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基于深度强化学习的水质模型参数率定

环境科学学报 2024年第7期44卷 271-280页

作者：白冰董飞彭文启刘晓波中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100038 水利部京津冀水安全保障重点实验室北京100038

为提高水质模型参数率定的精度,避免局部最优及异参同效等现象,提出一种基于深度强化学习的水质模型参数率定方法.通过深度确定性策略梯度算法(DDPG)求解水质模型参数率定这一优化问题,并设置单参数、多参数率定等不同情景对比分析DDPG... 详细信息

为提高水质模型参数率定的精度,避免局部最优及异参同效等现象,提出一种基于深度强化学习的水质模型参数率定方法.通过深度确定性策略梯度算法(DDPG)求解水质模型参数率定这一优化问题,并设置单参数、多参数率定等不同情景对比分析DDPG的参数率定效果及其影响因素.结果表明:(1)DDPG参数率定的相对误差小于1.5%,率定效果良好;(2)根据DDPG参数率定结果能够完成参数的敏感性分析;(3)DDPG参数率定主要影响因素有奖励函数设置、动作选择时噪声的设置、神经网络训练情况等.该方法能够准确地完成水质模型的参数率定,并适用于各类水质模型,为水质模型的参数率定提供了一种可靠的方法.

关键词：机器学习深度强化学习水质模型参数率定

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基于环境DNA宏条形码的汉江上游黄金峡段鱼类多样性研究

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北京大学学报（自然科学版） 2024年第1期60卷 157-164页

作者：丁洋李艳艳赵进勇彭文启张晶任锦豪中国水利水电科学研究院北京100038 水利部京津冀水安全保障重点实验室北京100038 北京大学地球与空间科学学院北京100871

2020年,采用环境DNA宏条形码对汉江上游黄金峡鱼类多样性进行研究,并对比历史调查数据,构建汉江上游黄金峡段鱼类名录。从9个采样点中共检测出20种鱼类,占名录的45.45%;鲤鱼(Cyprinus_car-pio)、鲫鱼(Carassius_auratus)、圆吻鲴(Distoe... 详细信息

2020年,采用环境DNA宏条形码对汉江上游黄金峡鱼类多样性进行研究,并对比历史调查数据,构建汉江上游黄金峡段鱼类名录。从9个采样点中共检测出20种鱼类,占名录的45.45%;鲤鱼(Cyprinus_car-pio)、鲫鱼(Carassius_auratus)、圆吻鲴(Distoechodon_tumirostris)和银鮈(Squalidus_argentatus)为优势种;黄金峡上、下游Shannon指数存在显著性差异(P<0.01,n=9),上游鱼类Shannon指数明显大于下游,黄金峡水利枢纽是造成鱼类多样性空间差异的主要原因。环境DNA检测出的鱼类组成与过去传统方法监测的结果相近。环境DNA宏条形码技术是一种新兴的生物监测手段,可以辅助传统鱼类监测方法,快速检测汉江上游鱼类多样性及其空间分布。

关键词：环境DNA宏条形码鱼类多样性汉江上游黄金峡段

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分层湖库温跃层溶解氧极值现象研究进展

环境科学研究 2022年第12期35卷 2702-2715页

作者：董飞马冰彭文启刘晓波中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100038

分层湖库温跃层溶解氧(DO)极值现象包括温跃层DO极小(metalimnetic oxygen minimum,MOM)和温跃层DO极大(metalimnetic oxygen maximum)两类.本文通过系统调研国内外文献,详细梳理了两类极值现象的研究历程、形成原因、研究方法,及其对... 详细信息

分层湖库温跃层溶解氧(DO)极值现象包括温跃层DO极小(metalimnetic oxygen minimum,MOM)和温跃层DO极大(metalimnetic oxygen maximum)两类.本文通过系统调研国内外文献,详细梳理了两类极值现象的研究历程、形成原因、研究方法,及其对生态环境造成的影响,比较分析了两类极值现象的异同.结果表明:①成因方面.MOM的主要成因为浮游生物呼吸耗氧、有机物分解耗氧、边坡沉积物耗氧、DO垂向输移等自然因素,以及温跃层或温跃层下部取水、混合层或滞温层人工增氧等人为因素;温跃层DO极大现象的主要成因为浮游植物的生物作用.②研究方法方面.两类现象的研究方法主要为试验方法和模型方法.③对生态环境的影响方面.MOM会降低捕食者的捕食效率、阻碍水生生物垂向迁移、改变温室气体的垂向分布和释放过程等;温跃层DO极大现象会导致鱼类等水生动物患气泡病甚至死亡.基于当前研究进展,认为未来研究方法上应强化三维水动力-生物地球化学耦合数学模型的应用,研究内容上应进一步从多维度(垂向和水平)研究分层湖库DO的动力学过程,探究气候变化、极端天气、复合型极端气候事件对DO分层结构变化的影响.

关键词：湖库热分层溶解氧(DO) 温跃层DO极小(MOM) 温跃层DO极大

考虑关键物种全生命周期的减脱水河段生态流量研究

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水资源保护 2022年第6期38卷 175-184,201页

作者：于子铖张晶赵进勇彭文启丁洋张叶李轩中国水利水电科学研究院水生态环境研究所北京100038

针对引水式电站改变河流的水文水力学特性、地形地貌等天然状况,在电站与引水坝之间形成减脱水河段,使河流生态环境遭到破坏的问题,选取长江二级支流后溪河镇泉大坝下游作为研究河段,通过实地调研与资料收集,以当地土著、重点鱼类齐口... 详细信息

针对引水式电站改变河流的水文水力学特性、地形地貌等天然状况,在电站与引水坝之间形成减脱水河段,使河流生态环境遭到破坏的问题,选取长江二级支流后溪河镇泉大坝下游作为研究河段,通过实地调研与资料收集,以当地土著、重点鱼类齐口裂腹鱼作为指示性物种,考虑其全生命周期的生态过程,归纳得到产卵期水深、流速适宜性曲线。在识别研究河段现状地貌单元分布的基础上,考虑水深、流速阈值与底质特征,建立了水深、流速与水力单元的关系,识别了不同流量下索饵场、越冬场面积变化,并结合蒙大拿法,分时期、分阶段确定了减脱水河段的最佳、适宜、最小生态流量。

关键词：生态流量减脱水河段全生命周期关键物种水力单元生态环境后溪河

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拆坝对河流生态环境影响利弊研究综述

水利水电科技进展 2022年第4期42卷 94-102页

作者：雷阳董飞刘晓波彭文启陈渠昌中国水利水电科学研究院流域循环模拟与调控家重点实验室北京100038 中国水利水电科学研究院水生态环境研究所北京100038

为研究拆坝对生态环境影响的利弊,介绍了拆坝对水文情势、泥沙输运、河道地貌、河道水质、栖息地质量及生物多样性等生态的影响,综述了拆坝后河道物理化学及重要生态特性之间响应关系的研究进展。拆坝对生态环境的影响具有时空复杂性,... 详细信息

为研究拆坝对生态环境影响的利弊,介绍了拆坝对水文情势、泥沙输运、河道地貌、河道水质、栖息地质量及生物多样性等生态的影响,综述了拆坝后河道物理化学及重要生态特性之间响应关系的研究进展。拆坝对生态环境的影响具有时空复杂性,且各生态因子相互影响;水文情势的变化是所有生态响应的触发条件,泥沙输运是生态响应的关键性因子。为了河道长期连续性的开发与利用,研究泥沙输运及泥沙污染物的释放规律,预测拆坝后河道水质时空变化过程,分析流域尺度上生态系统之间的响应关系等对拆坝的评估决策十分重要。

关键词：拆坝生态影响泥沙输运河道地貌河流水质生物多样性

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二滩水库水温结构及其影响因素研究

水利学报 2009年第10期39卷 1254-1258页

作者：张士杰彭文启北京师范大学水科学研究院北京100875 中国水利水电科学研究院水环境研究所北京100038

应用MIKE3建立三维水温模型,对二滩水库水温结构进行数值模拟,发现该水库水温垂向分布呈现单温跃层和双温跃层两种型式。气象要素、库区来水流量和水体温度、水库出流位置及流量大小等是影响水温结构的主要因素。夏季二滩水库随着上游... 详细信息

应用MIKE3建立三维水温模型,对二滩水库水温结构进行数值模拟,发现该水库水温垂向分布呈现单温跃层和双温跃层两种型式。气象要素、库区来水流量和水体温度、水库出流位置及流量大小等是影响水温结构的主要因素。夏季二滩水库随着上游来水水温的升高,水库水温相应升高,但在温度异重流和紊流扩散的双重作用下,是水库中层均温层水体温度同步升高。大坝出水位置的改变,将使库区流态发生变化,随着出水口位置的下移,水库来水和出流形成的纵向水流随之向库底下潜,水库中层均温层垂向厚度增加,对库底水温的干扰增强。

关键词：水库水温水温模型影响因素

永定河(北京段)河流廊道生态修复技术与示范

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中国科技成果 2022年第17期23卷 18-21页

作者：彭文启无中国水利水电科学研究院水生态环境研究所中国水利水电科学研究院北京市水科学技术研究院北京师范大学水利部海河水利委员会水资源保护科学研究所北京林业大学

永定河是“六河五湖”中的重要河流之一,是贯穿京津冀生态功能区的天然走廊、京津冀区域重要的水源涵养区和生态屏障。《永定河综合治理与生态修复总体方案》规划将永定河恢复成为“流动的河、绿色的河、清洁的河、安全的河”,再现河道... 详细信息

永定河是“六河五湖”中的重要河流之一,是贯穿京津冀生态功能区的天然走廊、京津冀区域重要的水源涵养区和生态屏障。《永定河综合治理与生态修复总体方案》规划将永定河恢复成为“流动的河、绿色的河、清洁的河、安全的河”,再现河道清水长流、湖泊荡漾涟漪、沿岸绿树连绵、城乡山川相融的自然山水风貌。

关键词：永定河河流廊道水源涵养区京津冀区域生态功能区生态修复技术生态屏障综合治理

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高坝大库分层取水措施比选研究

水利学报 2012年第6期43卷 653-658页

作者：张士杰彭文启刘昌明北京师范大学水科学研究院北京100875 中国水利水电科学研究院水环境研究所北京100038

为了合理选择大型水库分层取水措施并进行下泄水温对生态环境的影响评估,采用MIKE3数学模型方法,模拟某高坝大库分别采用单层进水口、两层进水口、叠梁门多层取水等3种不同电站取水方案的水库水温结构及下泄水温,对比分析不同分层取水... 详细信息

为了合理选择大型水库分层取水措施并进行下泄水温对生态环境的影响评估,采用MIKE3数学模型方法,模拟某高坝大库分别采用单层进水口、两层进水口、叠梁门多层取水等3种不同电站取水方案的水库水温结构及下泄水温,对比分析不同分层取水措施对下泄水温的调节作用和对下游生态环境的影响。结果表明分层取水措施能有效提高水库泄水温度,减缓水库下泄低温水的影响;叠梁门结构能够实现表层取水,对水库低温水的改善效果要优于多层进水口结构。

关键词：分层取水水温结构下泄水温水温影响

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筑坝对河流生态系统影响研究进展

水科学进展 2005年第1期16卷 134-140页

作者：毛战坡王雨春彭文启周怀东中国水利水电科学研究院水环境研究所北京100038

河流是陆地生态系统和水生态系统间物质循环的通道,筑坝人为改变河流物理、化学、生物地球化学循环模式,影响河流生态系统的结构、功能。分析了筑坝对河流水文水力特性、生源要素(氮、磷、硅等)、水生态系统结构和功能的影响以及河流生... 详细信息

河流是陆地生态系统和水生态系统间物质循环的通道,筑坝人为改变河流物理、化学、生物地球化学循环模式,影响河流生态系统的结构、功能。分析了筑坝对河流水文水力特性、生源要素(氮、磷、硅等)、水生态系统结构和功能的影响以及河流生态系统恢复等研究的进展。随着水库成为陆地水分循环的一个主要组成部分,对流域生态系统健康的影响日益显著,进而对大坝的生态效应、河流生态恢复等需要进行深入的研究,减轻大坝的负面效应。

关键词：大坝河流生态系统生态恢复