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基于机器学习的汉江流域径流模拟与时滞变化分析

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水资源保护 2024年

作者：黄一凡张翔邓梁堃李宜伦刘浩源水资源工程与调度全国重点实验室海绵城市建设水系统科学湖北省重点实验室

径流模拟预测的准确性在流域水资源管理中具有重要意义，尽管传统水文模型和部分机器学习模型已经得到了广泛的应用，但这些模型仍然存在参数率定困难、容易陷入局部最优解以及适用性不强等问题。针对这些问题，本文应用机器学习原理，... 详细信息

径流模拟预测的准确性在流域水资源管理中具有重要意义，尽管传统水文模型和部分机器学习模型已经得到了广泛的应用，但这些模型仍然存在参数率定困难、容易陷入局部最优解以及适用性不强等问题。针对这些问题，本文应用机器学习原理，构建了基于贝叶斯优化算法的长短期记忆模型（BOLSTM），并将其用于汉江流域径流模拟预测。基于模拟预测结果，应用SHAP方法对降雨径流过程中的影响因子进行了归因分析，并采用时滞分析方法量化了南水北调中线工程对流域径流过程的影响。研究结果表明：BOLSTM模型在径流模拟预测方面表现出色；南水北调中线工程的建设推迟了降雨对汉江流域出口仙桃站流量产生影响的时间，降雨事件后第六天，流域出口流量有所增加；而工程建设前，降雨事件的发生会在五天后导致流域出口流量变化；并且工程建设前汉江流域降雨对流域出口流量的影响程度更大。研究结果对考虑人类活动影响的径流模拟预测和水资源管理具有重要的科学意义和参考价值。

关键词：机器学习贝叶斯优化算法长短期记忆网络径流模拟时滞分析

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汉江下游流域生态流量区域特征指标的优选

南水北调与水利科技（中英文） 2024年第2期22卷 282-290页

作者：李芊芊张翔吴可怡陶士勇闫少锋邓梁堃武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室武汉430072 湖北省水利水电规划勘测设计院武汉430064 武汉大学海绵城市建设水系统科学湖北省重点实验室武汉430072

在评价河流水文情势变化特征时,传统水文改变指标法(indicators of hydrologic alteration,IHA)存在的指标间相关性高和数据冗余问题会造成整体评价偏差。对汉江下游流域的河流水文情势评价时,考虑到汉江流域干支流日均流量及取水调水... 详细信息

在评价河流水文情势变化特征时,传统水文改变指标法(indicators of hydrologic alteration,IHA)存在的指标间相关性高和数据冗余问题会造成整体评价偏差。对汉江下游流域的河流水文情势评价时,考虑到汉江流域干支流日均流量及取水调水工程等的影响,分别选择汉江干流上的3个水文站及支流流域的3个水文站点,采用主成分分析法对6个水文站IHA指标进行优选,再利用相关性分析结果进一步筛选,优选出适用于评价汉江下游流域水文情势的13个代表性指标,分别为2月流量、4月流量、7月流量、10月流量、12月流量、基流指数、最低流量出现日期、最高流量出现日期、低流量脉冲次数、高流量持续时间、日均流量增加率、日平均流量减少率和日均流量反转数。结果表明:6个水文站的代表性指标间相关性均大幅降低,13个代表性指标间的相关系数不超过0.3的占比约70%;经变化范围评价法(range of variability approach,RVA)验证,IHA指标与优选出的代表性指标对汉江下游流域整体水文改变度评价结果的差值均小于7.5个百分点,表明其能够对汉江下游流域提供较为全面合理的水文情势变化评价。

关键词：汉江下游流域区域特征生态流量指标优选水文改变度

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基于模糊逻辑的河流健康评价与敏感因子识别

中国农村水利水电 2022年第4期 100-105,113页

作者：邓梁堃张翔高仕春鲍依伊武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072 武汉大学海绵城市建设水系统科学湖北省重点实验室武汉430072

为了评价河流当前的健康状况和识别受损原因,从水文水资源层、物理结构层、水质层和生物层4个准则层出发,以永定河流域为研究区,构建了基于模糊逻辑的河流健康评价模型,并在评价结果的基础上分别进行指标层和准则层的敏感性分析,找出当... 详细信息

为了评价河流当前的健康状况和识别受损原因,从水文水资源层、物理结构层、水质层和生物层4个准则层出发,以永定河流域为研究区,构建了基于模糊逻辑的河流健康评价模型,并在评价结果的基础上分别进行指标层和准则层的敏感性分析,找出当前最有效的修复措施。结果表明:桑干河下游健康状况均优于其他河段,评级为亚健康,桑干河上游、洋河和永定河均为不健康等级;4个准则层中生物层表现最差,均为不健康,说明流域水生态条件限制了水生物种的生存繁衍;评价河段敏感度最大的指标和准则多与水质和生物相关,它们是短时期内提升流域整体河流健康水平最有效的敏感因子。

关键词：模糊逻辑河流健康评价敏感因子永定河流域

基于可调能力的沙颍河流域闸坝群低影响应急生态调度方案优选

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水电能源科学 2022年第6期40卷 75-78,5页

作者：张翔邓梁堃吴比高仕春肖宜武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072 武汉大学海绵城市建设水系统科学湖北省重点实验室湖北武汉430072 长江水资源保护科学研究所湖北武汉430051

保障流域关键断面的生态流量是维持河流生态健康的重要措施。鉴于闸坝下游断面应急生态流量事故频发及以往研究中多注重于水库的中长期生态调度模型优化,流域闸坝群低影响应急生态调度研究迫切需进一步完善,以沙颍河界首断面为示例断面... 详细信息

保障流域关键断面的生态流量是维持河流生态健康的重要措施。鉴于闸坝下游断面应急生态流量事故频发及以往研究中多注重于水库的中长期生态调度模型优化,流域闸坝群低影响应急生态调度研究迫切需进一步完善,以沙颍河界首断面为示例断面,引入可调能力,量化了闸坝群通过调度水量进行下游生态补水的调控能力,构建了以保障关键断面生态流量为目标的沙颍河流域可调能力评价体系,并基于评价结果筛选出界首断面最优的低影响应急生态调度方案。结果表明,闸坝群可调能力的评估能有效地筛选出满足下游界首断面生态流量的最优低影响应急生态调度方案,为沙颍河流域应急管理提供借鉴。

关键词：闸坝群可调能力应急生态调度调度方案优选沙颍河流域

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基于图神经网络的多步时空日径流预测

基于图神经网络的多步时空日径流预测

2022-2023年度全国典型洪旱过程应对技术经验交流会

作者：张翔邓梁堃武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室武汉大学海绵城市建设水系统科学湖北省重点实验室

准确和可靠的日径流预测结果对水资源管理、抗灾减灾和发电供能具有重要意义。但是由于径流的非线性和非平稳性特征,如何实施精准的径流预测仍是一个亟待解决的难题。本文基于图神经网络提出了静态图和动态图相结合的多步时空日径流预... 详细信息

准确和可靠的日径流预测结果对水资源管理、抗灾减灾和发电供能具有重要意义。但是由于径流的非线性和非平稳性特征,如何实施精准的径流预测仍是一个亟待解决的难题。本文基于图神经网络提出了静态图和动态图相结合的多步时空日径流预测模型。以汉江中下游流域作为研究区,进行了多站点多步长的时空日径流预测来验证模型效果。结果表明,在时间层面、空间层面和整体时空层面上所提出的模型预测精度都有了一定程度的提升,验证了模型的适用性,并为基于智能算法的水文模拟提供参考。

关键词：径流预测图神经网络深度学习汉江中下游流域

来源： cnki会议评论

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基于贝叶斯层次分析法的沙颍河生态流量研究

水电能源科学 2023年第11期41卷 48-52页

作者：赵烨张翔邓梁堃付湘胡俊武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072 水利部中国科学院水工程生态研究所湖北武汉430079

维持河道内生态流量是协调水资源开发利用与河流生态保护的重要举措,现有的生态流量计算方法大多受限于生态数据不足、生态建模困难。为此,建立了基于浮游植物生物量的贝叶斯层次模型,研究探讨了河流水文—生态响应关系,以沙颍河为例,... 详细信息

维持河道内生态流量是协调水资源开发利用与河流生态保护的重要举措,现有的生态流量计算方法大多受限于生态数据不足、生态建模困难。为此,建立了基于浮游植物生物量的贝叶斯层次模型,研究探讨了河流水文—生态响应关系,以沙颍河为例,分析计算了汛前、汛期、汛后的浮游植物生物量与流量、水温的关系。结果表明,贝叶斯层次模型可识别水文—生态的复杂响应关系,分层分析产生的优势借用提高了短系列数据的可用性;生物量—流量关系参数β汛前大于0的概率为0.683,汛期小于0的概率为0.577,汛前河道内流量的保证及汛期泄流的控制对浮游植物生物量有正向影响;在符合设计要求的生态流量条件下,预测生物量最大和最小改善分别发生在河段7(汛前+32.05%,汛期+871.80%,汛后+81.79%)和河段3(汛前+3.91%,汛期+1.16%,汛后+2.89%)。

关键词：贝叶斯层次模型水文—生态响应关系生态流量浮游植物生物量沙颍河

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平原河网生态流量计算方法及其适宜性研究

水资源研究 2023年第1期12卷 1-9页

作者：吴可怡张翔闫少锋赵烨邓梁堃武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉武汉大学海绵城市建设水系统科学湖北省重点实验室湖北武汉湖北省水利水电规划勘测设计院湖北武汉

平原河网区经济社会高速发展导致的河流生态退化、环境恶化是当前生态文明建设重点关注的问题之一。本文针对长江中游江汉平原中小型河流全年不同时期的水文及生态特点,基于现有的生态流量计算方法,研究建立一套考虑长江中游平原河道形... 详细信息

平原河网区经济社会高速发展导致的河流生态退化、环境恶化是当前生态文明建设重点关注的问题之一。本文针对长江中游江汉平原中小型河流全年不同时期的水文及生态特点,基于现有的生态流量计算方法,研究建立一套考虑长江中游平原河道形态、河网水力特征及主要水生生物适宜流速全年分时段生态流量的综合确定方法。该方法推荐在主要鱼类重要生长阶段采用生态水力半径法,在枯水期采用逐月Tennant法、逐月频率法计算适宜生态流量,并采用多目标湿周法和Tennant法确定全年最低流量,在长江中游平原河网区的典型河流汉北河下游得到验证与应用。适宜性分析表明,该方法计算的生态流量既考虑了区域的特征,又考虑了重点生态保护对象的需求,可为长江中游平原中小型河流水资源高效利用提供参考依据。

关键词：平原河网汉北河生态流量适宜性综合确定方法

流通数字化与地区出口竞争力提升——基于创新投入的中介效应

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商业经济研究 2024年第3期 142-145页

作者：梁堃广西职业师范学院工商管理学院广西南宁530007

出口竞争力是我国在当今国际形势下继续保持经济可持续健康发展的重要因素。本研究选取我国2013-2020年30个省份(除西藏、港澳台地区外)面板数据,探讨流通业数字化对区域出口竞争力的影响,并进行机制分析。研究结果表明,流通业数字化水... 详细信息

出口竞争力是我国在当今国际形势下继续保持经济可持续健康发展的重要因素。本研究选取我国2013-2020年30个省份(除西藏、港澳台地区外)面板数据,探讨流通业数字化对区域出口竞争力的影响,并进行机制分析。研究结果表明,流通业数字化水平的提高对区域出口竞争力具有积极的助力作用。通过区域异质性分析发现,东部地区流通业数字化水平对区域出口竞争力的影响不显著,而中西部地区流通业数字化水平的提高对区域出口竞争力具有显著促进作用。另外,中介效应分析表明,流通数字化通过增加区域创新投入来促进区域出口竞争力的提高。

关键词：流通业数字化出口竞争力熵权法中介效应

基于熵权的模糊物元模型在河流健康评价中的应用研究

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水资源研究 2020年第4期9卷 394-402页

作者： Marvin C.Thompson 张翔邓梁堃徐晶肖宜武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉海绵城市建设水系统科学湖北省重点实验室湖北武汉

近年来,河流健康状况受人类发展影响而不断恶化,合理地进行河流健康评价渐渐成为河流管理最重要的部分,但是同时考虑受闸坝高度调控河流的自然和社会两种属性的健康评价工作开展较少。本文从水文、水质、水生态和社会服务四个方面构建... 详细信息

近年来,河流健康状况受人类发展影响而不断恶化,合理地进行河流健康评价渐渐成为河流管理最重要的部分,但是同时考虑受闸坝高度调控河流的自然和社会两种属性的健康评价工作开展较少。本文从水文、水质、水生态和社会服务四个方面构建了一套新的河流健康综合评价指标体系,并将评价等级分为5个等级,包括I (理想状况)、II (健康)、III (亚健康)、IV (不健康)、V (病态)。选取沙颍河代表性的周口、界首和颍上断面,运用基于熵权的模糊物元模型对这三个断面进行了应用研究。从研究结果可知,三个断面均处于亚健康状况,尽管其健康状况优于IV和V等级,但是仍需持续开展沙颍河的河流管理工作。此外,本文还比较了各个选取指标的重要性并通过设置不同的情景对将河流社会属性纳入指标体系的必要性进行讨论,论证了在河流健康评价中考虑社会服务指标是十分必要的。本文研究成果对于更全面地评价河流健康状态、制订河流健康保护措施具有重要的参考价值。

关键词：模糊物元法河流健康评价沙颍河