选择适当的施工时间
土石坝工程是一项露天工程,因此很容易受到天气的影响,再加上土石坝的构筑材料都是一些土或者砂砾,更容易受到水文气象的影响。因此,在进行施工工期安排的时候,必须对施工地点以及水文特点有一个深入的了解和熟悉,合理科学地安排施工工期,这样就会避免因工期的安排不当而造成整个施工的进度。在雨季,降水量是很大的,冬季又容易造成土料的冻结,所以在这个时候就不适合安排工期,因此,要尽可能地避免这些问题。
3.3保证坝体填筑材料的质量
只有保证了坝体填筑材料的质量,才能保证整个工程的质量。对于土料和石料的含水量以及纯度一定要进行严格的把控和监测,这些材料必须达到设计标准的要求后方可投入使用。对于料场的勘察工作也是不容忽视的,一定要保证用料的精准度,质量的高要求。
3.4对坝区进行加固
加固工作必不可少,必须重视。采用相应的技术进行坝区的加固,有利于坝体的质量的整体提高。
4.结语
综上所述,水利工程中土石坝施工渗流及质量控制是一项不容忽视的工作,应该不断加大监管力度,整体提高其质量。才能更好地促进工程质量的提升。
参考文献
[1]朱文俊.关于水利工程中土石坝施工技术质量控制研究[J].河南科技,2014,15:46-47.
[关键词]城市物流需求;货运量;BP神经网络预测模型
[DOI]10.13939/ki.zgsc.2016.32.043
1 引 言
随着物流业的兴起,各省市纷纷出台自己的物流发展战略,城市物流规划被提上了城市规划的战略高度,城市规划者希望通过大力发展物流业来带动城市经济的发展,改善城市的投资环境、增加对外资的吸引、解决城市就业压力等,但过快的增长容易造成物流实际供给能力与物流需求的不平衡。[1]因此,对物流需求进行精确预测是城市规划者的首要目标。但由于我国城市物流发展起步较晚,缺乏对现代物流发展理念与运作模式的正确认识,对于预测所需要的历史数据的统计也还很不完整,很不科学,各种物流发展政策的制定、各类物流基础设施的可行性研究等均缺乏物流需求的定量依据。因此,找到一种合适的对物流需求预测行之有效的方法,提高物流量预测的精度,就显得尤为重要。
目前对物流需求的预测计算方法有很多,其中使用最多的有计量经济学模型、回归分析法、灰色系统模型、神经网络模型以及组合预测模型。前两种精确度较高,但是需要了解预测对象与影响因素之间的变化关系以及对影响因素的未来发展趋势,难以实现。灰色系统模型适合短期预测且预测精确较低。人工神经网络是基于模仿大脑神经网络结构和功能而建立的一种信息处理系统,有很强的学习和泛化功能,预测精确度高。[2]
因此,本文以北京市为实例,尝试建立城市物流需求的BP神经网络预测模型。
2 城市物流需求度量指标及影响因素分析
2.1 度量指标分析
在现有文献中,对物流需求的度量可采用价值量和实物量两种度量体系。价值量的物流需求是指所有物流环节上全部服务价值构成的综合反映;实物量物流需求为不同环节和功能的具体作业量,如货运量、库存量等。由于城市物流是为满足城市的经济活动和居民生活,研究对象是城市内的所有物流活动,牵涉时间长、范围广,其价值量难以有效衡量,国家统计也缺乏这方面的数据。此外,城市物流活动的核心内容是货物运输和仓储,其中运输费用占物流总成本的二分之一以上,从此角度来说,货运量Y1的规模可以近似反映物流规模。[3]
2.2 影响因素分析
影响城市物流需求的因素十分广泛且复杂,本文主要从货运量的角度进行分析。一般来讲,影响一个城市的货运量的因素主要有地区生产总值X1、第一产业产值X2、第二产业产值X3、第三产业产值X4、区域零售总额X5、区域外贸总额X6、居民消费水平X7。[4]
2.3 关联度分析
通过灰色关联分析可论证物流需求度量指标货运量与影响因素之间存在强相关性。[5]
3 BP神经网络简述
BP神经网络是目前应用最广泛的人工神经网络,它是一种包含有一个输入层、多个隐含层和一个输出层的单向传播的多层前馈网络。
4 城市物流需求预测模型的建立
4.1 数据来源及预处理
本文选取的数据资料来源是《北京统计年鉴(2008)》(如表1)。根据样本数据选取原则,选取1991―2002年的数据作为网络训练样本,选取2003―2007年的数据为网络测试样本。
由于数据存在不同的量纲,需对其进行归一化处理,将数据处理为区间[0,1]之间的数据。归一化公式为:[6]
i=xi-xminxmax-xmin (1)
本文利用Matlab实现归一化过程。
4.2 BP网络结构设计
4.2.1 输入输出、隐层数及隐含节点数
据上面对影响因素的分析,确定生产总值等7个因子为输入节点,货运总量为输出节点。
由于单隐层BP网络的非线性映射能力非常强,这里采用单隐层的神经网络,而中间层的神经元个数需要通过试验来确定。由于输入神经元有7个,根据Kolmogorov定理,先设定网络的隐含层神经元个数为15。之后,分别取10和20,进行预测性能比较,确定最佳中间层神经元数目。通过预测误差对比曲线可知当中间层神经元数目为15时,预测误差最小。
4.2.2 传递函数及训练算法
实践证明中间层的神经元传递函数选用S型正切函数tansig,输出层神经传递函数选用S型对数函数logsig具有非常好的结果。由于函数trainlm收敛速度快,网络的训练误差也比较小,故本文训练时选用LM算法,训练次数为1000次,训练目标为0.0001,学习速率为0.1,其他参数参照MATLAB神经网络工具箱。
4.3 试验结果
训练时间大约0.49秒,训练了11次后,网络的目标误差达到要求,均方误差MSE为0.000955637/0.001,结果如图1、图2以及表2。由于训练的初始条件不同,每次训练的结果都不相同,可以经过多次的训练,使预测数据更加接近原始数据。
从图1、图2和表2得知,与回归(SPSS)模型相比,BP神经网络预测模型具有非常高的预测精度,预测数据和原始数据相对误差为0.1992%~2.2395%(剔除2007年的数据)。2007年出现大的误差是由于2008年北京奥运会对车辆的限行、工厂企业的停产以及其他的一些国家政策所引起的,另外2007年的货运量统计数据只包括营业性运量。因此,利用此BP神经网络模型对北京市物流需求进行预测计算是非常准确的。
5 结 论
本文以北京市为实例,利用BP神经网络建立了具有时间序列的城市物流需求预测模型并采用Matlab软件对模型进行了仿真。由建模过程以及仿真的预测结果表明:
(1)本模型的预测精度高,最大误差仅为2.2395.07%,平均误差为1.23%。如果考虑一些特殊因素,预测数据将更加精确。
(2)当数据出现误差和不连续时,模型能够根据前后的数据识别相关性,以及自我学习功能,做出精确的预测。
(3)模型计算简单,无须建立复杂的数学方程和编程,易于实现。
(4)模型预测规律受样本性质影响,只要样本选择得当,预测精度就由网络结构确定。
(5)该模型是依照以往历史数据进行预测,易受原始数据影响,而忽视未来发展趋势。
人工神经网络的强大功能已使其被用于社会的各个领域,并取得了令人鼓舞的成果。这给社会以及整个人类的生存发展带来了福音。
参考文献:
[1]张利学.城市物流需求预测方法研究[D].南京:东南大学,2006.
[2]韩力群.人工神经网络理论、设计及应用[M]. 北京:化学工业出版社,2007.
[3]蔡定萍.物流市场需求预测研究[D].南昌:江西财经大学,2006.
[4]文培娜,张志勇,罗斌.基于BP神经网络的北京物流需求预测及分析[J].物流技术,2009(6).