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水足迹在“水-能源-粮食-经济”关系中的应用研究进展

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水利水电技术(中英文) 2024年

作者：姜秋香陶美匀王子龙吴云星郭伟鹏东北农业大学水利与土木工程学院

【目的】为促进水、能源、粮食和经济的可持续发展和满足社会稳步前进，从水足迹角度对水、能源、粮食和经济间相互关系的研究进展进行总结和评述。【方法】选择Web of Science核心合集数据库，以“水-能源”“水-粮食”“水-经济”和“... 详细信息

【目的】为促进水、能源、粮食和经济的可持续发展和满足社会稳步前进，从水足迹角度对水、能源、粮食和经济间相互关系的研究进展进行总结和评述。【方法】选择Web of Science核心合集数据库，以“水-能源”“水-粮食”“水-经济”和“水-能源-粮食-经济”等四部分为关键词分别进行文献检索；再运用CiteSpace对数据库检索结果进行可视化文献分析。【结果】根据四次检索结果和CiteSpace的运行结果，分别得到关键词共现网络图谱、突现检测表和关键词聚类图，并依次进行具体分析。【结论】（1）水-能源关系的研究大多使用生命周期评估、数据包络分析和投入产出分析等方法。（2）GEPIC模型、CROPWAT模型和AquaCrop模型等是研究水-粮食关系的主要模型。（3）对于水-经济关系的研究以Tapio脱钩模型为主。（4）在水-能源-粮食-经济方面大多主要研究水-能源-粮食纽带关系，尚未构建完整的理论框架，未来研究应进行全面的多角度分析，以期为水-能源-粮食-经济间关系的研究提供有利依据。

关键词：水足迹能源粮食经济可视化分析

基于WOA-RFR的混凝土坝变形预测监控模型

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人民珠江 2024年

作者：冯瑜吴云星谷汶静庞琼谷艳昌陈斯煜水利部大坝安全管理中心黄山市水利水电建设管理站华北水利水电大学水资源学院南京水利科学研究院大坝安全与管理研究所

为提高大坝变形监控模型的预测精度与模型性能，引入随机森林算法与鲸鱼优化算法构建基于WOA-RFR的混凝土坝变形预测模型。归属于机器学习算法的随机森林模型具有泛化能力强、训练速度快等优点，具备较强的对于非线性特征的映射能力；... 详细信息

为提高大坝变形监控模型的预测精度与模型性能，引入随机森林算法与鲸鱼优化算法构建基于WOA-RFR的混凝土坝变形预测模型。归属于机器学习算法的随机森林模型具有泛化能力强、训练速度快等优点，具备较强的对于非线性特征的映射能力；但由于原始随机森林算法中涉及到众多参数，不同的参数及相应参数组合对于模型性能的提高与稳定具有较大影响，若是采用人工经验法不能保证结果的有效性。因此为解决随机森林模型的参数标定问题，引入具有较强全局搜索能力的鲸鱼优化算法对关键参数进行组合寻优，在取得最优参数组合的同时以期进一步提高模型的泛化能力及鲁棒性。为分析比较本文所提模型的优良性能，以某实际工程为例，利用鲸鱼算法优化的随机森林建立大坝变形监控模型，引入决定系数、均方根误差与平均绝对百分比误差为模型性能的评价指标，与不同智能寻优算法、多种对照模型进行预测结果对比，结果表明，基于WOA优化的RFR预测模型具有更高的预测精度和稳定性，WOA的优化显著提高了模型性能。

关键词：混凝土坝大坝变形预测随机森林模型鲸鱼优化算法

基于区间多阶段随机规划模型的黑龙江省水资源优化配置研究

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水利水电科技进展 2022年

作者：姜秋香何晓龙王子龙吴云星东北农业大学水利与土木工程学院

针对水资源系统中供需水存在的不确定性和随着时间推移呈现的动态性，该文基于黑龙江省历年供水、用水及社会经济等数据，确定规划年的水资源参数及经济参数，利用区间参数反映系统中的不确定性，利用多阶段随机规划反映水资源配置中的...

针对水资源系统中供需水存在的不确定性和随着时间推移呈现的动态性，该文基于黑龙江省历年供水、用水及社会经济等数据，确定规划年的水资源参数及经济参数，利用区间参数反映系统中的不确定性，利用多阶段随机规划反映水资源配置中的动态性，进而建立了多水源、多用水户的区间多阶段随机规划模型，对黑龙江省水资源配置问题进行了研究。结果表明，规划年黑龙江省生活、工业和生态用水均可以得到满足，农业用水在丰水年基本得到满足，枯水年缺水量为15.32～49.40亿m;，与现状年相比，农业缺水得到一定程度的缓解；水源供给方面，地表供水比例稳步提升，可以较好保护地下水源。该模型通过平衡水资源配置系统中用户配置水量、系统风险与系统收益三者关系，实现系统最大经济效益。

关键词：

基于改进U-net的大坝表面裂缝图像分割方法

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人民长江 2023年

作者：赵普谷艳昌张大伟吴云星南京水利科学研究院连云港市水利局水利部大坝安全管理中心

大坝表面裂缝检测与识别，对大坝安全具有重要意义。针对裂缝图像具有复杂拓扑结构和正负样本不平衡等特点，在典型U-net中嵌入ASPP和CBAM优化模块，同时以Dice+BCE混合损失函数代替单一交叉熵损失函数。所创建的改进U-net在自制实例大... 详细信息

大坝表面裂缝检测与识别，对大坝安全具有重要意义。针对裂缝图像具有复杂拓扑结构和正负样本不平衡等特点，在典型U-net中嵌入ASPP和CBAM优化模块，同时以Dice+BCE混合损失函数代替单一交叉熵损失函数。所创建的改进U-net在自制实例大坝裂缝图像数据集上表现优异，IoU和F1分别为47.05%和62.99%，对比典型U-net分别提高5.41%和5.19%、对比PSPNet分别提高3.05%和3.31%。改进U-net在裂缝分割任务中像素分类更精确、多尺度信息更丰富，具有良好泛化能力和鲁棒性，为大坝混凝土结构表面裂缝检测与识别提供了更优的手段。

关键词：深度学习语义分割裂缝检测模型优化大坝安全

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黑龙江省水足迹时空分布规律及空间均衡分析

水资源保护 2022年第5期38卷 122-131页

作者：姜秋香吴云星王子龙欧阳兴涛李鑫莹何晓龙东北农业大学水利与土木工程学院黑龙江哈尔滨150030

利用水足迹理论,量化2000—2018年黑龙江省13个地级市的不同类型水足迹,分析其时空演变规律,并结合空间均衡分析研究了各地区水足迹的差异性。结果表明:2000—2018年黑龙江省总水足迹呈波动上升趋势,但灰水足迹一直下降,2018年人均灰水... 详细信息

利用水足迹理论,量化2000—2018年黑龙江省13个地级市的不同类型水足迹,分析其时空演变规律,并结合空间均衡分析研究了各地区水足迹的差异性。结果表明:2000—2018年黑龙江省总水足迹呈波动上升趋势,但灰水足迹一直下降,2018年人均灰水足迹为300.7 m^(3);水足迹空间分布不均匀,水足迹富足和水足迹匮乏同时存在,整体上呈现出北低南高、东低西高的趋势;研究时段内,黑龙江省人均灰水足迹和人均水足迹的空间分布较为均匀,其总体空间均衡度超过0.6;水足迹强度、工业蓝水足迹和生态环境蓝水足迹的空间分布存在较大差异;水足迹的总体空间均衡度在逐渐上升,但最大值不超过0.6,区域分布仍有较大差异。

关键词：水足迹水足迹强度时空分布规律空间均衡度黑龙江省

基于区间多阶段随机规划的水资源优化配置模型及应用

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水利水电科技进展 2022年第6期42卷 1-7页

作者：姜秋香何晓龙王子龙吴云星廖浩宇东北农业大学水利与土木工程学院黑龙江哈尔滨150030

针对水资源系统中供需水存在的不确定性和随着时间推移呈现的动态性,基于黑龙江省历年供水、用水及社会经济等数据确定规划年的水资源参数及经济参数,采用区间参数反映系统中的不确定性,利用多阶段随机规划反映水资源配置中的动态性,进... 详细信息

针对水资源系统中供需水存在的不确定性和随着时间推移呈现的动态性,基于黑龙江省历年供水、用水及社会经济等数据确定规划年的水资源参数及经济参数,采用区间参数反映系统中的不确定性,利用多阶段随机规划反映水资源配置中的动态性,进而建立了多水源、多用水户的区间多阶段随机规划模型,模型通过平衡水资源配置系统中用户配置水量、系统风险与系统收益三者关系,可实现系统最大经济效益。利用该模型对黑龙江省水资源配置问题进行研究,结果表明:规划年黑龙江省生活、工业和生态用水均可以得到满足,农业用水在丰水年基本得到满足,枯水年缺水量为15.32亿~49.40亿m^(3),与现状年相比,农业缺水得到一定程度的缓解;水源供给方面,地表供水比例稳步提升,可以较好保护地下水源。

关键词：水资源优化配置不确定性多阶段随机规划黑龙江省

基于风险管理的混凝土坝变形预警指标拟定研究

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水利学报 2017年第4期48卷 480-487页

作者：谷艳昌王士军庞琼王宇吴云星南京水利科学研究院江苏南京210029 水利部大坝安全管理中心江苏南京210029

在混凝土坝风险理论和结构计算拟定变形指标方法基础上,研究建立基于风险管理的变形预警指标拟定方法,使得拟定的预警指标不仅满足工程安全需要,同时体现大坝风险的要求。首先根据混凝土坝工程安全运行与下游经济社会发展要求,确立大坝... 详细信息

在混凝土坝风险理论和结构计算拟定变形指标方法基础上,研究建立基于风险管理的变形预警指标拟定方法,使得拟定的预警指标不仅满足工程安全需要,同时体现大坝风险的要求。首先根据混凝土坝工程安全运行与下游经济社会发展要求,确立大坝的风险等级标准;其次分析研究相应风险等级标准条件下,混凝土坝的破坏路径与模式;以混凝土坝溃决模式与坝体结构特性转异为纽带,借助专家经验,设置结构计算的荷载条件与约束标准,再采用有限元计算获得相应的变形预警指标值,进而建立了基于风险管理的混凝土坝变形预警指标拟定方法。以某水电站工程为案例,拟定了该水电站低风险运行的变形预警指标值,验证了该方法是切实可行的。

关键词：混凝土坝风险管理溃决变形特性预警指标交集

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NARX在土石坝渗流预测中的应用

人民珠江 2022年第7期43卷 126-130页

作者：赵普谷艳昌吴云星南京水利科学研究院大坝安全与管理研究所江苏南京210029 水利部大坝安全管理中心江苏南京210029

渗流监测是掌握大坝安全性态的重要手段,针对土石坝渗流压力存在滞后于库水位的特点,引入具有延时输入特性的带外源输入的非线性自回归神经网络(Nonlinear Auto-regressive with Exogenous inputs neural network,NARX)实现土石坝渗压... 详细信息

渗流监测是掌握大坝安全性态的重要手段,针对土石坝渗流压力存在滞后于库水位的特点,引入具有延时输入特性的带外源输入的非线性自回归神经网络(Nonlinear Auto-regressive with Exogenous inputs neural network,NARX)实现土石坝渗压的有效预测。以某一水库大坝为例,将历史某时段的库水位和降雨等影响因子作为输入序列,渗压测值作为输出序列,分别建立NARX网络多因子和单因子模型进行拟合训练和多步预测,并将预测结果与传统回归模型和传统BP神经网络进行对比。研究结果表明,在RMSE、MAE、MAPE 3种精度指标下,NARX模型均优于2种传统模型。其中,在单因子条件下,NARX仍具有良好的表现。NARX的延迟输入特性可在一定程度上模拟坝体水流渗透的滞后性,对于土石坝的渗压预测具有良好的应用效果。

关键词： NARX 渗压预测滞后性

基于遗传算法优化支持向量机的大坝安全性态预测模型

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河海大学学报（自然科学版） 2020年第5期48卷 419-425页

作者：谷艳昌吴云星黄海兵庞琼南京水利科学研究院大坝安全与管理研究所江苏南京210029 水利部大坝安全管理中心江苏南京210029

为提高支持向量机对大坝安全性态的预测效果,提出基于遗传算法优化的GA-SVM大坝安全性态预测模型,以k-CV验证误差最小作为优化目标,引入遗传算法对支持向量机的惩罚参数c和核函数参数g进行寻优。模型以影响因子作为输入,以效应量作为输... 详细信息

为提高支持向量机对大坝安全性态的预测效果,提出基于遗传算法优化的GA-SVM大坝安全性态预测模型,以k-CV验证误差最小作为优化目标,引入遗传算法对支持向量机的惩罚参数c和核函数参数g进行寻优。模型以影响因子作为输入,以效应量作为输出,采用训练样本对支持向量机进行训练,并使用训练好的模型预测效应量。根据概率统计理论中的3σ准则,建立大坝安全性态三级指标和判别准则。以某大型水库大坝为例,建立该大坝的GA-SVM模型,并与SVM模型和逐步回归模型进行了对比验证。预测结果表明,GA-SVM模型渗压预测值与实测值最接近,预测精度较SVM模型和逐步回归模型提高了约3倍。

关键词：水库大坝安全性态预测模型遗传算法支持向量机 k-折交叉验证小波去躁逐步回归