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基于LCD-SSA-BiLSTM模型的月径流预测研究

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水电能源科学 2024年第4期42卷 1-5页

作者：任智晶赵雪花郭秋岑付兴涛太原理工大学水利科学与工程学院山西太原030024

径流预测在水资源优化配置和防汛抗旱方面发挥着重要作用。但径流序列非平稳会导致预测误差及峰值预测误差较大,因此提出了基于局部特征尺度分解(LCD)、麻雀搜索算法(SSA)和双向长短期记忆神经网络(BiLSTM)的组合预测模型(LCD-SSA-BiLST... 详细信息

径流预测在水资源优化配置和防汛抗旱方面发挥着重要作用。但径流序列非平稳会导致预测误差及峰值预测误差较大,因此提出了基于局部特征尺度分解(LCD)、麻雀搜索算法(SSA)和双向长短期记忆神经网络(BiLSTM)的组合预测模型(LCD-SSA-BiLSTM),以提高非平稳径流序列的预测精度。以汾河上游4个站点(汾河水库站、上静游站、兰村站和寨上站)为研究对象开展月径流序列预测研究,采用纳什效率系数、平均绝对误差、均方根误差、合格率4个评价指标对预测结果进行定量评价。结果表明,LCD-SSA-BiLSTM模型的平均绝对误差为10.346×10^(4)~124.629×10^(4)m^(3),均方根误差为19.416×10^(4)~191.284×10^(4)m^(3),纳什效率系数为0.975~0.988,4个水文站的合格率均在90%及以上,预测精度为甲级,与单一BiLSTM、EMD-BiLSTM、LCD-BiLSTM及EMD-SSA-BiLSTM模型相比预测效果更好,因此LCD-SSA-BiLSTM模型是预测非平稳月径流序列的有效方法。

关键词：汾河上游 BiLSTM模型 LCD 月径流预测

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汾河中游河道生态流量分析

水资源与水工程学报 2022年第2期33卷 45-53页

作者：李梦瑶付兴涛太原理工大学水利科学与工程学院山西太原030024

针对汾河中游河道生态环境受到破坏、生态流量不足的问题,选择兰村和赵城断面为研究对象,采用水文学及水力学等6种计算方法对比分析汾河中游河道的生态流量,并进行了保障性与计算结果合理性分析。结果表明:两个断面的生态流量有相同的... 详细信息

针对汾河中游河道生态环境受到破坏、生态流量不足的问题,选择兰村和赵城断面为研究对象,采用水文学及水力学等6种计算方法对比分析汾河中游河道的生态流量,并进行了保障性与计算结果合理性分析。结果表明:两个断面的生态流量有相同的变化规律,1、2及12月份生态流量很小,3月份生态流量较大,总体上汛期生态流量大于非汛期;在1996年之前,两个断面生态流量的年际保障率总体较高,1997-2008年保障率下降,2008年之后呈波动增大趋势;年内保障率波动变化,但兰村断面3月份保障率较高,赵城断面3月份保障率很低,应重点考虑3月份汾河中游河段的灌区用水及水库蓄水对下游河道生态系统的影响。对比6种方法的计算结果,逐月频率法不适用于汾河流域,1、2、12月份生态流量推荐采用Tennant法计算结果,一般用水期的计算推荐Q_(p)法,汛期推荐年内展布法,3月份兰村断面推荐湿周法、赵城断面推荐Tennant法,推荐方法计算的逐月生态流量过程能够反映年内不同水期的丰枯变化,可为汾河中游生态修复工作提供参考。

关键词：生态流量水文学法水力学法保障性汾河中游

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晋西黄绵土坡面径流流态与输沙特征试验研究

水利学报 2017年第6期48卷 738-747页

作者：付兴涛太原理工大学水利科学与工程学院山西太原030024

为了探讨晋西黄绵土坡面径流流态与输沙特征,本研究采用室内人工模拟降雨试验方法,对降雨条件下坡长对该区坡面径流雷诺数、弗劳德数、径流量、产沙量与输沙率进行量测与分析。结果表明:在雨强30~125mm/h、坡长1~5m的情况下,坡面薄层径... 详细信息

为了探讨晋西黄绵土坡面径流流态与输沙特征,本研究采用室内人工模拟降雨试验方法,对降雨条件下坡长对该区坡面径流雷诺数、弗劳德数、径流量、产沙量与输沙率进行量测与分析。结果表明:在雨强30~125mm/h、坡长1~5m的情况下,坡面薄层径流为层流,且为急流;径流流态对坡面水流侵蚀力有显著影响,产沙量与雷诺数呈良好幂函数关系;雨强与坡长的增大可增强径流紊动性,输沙率随二者的增大呈增加趋势,当雨强大于60 mm/h、坡长由3 m延长到4 m时,输沙率增量较2~3 m与4~5 m时小;输沙率与径流量的关系可用幂函数描述。该研究结论能够为黄土陡坡面水土流失治理和水土保持措施的布设提供一定的依据。

关键词：黄绵土坡长雨强径流流态输沙率径流量

基于改进Tennant法的汾河生态基流研究

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水电能源科学 2022年第9期40卷 44-47页

作者：田沉付兴涛太原理工大学水利科学与工程学院山西太原030024

生态基流在流域规划、水生生物保护和水资源配置中具有重要指导意义,各种生态基流计算方法因汾河特殊水文情势及严重人类活动干扰导致适用性较差。对传统Tennant法进行改进,即一方面对多年径流量进行定量分析确定分期时段,排除经验判断... 详细信息

生态基流在流域规划、水生生物保护和水资源配置中具有重要指导意义,各种生态基流计算方法因汾河特殊水文情势及严重人类活动干扰导致适用性较差。对传统Tennant法进行改进,即一方面对多年径流量进行定量分析确定分期时段,排除经验判断主观性;另一方面,通过汛期与非汛期模数选取典型年来减弱人类活动干扰。最后,将计算得出的生态基流与汾河鱼类生存产卵所需流量结合,得到静乐、兰村、义棠三站生态基流值。结果表明,改进Tennant法得到的生态基流值更加合理,为汾河水量分配、流域管理及鱼类保护提供理论支持。

关键词：汾河生态基流改进Tennant法鱼类流量

坡长对离石黄土坡面径流含沙量影响的模拟降雨研究

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应用基础与工程科学学报 2018年第3期26卷 493-501页

作者：姚璟付兴涛太原理工大学水利科学与工程学院

采用室内人工模拟降雨试验方法,探讨了离石黄土陡坡面降雨条件下坡长对径流含沙量的影响,并初步分析得出不同雨强范围内布设水土保持措施的临界坡长.结果表明,径流含沙量随坡长的延长呈波动变化趋势,且随雨强增大,含沙量达到峰值的临界... 详细信息

采用室内人工模拟降雨试验方法,探讨了离石黄土陡坡面降雨条件下坡长对径流含沙量的影响,并初步分析得出不同雨强范围内布设水土保持措施的临界坡长.结果表明,径流含沙量随坡长的延长呈波动变化趋势,且随雨强增大,含沙量达到峰值的临界坡长有所减小（雨强≤60mm/h时临界坡长为4m,雨强〉60mm/h时为3m）;坡长每延长相同长度,含沙量增量不相等且无明显变化规律;坡长1~5m时含沙量随雨强的增大整体呈增加趋势,但在60~80mm/h雨强时增幅最小,坡长2m和4m时增量甚至为负值,建议雨强大于60mm/h时需重点监测,以减少坡面水土流失;雨强与含沙量呈正相关关系,其与径流含沙量的相关性较坡长大（偏相关系数分别为0.810、0.383）,坡长、雨强与含沙量的关系可用线性方程描述（R^2=0.68）.

关键词：坡长雨强离石黄土径流含沙量

能源消耗碳排放的时空演变与预测:基于山西省夜间灯光数据

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环境科学与技术 2023年第3期46卷 81-89页

作者：常建波付兴涛郑美君郝舒哲太原理工大学水利科学与工程学院山西太原030024

为了研究能源消耗碳排放的时空演变规律并进行“碳达峰”预测,该研究以山西省为例,基于1997-2020年夜间灯光数据反演该省碳排放量,并采用引力模型与标准差椭圆模型对高碳排放区展开为期20年的时空演变分析,通过长短期记忆网络模型对山... 详细信息

为了研究能源消耗碳排放的时空演变规律并进行“碳达峰”预测,该研究以山西省为例,基于1997-2020年夜间灯光数据反演该省碳排放量,并采用引力模型与标准差椭圆模型对高碳排放区展开为期20年的时空演变分析,通过长短期记忆网络模型对山西省“碳达峰”进行预测。结果显示,1997-2020年山西省碳排放量以5.8%的增长率呈上升趋势;太原市和大同市为高碳排放区,阳泉市为低碳排放区;太原对其周边城市碳排放产生明显引力作用,形成以其为中心的高碳排放区,碳排放重心由晋中地区向太原迁移;目前山西省煤炭产业仍然占据优势地位,但节能减排成效显著,有望在2030年实现“碳达峰”,且峰值排放量为14.5亿t,研究结果将为区域社会经济绿色转型发展及碳减排机制的制定提供科学依据。

关键词：能源革命夜间灯光数据碳排放时空演变长短期记忆网络

红壤丘陵区坡长对作物覆盖坡耕地土壤侵蚀的影响

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农业工程学报 2014年第5期30卷 91-98页

作者：付兴涛张丽萍太原理工大学水利科学与工程学院太原030024 浙江省亚热带土壤与植物营养重点研究实验室污染环境修复与生态健康教育部重点实验室浙江大学环境与资源学院土水资源与环境研究所杭州310058

坡长对坡耕地土壤侵蚀的影响随雨强的不同而变化，为解决南方红壤丘陵区坡耕地水土流失问题，该文采用野外人工模拟降雨的方法，研究了南方红壤丘陵区作物覆盖坡耕地上不同雨强下坡长对其土壤侵蚀的影响，并探讨了侵蚀增强的临界雨强和... 详细信息

坡长对坡耕地土壤侵蚀的影响随雨强的不同而变化，为解决南方红壤丘陵区坡耕地水土流失问题，该文采用野外人工模拟降雨的方法，研究了南方红壤丘陵区作物覆盖坡耕地上不同雨强下坡长对其土壤侵蚀的影响，并探讨了侵蚀增强的临界雨强和设置水土保持措施的合理坡长，结果表明：产沙量随坡长延长整体呈增大趋势，但存在一定的波动，二者的关系可用幂函数（决定系数＞0.84）表示。坡长延长相同长度时，产沙量不呈比例增加，但每隔4 m产沙量增量有减少的趋势，且径流侵蚀产生的泥沙中主要为粒径0.002～＜0.02 mm的粉粒及粒径＜0.002 mm的黏粒，加剧了耕地土壤粗化，因此，可每隔4 m设置水土保持措施，有效减少坡耕地水土流失。坡面径流侵蚀产沙量随着雨强的增大而增加，坡长越长，产沙量随雨强增加速度越快，二者呈幂函数关系（决定系数＞0.76），60 mm/h是红壤丘陵区侵蚀增强的临界雨强；雨强、坡长与产沙量均呈正相关关系，且雨强对坡耕地产沙量的影响较坡长大。对不同雨强下坡长对作物覆盖坡耕地土壤侵蚀的影响研究，可以为南方红壤丘陵区坡耕地水土流失的治理提供一定的理论依据。

关键词：土壤侵蚀农作物降雨强度坡长

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坡长对红壤侵蚀影响人工降雨模拟研究

应用基础与工程科学学报 2015年第3期23卷 474-483页

作者：付兴涛张丽萍太原理工大学水利科学与工程学院山西太原030024 浙江省亚热带土壤与植物营养重点研究实验室污染环境修复与生态健康教育部重点实验室浙江大学环境与资源学院土水资源与环境研究所浙江杭州310058

为解决南方红壤丘陵区裸坡面水土流失问题,该文采用人工模拟降雨(雨强30—150mm/h)结合试验土槽等方法(坡长分别为1、2、3、4、5m,坡度20°),研究了不同雨强下坡长对红壤侵蚀的影响,并初步探讨了侵蚀增强的临界雨强和设置水土保持措施... 详细信息

为解决南方红壤丘陵区裸坡面水土流失问题,该文采用人工模拟降雨(雨强30—150mm/h)结合试验土槽等方法(坡长分别为1、2、3、4、5m,坡度20°),研究了不同雨强下坡长对红壤侵蚀的影响,并初步探讨了侵蚀增强的临界雨强和设置水土保持措施的合理坡长,结果表明,产沙量随坡长的延长呈增大趋势,二者的关系可用幂函数(R2>0.80)表示,雨强越大,产沙量增速越快,增量越大.坡长延长相同长度时,产沙量不呈比例增加,初步建议在南方红壤丘陵区裸坡面可每隔4—6m设置水土保持措施,有效缓解坡面水土流失.坡面侵蚀产沙量随着雨强的增大而增加,坡长越长,产沙量随雨强增加速度越快,二者呈幂函数关系(R2=0.99),60mm/h左右是红壤丘陵区侵蚀增强的临界雨强;雨强、坡长与产沙量均呈正相关关系,雨强对裸坡面侵蚀产沙量的影响较坡长大.该研究为南方红壤丘陵区裸坡面水土流失治理提供一定的理论依据.

关键词：红壤丘陵区模拟降雨土壤侵蚀降雨强度坡长

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竹林坡地径流中泥沙及氮磷载荷特征模拟

应用生态学报 2012年第4期23卷 881-888页

作者：张丽萍付兴涛吴希媛浙江省亚热带土壤与植物营养重点研究实验室杭州310058 污染环境修复与生态健康教育部重点实验室杭州310058 浙江大学环境与资源学院土水资源与环境研究所杭州310058

采用人工模拟降雨的试验手段,设定6个降雨强度(31.8～114.0mm·h-1),通过测试径流量、泥沙量、径流中总氮(TN)和总磷(TP)浓度,研究了浙江省2种不同经营方式竹林(用材竹林和笋竹林)坡地(坡度20°)径流的载荷特征及机理.结果表明:用材竹... 详细信息

采用人工模拟降雨的试验手段,设定6个降雨强度(31.8～114.0mm·h-1),通过测试径流量、泥沙量、径流中总氮(TN)和总磷(TP)浓度,研究了浙江省2种不同经营方式竹林(用材竹林和笋竹林)坡地(坡度20°)径流的载荷特征及机理.结果表明:用材竹林地的总径流量和径流系数均高于笋竹林地;笋竹林地的径流含沙量和总产沙量远大于用材竹林地;相同雨强下,笋竹林地降雨径流中的TN浓度为用材竹林地的5～6倍,笋竹林坡地径流中TN浓度随雨强增大而减小;用材竹林地降雨径流中TP浓度高于笋竹林地,笋竹林地泥沙中TP流失量是用材竹林地的数百倍;在TN和TP随径流泥沙的流失过程中,产流前期浓度起主要作用,后期径流量和产沙量起决定作用.

关键词：竹林坡地人工模拟降雨径流系数径流含沙量总氮浓度总磷浓度