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Cost-Benefit Analysis of the Wuxikou Integrated Flood Management Project Considering the Effects of Flood Risk Reduction and Resettlement

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International Journal of Disaster Risk Science 2023年第5期14卷 795-812页

作者： Peng Zeng Weihua Fang Haixia Zhang zhongmin liang Key Laboratory of Environmental Change and Natural Disasters Ministry of EducationBeijing Normal UniversityBeijing100875China Academy of Disaster Risk Science Faculty of Geographical ScienceBeijing Normal UniversityBeijing100875China State Key Laboratory of Earth Surface Processes and Resource Ecology(ESPRE) Beijing Normal UniversityBeijing100875China College of Hydrology and Water Resources Hohai UniversityNanjing210098China

Evaluation of the economic costs and benefits of flood disaster risk management projects is crucial.However,current costbenefit analyses(CBA) often lack reliable estimates of the expected loss reduction from flood control measures and ignore quantitative assessments of resettlement.To address these limitations,this study incorporated a probabilistic risk analysis method and quantitative resettlement benefits assessment into the CBA framework,using the Wuxikou Integrated Flood Management Project(WIFMP) in Jiangxi Province,China,as a case study.The direct economic benefits of flood control were estimated by integrating hydrological statistics,numerical flood inundation simulation,and quantitative damage analysis with exposure and vulnerability data.Furthermore,the resettlement benefits were quantified by measuring the annual income growth of migrants based on assumptions about household employment.Our analysis shows that the total WIFMP investment is RMB 3546.1 million yuan(USD 1=RMB 6.976 yuan),including loan principal and interest of 244.4 million yuan,and operations and maintenance of 605.5 million yuan at 2020 prices.Annual project benefits are estimated at 351.3 million yuan in flood risk reduction,155.7-191.9 million yuan from increased resettlement income,and 42.7 million yuan in power and water revenues.Considering the costs and benefits across the entire project lifecycle,the internal rate of return ranges from 13.7 to 14.2%,and the net present value ranges from 31.8 to 352.6 billion yuan.Through improved benefit estimation methodology,this research enables a more reliable and holistic evaluation of costs and benefits for flood risk management projects.It provides insights for policymakers and practitioners involved in similar projects,contributing to more informed decision making and better allocation of resources in flood disaster risk management.

关键词： Cost-benefit analysis Flood management project Resettlement Risk reduction

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基于积雪数据的HBV模型改进及应用

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水文 2024年第1期44卷 26-32页

作者：俞炜博梁忠民河海大学水文水资源学院江苏南京210098

大渡河流域内站点分布较少,历史观测数据不足,给该地区的融雪径流预报带来困难。基于欧洲中期天气预报中心提供的最新一代高分辨率陆面再分析数据集ERA5-Land,将积雪覆盖率和积雪平均深度引入度日因子雪量计算公式中,对HBV模型的积融雪... 详细信息

大渡河流域内站点分布较少,历史观测数据不足,给该地区的融雪径流预报带来困难。基于欧洲中期天气预报中心提供的最新一代高分辨率陆面再分析数据集ERA5-Land,将积雪覆盖率和积雪平均深度引入度日因子雪量计算公式中,对HBV模型的积融雪模块进行改进,以提升融雪径流计算的可靠性。以大渡河上游为研究对象,选取1961—2018年的水文气象资料对模型进行率定和验证,并以2019年为例进行试预报研究。结果表明,通过引入ERA5-Land再分析数据,以及对积融雪模块进行改进,发挥了其在模拟积融雪上的优势,有效提升了融雪径流预报精度,对大渡河流域具有适用性。研究成果可为稀缺资料地区融雪径流模拟预报提供经验。

关键词： HBV模型水文预报 ERA5-Land 积雪平均深度积雪覆盖率大渡河流域

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融雪补给型河流径流概率预报方法

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应用基础与工程科学学报 2024年第1期32卷 123-132页

作者：李彬权朱畅畅梁忠民陈云瑶蒋晓蕾河海大学水文水资源学院江苏南京210098 水安全与水科学协同创新中心江苏南京210024 水利部珠江水利委员会技术咨询(广州)有限公司广东广州510611 扬州大学水利科学与工程学院江苏扬州225009

基于水文模型的径流预报不可避免存在不确定性,特别是融雪型补给河流径流预报结果不确定度更大.分别建立考虑融雪的新安江模型和退水曲线法用于汛期(包括融雪期)和枯季退水期的径流预报,并集成误差自回归校正模型,以提高实时预报精度;... 详细信息

基于水文模型的径流预报不可避免存在不确定性,特别是融雪型补给河流径流预报结果不确定度更大.分别建立考虑融雪的新安江模型和退水曲线法用于汛期(包括融雪期)和枯季退水期的径流预报,并集成误差自回归校正模型,以提高实时预报精度;综合确定性预报结果和水文不确定性处理器,建立日径流概率预报模型,采用精度评价和可靠度评价两类指标评定概率预报精度.为验证提出的概率预报框架的有效性,以大渡河猴子岩水库以上流域为研究区开展研究.结果表明:新安江日模型在率定期和验证期的多年平均确定性系数均为0.85,整体精度较高;经误差校正后,预报精度得到进一步的提高,在延长预见期的基础上保证了预报精度;日径流模型分布函数中位数的预报精度均在一定程度上优于原始的确定性预报,提供的90%置信区间覆盖率和离散度分别在90%左右和0.40以下,表明其能以相对较窄的区间覆盖大部分实测值,具有较高的可靠度.研究成果可为研究区的防洪发电调度及风险管理提供技术支撑.

关键词：新安江模型度日因子实时预报校正水文不确定性处理器融雪径流概率预报

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欧美亚典型发达国家洪水标准及应对气候变化策略

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南水北调与水利科技（中英文） 2024年第3期22卷 605-617页

作者：胡义明温骐宇王静曹子恒彭安帮梁忠民河海大学水文水资源学院南京210098 中国水利水电科学研究院北京100038 南京水利科学研究院南京210029

针对洪水标准选用及应对气候变化适应性政策制定问题,系统调研欧美亚典型发达国家在该领域的研究及应用成果,从工程设计洪水标准和流域洪水管理标准等角度综述美国、荷兰、英国和日本洪水标准的制定政策,从气候变化对设计暴雨/洪水的影... 详细信息

针对洪水标准选用及应对气候变化适应性政策制定问题,系统调研欧美亚典型发达国家在该领域的研究及应用成果,从工程设计洪水标准和流域洪水管理标准等角度综述美国、荷兰、英国和日本洪水标准的制定政策,从气候变化对设计暴雨/洪水的影响角度分析总结英国和日本在应对气候变化上的适应性对策。建议在洪水标准及气候适应对策研究中抛弃单纯依据大坝尺寸确定洪水标准的方式,基于动态发展及整体-局部互馈关联视角,兼顾气候变化对暴雨洪水的影响,从洪水潜在危害及风险角度出发,制定相应的政策规范。本综述可为我国新时期洪水标准选用规则及适应气候变化策略的制定提供参考。

关键词：洪水标准气候变化适应性对策美国荷兰英国日本

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微分形式新安江模型

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水科学进展 2024年第3期35卷 374-386页

作者：梁忠民赵建飞段雅楠黄嘉璐李彬权王军胡义明河海大学水文水资源学院江苏南京210098 江苏省水利工程科技咨询股份有限公司江苏南京210029

现有新安江模型数学上是代数方程并限于一阶差分方法求解,不可避免存在数值误差,探索数值求解误差控制新途径,对于提高模型计算精度具有重要意义。基于微分系统框架,识别新安江模型的状态变量和通量,推导其控制方程和本构方程,提出微分... 详细信息

现有新安江模型数学上是代数方程并限于一阶差分方法求解,不可避免存在数值误差,探索数值求解误差控制新途径,对于提高模型计算精度具有重要意义。基于微分系统框架,识别新安江模型的状态变量和通量,推导其控制方程和本构方程,提出微分形式的新安江模型(ODE-XAJ),并采用四阶显式Runge Kutta法求解。数值实验结果显示,以解析解为基准,ODE-XAJ绝对误差处于或小于10-4mm量级,可实现对解析解的高阶近似;以ODE-XAJ结果为基准,按归一化平均绝对误差评价,现有新安江模型的数值求解误差约为8.7%。典型流域应用结果显示,ODE-XAJ确定性系数提升0.02,洪量相对误差降低4.3%。研究表明,ODE-XAJ理论上分离了模型的数学方程与具体解法,可有效控制数值求解误差,提升模型模拟精度。

关键词：新安江模型数值误差微分形式 Runge Kutta法屯溪流域

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High performance photodegradation resistant PVA@TiO_(2)/carboxyl-PES self-healing reactive ultrafiltration membrane

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Chinese Journal of Chemical Engineering 2024年第2期66卷 31-39页

作者： Yu liang Yuanfang Fan zhongmin Su Mingxin Huo Xia Yang Hongliang Huo Chi Wang Zhi Geng College of Environment Engineering Research Center of Low-Carbon Treatment and Green Development of Polluted Water in Northeast ChinaMinistry of EducationNortheast Normal UniversityChangchun 130117China School of Science Hainan UniversityHaikou 570225China

The occurrence of ultrafiltration(UF)membrane fouling frequently hampers the sustainable advancement of UF technology.Reactive self-cleaning UF membranes can effectively alleviate the problem of membrane fouling.Nevertheless,the self-cleaning process may accelerate membrane aging.Addressing these concerns,we present an innovative design concept for composite self-healing materials based on self-cleaning UF membranes.To begin,TiO_(2)nanoparticles were incorporated into the polymer molecular structure via molecular design,resulting in the synthesis of TiO_(2)/carboxyl-polyether sulfone(PES)hybrid materials.Subsequently,the nonsolvent-induced phase inversion technique was employed to prepare a novel of UF membrane.Lastly,a polyvinyl alcohol(PVA)hydrogel coating was applied to the hybrid UF membrane surface to create PVA@TiO_(2)/carboxyl-PES self-healing reactive UF membranes.By establishing a covalent bond,the TiO_(2)nanoparticles were effectively and uniformly dispersed within the UF membrane,leading to exceptional self-cleaning properties.Furthermore,the water-absorbing and swelling properties of PVA hydrogel,along with its capacity to form hydrogen bonds with water molecules,resulted in UF membranes with improved hydrophilicity and active self-healing abilities.The results demonstrated that the water contact angle of PVA@5%TiO_(2)/carboxyl-PES UF membrane was 43.1°.Following a 1-h exposure to simulated solar exposure,the water flux recovery ratio increased from 48.16%to 81.03%.Moreover,even after undergoing five cycles of 12-h simulated sunlight exposure,the UF membranes exhibited a consistent retention rate of over 97%,thus fully demonstrating their exceptional self-cleaning,antifouling,and selfhealing capabilities.We anticipate that the self-healing reactive UF membrane system will serve as a pioneering and comprehensive solution for the self-cleaning antifouling challenges encountered in UF membranes while also effectively mitigating the aging effects of reactive UF membranes.

关键词： Ultrafiltration membrane Self-cleaning Self-healing Poly(aryl ether sulfone)

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Four decades of full-scale nitrous oxide emission inventory in China

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National Science Review 2024年第3期11卷 137-149页

作者： Minqi liang Zheyan Zhou Peiyang Ren Han Xiao Xu-Ri zhongmin Hu Shilong Piao Hanqin Tian Qing Tong Feng Zhou Jing Wei Wenping Yuan School of Atmospheric Sciences Guangdong Province Data Center of Terrestrial and Marine Ecosystems Carbon Cycle Sun Yat-sen University State Key Laboratory of Tibetan Plateau Earth System Resources and Environment Institute of Tibetan Plateau Research Chinese Academy of Sciences Key Laboratory of Agro-Forestry Environmental Processes and Ecological Regulation of Hainan Province Hainan University Sino-French Institute for Earth System Science College of Urban and Environmental SciencesPeking University Schiller Institute for Integrated Science and Society Department of Earth and Environmental Sciences Boston College Institute of Energy Environment and Economy Tsinghua University Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory(Zhuhai)

China is among the top nitrous oxide（N2O）-emitting countries, but existing national inventories do not provide full-scale emissions including both natural and anthropogenic sources. We conducted a four-decade（1980–2020） of comprehensive quantification of Chinese N2O inventory using empirical emission factor method for anthropogenic sources and two up-to-date process-based models for natural sources. Total N2O emissions peaked at 2287.4（1774.8–2799.9） Gg N2O yr-1in 2018, and agriculture-developed regions, like the East, Northeast, and Central, were the top N2O-emitting regions. Agricultural N2O emissions have started to decrease after 2016 due to the decline of nitrogen fertilization applications, while, industrial and energetic sources have been dramatically increasing after 2005. N2O emissions from agriculture, industry,energy, and waste represented 49.3%, 26.4%, 17.5%, and 6.7% of the anthropogenic emissions in 2020,respectively, which revealed that it is imperative to prioritize N2O emission mitigation in agriculture,industry, and energy. Natural N2O sources, dominated by forests, have been steadily growing from 317.3（290.3–344.1） Gg N2O yr-1in 1980 to 376.2（335.5–407.2） Gg N2O yr-1in 2020. Our study produces a Full-scale Annual N2O dataset in China（FAN2020）, providing emergent counting to refine the current national N2O inventories.

关键词： nitrous oxide four decades anthropogenic sources natural sources

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Application of Bayesian approach to hydrological frequency analysis

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Science China(Technological Sciences) 2011年第5期54卷 1183-1192页

作者： liang zhongmin LI BinQuan YU ZhongBo CHANG Wen Juan College of Hydrology and Water Resources Hohai University Nanjing 210098 China Department of Geosciences University of Nevada Las Vegas NV 89154 USA

An existing Bayesian flood frequency analysis method is applied to quantile estimation for Pearson type three (P-III) probability distribution. The method couples prior and sample information under the framework of Bayesian formula, and the Markov Chain Monte Carlo (MCMC) sampling approach is used to estimate posterior distributions of parameters. Different from the original sampling algorithm (i.e. the important sampling) used in the existing approach, we use the adaptive metropolis (AM) sampling technique to generate a large number of parameter sets from Bayesian parameter posterior distributions in this paper. Consequently, the sampling distributions for quantiles or the hydrological design values are constructed. The sampling distributions of quantiles are estimated as the Bayesian method can provide not only various kinds of point estimators for quantiles, e.g. the expectation estimator, but also quantitative evaluation on uncertainties of these point estimators. Therefore, the Bayesian method brings more useful information to hydrological frequency analysis. As an example, the flood extreme sample series at a gauge are used to demonstrate the procedure of application.

关键词：水文频率分析贝叶斯方法分位数估计频率分析方法后验分布重要抽样抽样分布应用程序

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基于变分贝叶斯深度学习的水文概率预报方法

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水科学进展 2023年第1期34卷 33-41页

作者：李大洋姚轶梁忠民周艳李彬权盐城工学院土木工程学院江苏盐城224051 南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室江苏南京210029 河海大学水文水资源学院江苏南京210098 盐城师范学院江苏省滩涂生物资源与环境保护重点实验室江苏盐城224007 水安全与水科学协同创新中心江苏南京210024

目前水文领域关于深度学习的研究多集中于提高预测能力方面,与具有物理机制的水文模型相比,深度学习复杂的内部结构导致其不具备可解释性,预测结果难以被信任,因此发展可信赖的深度学习对于推进水科学发展具有重要意义。基于预报残差分... 详细信息

目前水文领域关于深度学习的研究多集中于提高预测能力方面,与具有物理机制的水文模型相比,深度学习复杂的内部结构导致其不具备可解释性,预测结果难以被信任,因此发展可信赖的深度学习对于推进水科学发展具有重要意义。基于预报残差分析框架,构建具有物理机制的水文模型与深度学习融合的混合模型,以充分利用两者优势;引入变分贝叶斯理论,提出变分贝叶斯与深度学习耦合的概率预报模型VB-LSTM,以定量评估水文预报结果的不确定性、提高结果可靠度。以黄河源区1961—2015年的径流过程为研究对象,对VB-LSTM模型进行应用示例研究。结果表明:与长短时记忆网络(LSTM)相比,VB-LSTM模型在验证期预报精度更高,结果更稳定;与传统基于“线性-正态”假设的水文概率预报方法相比,VB-LSTM模型具有更高的预报精度,且不确定性更小、预报结果更可靠。

关键词：水文概率预报深度学习变分贝叶斯长短时记忆网络混合模型

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基于机器学习模型的淮河流域中长期径流预报研究

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地学前缘 2022年第3期29卷 284-291页

作者：胡义明陈腾罗序义唐超梁忠民河海大学水文水资源学院江苏南京210098

准确可靠的中长期径流预报是支撑水资源科学调配、提高水资源利用效率的关键。本研究采用AdaBoost模型(AdB)、随机森林模型(RF)和支持向量机模型(SVM)进行淮河流域王家坝和蚌埠站当年11月至次年10月共12个月的中长期径流预报研究。采用... 详细信息

准确可靠的中长期径流预报是支撑水资源科学调配、提高水资源利用效率的关键。本研究采用AdaBoost模型(AdB)、随机森林模型(RF)和支持向量机模型(SVM)进行淮河流域王家坝和蚌埠站当年11月至次年10月共12个月的中长期径流预报研究。采用置换准确度重要性度量法从130项气象-气候因子及前期降雨/流量构建的1 562个因子变量中筛选出影响各月径流的关键因子,构建了基于AdB、RF和SVM模型的各月径流预报模型,模型参数采用随机搜索技术并结合交叉验证方式确定。采用变幅误差合格率和等级(五级)预报合格率指标对模型的预报精度进行了评估。变幅误差合格率指标表明,王家坝12个月的平均合格率分别为99.8%(AdB)、96.6%(RF)和95.9%(SVM),蚌埠站分别为100%(AdB)、94.8%(RF)和93.8%(SVM);等级预报合格率指标表明,王家坝12个月的平均合格率分别为79.0%(AdB)、76.4%(RF)和79.9%(SVM),蚌埠站分别为81.0%(AdB)、75.6%(RF)和76.6%(SVM)。模型均具有较好的预报效果,但RF和SVM模型对于高流量值的预报存在偏低现象,AdB模型整体上优于RF和SVM模型。

关键词：机器学习 AdaBoost模型随机森林模型支持向量机模型径流预报淮河流域

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