检索结果-南通市图书馆

基于机器学习的长江流域农田氮径流流失负荷估算

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环境科学 2023年第7期44卷 3913-3922页

作者：张育福潘哲祺陈丁江浙江大学环境与资源学院杭州310058 浙江大学环境修复与生态健康教育部重点实验室杭州310058 浙江省农业资源与环境重点实验室杭州310058

定量解析长江流域农田氮径流流失特征是实现长江及其河口氮污染有效控制的关键科学基础.基于收集的长江流域570个旱地和434个水田田间氮径流流失数据组,采用相关性分析、结构方程模型、方差分解和机器学习方法,探究了影响旱地和水田总... 详细信息

定量解析长江流域农田氮径流流失特征是实现长江及其河口氮污染有效控制的关键科学基础.基于收集的长江流域570个旱地和434个水田田间氮径流流失数据组,采用相关性分析、结构方程模型、方差分解和机器学习方法,探究了影响旱地和水田总氮径流流失强度的主要因素,建立了基于机器学习的长江流域旱地和水田总氮径流流失强度预测模型,量化了长江流域农田总氮径流流失负荷.结果表明,径流深、施氮量和土壤氮含量是影响旱地总氮径流流失强度的主要因素;径流深和施氮量是水田总氮径流流失强度的主要影响因素.与分类与回归树、多元线性回归和增强回归树方法相比,采用随机森林算法构建的长江流域旱地和水田总氮径流流失强度预测模型具有更高的精度(R^(2)为0.65~0.94).基于随机森林算法的预测模型估算的2013年长江流域农田总氮径流流失负荷(以N计)为0.47 Tg·a^(-1)(旱地:0.25 Tg·a^(-1);水田:0.22 Tg·a^(-1)),中下游地区贡献了58%的流失负荷.模型预测5种防治情景下的长江流域农田氮流失负荷可削减2.4%~9.3%,其中减少径流量的削减效果最为显著.长江流域农田氮面源污染防治必须协同加强氮肥精准管理、减少农田径流量和提高土壤氮利用,且应将重点放在中下游地区.所发展的基于机器学习建模方法克服了氮径流流失强度与影响因素之间函数关系难以确定的问题,为估算区域或流域农田氮流失负荷提供了简便且可靠的方法.

关键词：长江流域农田径流氮流失机器学习面源污染

基于ERA5-Land数据集的玛纳斯河径流模拟研究

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地学前缘 2022年第3期29卷 271-283页

作者：唐豪王晓云陈伏龙姜龙何朝飞龙爱华石河子大学水利建筑工程学院新疆石河子832000 中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222 新疆石河子水文勘测局新疆石河子832000 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

气象数据是水文过程研究的关键要素,再分析数据的发展为资料缺乏地区的径流模拟提供了新的解决方案。为研究ERA5-Land再分析数据集在径流模拟中的适用性,本文以玛纳斯河流域肯斯瓦特水文站以上流域为研究区,选取多个评价指标对ERA5-Lan... 详细信息

气象数据是水文过程研究的关键要素,再分析数据的发展为资料缺乏地区的径流模拟提供了新的解决方案。为研究ERA5-Land再分析数据集在径流模拟中的适用性,本文以玛纳斯河流域肯斯瓦特水文站以上流域为研究区,选取多个评价指标对ERA5-Land降水和温度进行准确性评价,并采用经验模态分解(EOF)分析其在研究区内的分布特点。在准确性方面,ERA5-Land与实测数据具有较好相关性,降水探测率为0.96,能反映大多数的降水事件,但与实测数据相比总体偏高21.81%,气温准确性好于降水,总体拟合效果较好,最优范围为-5~20℃,在极值部分不确定性有所增加。EOF决定性模态表明研究区内降水、气温变化趋势基本一致,即易受大尺度天气系统影响。利用该数据集驱动SWAT模型在月、日尺度上对玛纳斯河流域进行径流模拟,在验证期纳什系数(NSE)分别为0.88和0.82,具有较好的模拟效果。ERA5-Land再分析数据集可为西北缺乏实测气象资料地区径流模拟提供参考。

关键词： ERA5-Land SWAT模型径流 EOF 玛纳斯河缺测气象资料地区

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基于能量的坡面侵蚀性径流及其水沙传递关系

农业工程学报 2022年第1期38卷 151-157页

作者：王清源张乐涛魏仪媛何梦真河南大学地理与环境学院环境与规划国家级实验教学示范中心开封475004

为有效辨识径流侵蚀能量对水沙关系的影响,构建水流功率ω和水流能量因子SE等指标,采用经验频率统计法,初步拟定了基于能量的坡面侵蚀性径流标准,并考察了不同侵蚀事件的水沙关系。结果表明:1)坡面侵蚀性径流的一般参考标准为:水流功率... 详细信息

为有效辨识径流侵蚀能量对水沙关系的影响,构建水流功率ω和水流能量因子SE等指标,采用经验频率统计法,初步拟定了基于能量的坡面侵蚀性径流标准,并考察了不同侵蚀事件的水沙关系。结果表明:1)坡面侵蚀性径流的一般参考标准为:水流功率大于10.5 W/m或水流能量大于0.059 W,输沙模数一般大于0.6 kg/m^(2)。2)事件时间尺度下输沙模数主要受水流能量因子控制,平均含沙量与水流功率关系最优;过程时间尺度下瞬时输沙率与瞬时水流功率、输沙模数增量与水流能量因子增量皆成正线性相关。3)侵蚀性径流的输沙能力是非侵蚀性径流的2.5倍,而非侵蚀性径流单位水流能量增量的增沙能力是侵蚀性径流的4.8倍;调节单位水流功率(10W/m)的减沙效益可达50%,调节单位水流能量因子(0.1 W)的减沙效益可达71%。分析结果表明侵蚀性径流事件的整体水沙关系更稳定,径流能量更强,输沙能力更大,基于能量拟定侵蚀性径流标准具有可行性。研究结果可以为黄土高原坡面典型径流事件筛选和径流侵蚀能量调控提供参考。

关键词：侵蚀径流水沙关系侵蚀能量减沙效益事件时间尺度过程时间尺度

基于CMIP6的金沙江流域径流及水文干旱预估

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水资源保护 2023年第6期39卷 53-62页

作者：张丹梁瀚续何小聪时玉龙长江勘测规划设计研究有限责任公司湖北武汉430010 四川大学水利水电学院四川成都610065 中国长江三峡集团有限公司流域枢纽运行管理中心湖北宜昌443133

针对金沙江流域近年来水旱灾害频发并对水与能源安全构成严重威胁的问题,基于CMIP6的11种全球气候模式(GCMs),耦合VIC水文模型,预估了金沙江流域2030—2099年径流的变化趋势,采用标准化径流指数(SRI)探究了流域未来水文干旱的演变趋势... 详细信息

针对金沙江流域近年来水旱灾害频发并对水与能源安全构成严重威胁的问题,基于CMIP6的11种全球气候模式(GCMs),耦合VIC水文模型,预估了金沙江流域2030—2099年径流的变化趋势,采用标准化径流指数(SRI)探究了流域未来水文干旱的演变趋势。结果表明:历史时期(1966—2014年)GCMs空间降尺度效果和VIC模型的径流模拟效果均较好,能够提供可靠的径流及水文干旱预估数据;金沙江流域未来径流呈显著增加趋势,小得石站增速最快,屏山站次之,石鼓站最慢,且SSP5-8.5情景的趋势率大于SSP2-4.5情景;金沙江流域未来呈湿润化趋势,水文干旱近期(2030—2064年)较为严重,远期(2065—2099年)将减弱;从空间上看,金沙江干流石鼓和屏山站的干旱频率、历时、烈度高于支流雅砻江小得石站。

关键词：气候变化 CMIP6 径流水文干旱金沙江流域

梯田对黄土区降雨径流过程的影响及SCS-CN模型应用与改进

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农业工程学报 2022年第12期38卷 85-91页

作者：马勇星张栋潘成忠降亚楠北京师范大学水科学研究院北京100875 黄河水利委员会黄河上中游管理局西安710021 西北农林科技大学水利与建筑工程学院杨凌712100

梯田改变了流域下垫面,对降雨径流过程势必产生影响,径流曲线模型(Soil Conservation Service Curve Number,SCS-CN)在中国黄土区,特别是梯田分布广泛流域的适用性仍存争议。为此,该研究以位于甘肃天水的罗玉沟流域为研究对象,利用梯田... 详细信息

梯田改变了流域下垫面,对降雨径流过程势必产生影响,径流曲线模型(Soil Conservation Service Curve Number,SCS-CN)在中国黄土区,特别是梯田分布广泛流域的适用性仍存争议。为此,该研究以位于甘肃天水的罗玉沟流域为研究对象,利用梯田修建前后2个时段(1985—1990年、2000—2010年)的降雨径流实测资料,分析梯田修建对降雨-径流过程的影响,验证SCS-CN模型的适用性,进一步考虑梯田修建的影响,针对不同降雨类型分别提出了基于降雨量和平均雨强的模型改进方法。结果表明:1)梯田修建对流域径流过程的影响与降雨强度关系密切。当雨强较小时,梯田显著削减流域洪峰和径流总量,削减幅度均在55%以上;而当降雨量和雨强较大时,梯田削减洪峰和径流总量效果并不显著。总体上,梯田修建后流域平均降雨径流系数显著减小至0.06,减小幅度约54%。2)基于最小二乘法优化与考虑前期土壤含水率修正的SCS-CN模型并不适用于梯田分布广泛流域的径流预报。引入降雨量和平均雨强改进后的模型模拟效果显著提高,此时流域暴雨量级以下和以上降雨事件的初损率分别为0.29和0.02。该研究基于降雨因子改进的模型在梯田分布广泛流域具有一定的适用性,可为流域产流计算及水土保持规划提供参考依据。

关键词：降雨径流模型梯田 SCS 罗玉沟流域水文过程

黄丘区小流域暴雨径流动力特征对淤地坝配置的响应

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农业工程学报 2022年第10期38卷 119-127页

作者：刘力玮张攀肖培青曹连海杨建臣华北水利水电大学测绘与地理信息学院郑州450045 黄河水利科学研究院水利部黄土高原水土保持重点实验室郑州450003

为定量揭示淤地坝措施配置对黄丘区小流域暴雨径流形成及演进过程的影响,采用室内小流域人工模拟降雨试验,对不同淤地坝措施布设情景下(无坝、单坝、双坝)小流域不同断面径流的水动力、侵蚀动力特征进行研究。结果表明:径流量与含沙量... 详细信息

为定量揭示淤地坝措施配置对黄丘区小流域暴雨径流形成及演进过程的影响,采用室内小流域人工模拟降雨试验,对不同淤地坝措施布设情景下(无坝、单坝、双坝)小流域不同断面径流的水动力、侵蚀动力特征进行研究。结果表明:径流量与含沙量整体均随时间推移而增大,无淤地坝布设情景下径流量增幅为114.60 cm^(3)/s,双坝情景的径流量增幅仅有70.11 cm^(3)/s;淤地坝对小流域暴雨径流演进过程的影响显著,淤地坝布设后径流流态由主要的紊流—缓流变为以层流—缓流为主,雷诺数Re减小幅度达到12.04%~85.85%;动力参数中径流功率ω和雷诺数Re可以被认为是能够较好描述不同淤地坝布设下侵蚀产沙的动力因子。研究结果对于揭示流域暴雨径流过程及成灾机理具有重要现实意义,可为科学评价水土保持措施调控径流过程的效应提供理论依据。

关键词：暴雨径流水动力侵蚀动力模拟降雨淤地坝配置

Vine Copula与贝叶斯模型平均结合的月径流预测及应用

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农业工程学报 2022年第24期38卷 73-82页

作者：吴海江粟晓玲祁继霞张特朱兴宇武连洲西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室杨凌712100 西北农林科技大学水利与建筑工程学院杨凌712100

准确可靠且预见期较长的月径流预测对水资源配置、防汛抗旱以及生态环境保护等具有重要意义。径流变化与降水、气温、潜在蒸散发以及前期径流等存在密切联系。鉴于Vine Copula可以灵活地将多个随机变量的边缘分布函数通过Copula对的形... 详细信息

准确可靠且预见期较长的月径流预测对水资源配置、防汛抗旱以及生态环境保护等具有重要意义。径流变化与降水、气温、潜在蒸散发以及前期径流等存在密切联系。鉴于Vine Copula可以灵活地将多个随机变量的边缘分布函数通过Copula对的形式联结起来构造多维联合分布函数以及贝叶斯模型平均(Bayesian Model Averaging,BMA)在处理多模型集合预报方面的优势,该研究基于BMA集合多个Vine Copula模型提出了一种BVC径流预测模型(简称BVC模型),应用于黄河流域上游4个水文站(唐乃亥站、民和站、红旗站和折桥站)的月径流预测,采用确定性系数(R2)、纳什效率系数(Nash-Sutcliffe Efficiency coefficient,NSE)和均方根误差(Root Mean Squared Error,RMSE)评价模型的预测性能。结果表明,验证期内预见期为1~3个月时,BVC模型在各水文站的R2均大于等于0.83、NSE均大于等于0.78且RMSE均维持在较低水平;与随机森林(Random Forest,RF)模型和长短期记忆神经网络(Long Short-Term Memory Neural Network,LSTM)模型相比,BVC模型能够很好地预测各水文站月径流的变化过程,特别是月径流极值的变化。研究表明BVC模型在预见期为1~3个月时的月径流预测性能明显优于RF模型和LSTM模型。该研究构建的BVC模型为流域的水资源管理和风险评估等提供参考。

关键词：水资源机器学习径流预测贝叶斯模型平均 Vine Copula 黄河流域

洞庭湖流域“径流—湖泊水量”关系的土地利用/覆盖变化(LUCC)响应特征

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长江流域资源与环境 2023年第2期32卷 374-383页

作者：吴宏冯徽徽邹滨王玉龙中南大学地球科学与信息物理学院湖南长沙410083

径流是洞庭湖等长江中下游通江湖泊水量变化的重要驱动因素,土地利用/覆盖变化(Land Use and Cover Change,LUCC)通过改变下垫面特征,强烈改变了流域水文过程,并进一步影响了湖泊水量变化。然而,受气候变化等多因子复杂交互作用,LUCC对... 详细信息

径流是洞庭湖等长江中下游通江湖泊水量变化的重要驱动因素,土地利用/覆盖变化(Land Use and Cover Change,LUCC)通过改变下垫面特征,强烈改变了流域水文过程,并进一步影响了湖泊水量变化。然而,受气候变化等多因子复杂交互作用,LUCC对“径流—湖泊水量”关系的影响方式与贡献特征依然面临较强的不确定性,成为流域水资源规划与管理面临的关键理论瓶颈。针对上述问题,基于SWAT水文模型,采用2001~2019年MODIS遥感数据产品,系统分析了洞庭湖流域LUCC对“径流—湖泊水量”的影响特征。结果表明:(1)洞庭湖流域多年平均径流和湖泊水量分别为2371亿m^(3)和682亿m^(3),季节上均表现为5~9月份较高、10~4月份较小的单峰型分布特征,径流年际变化趋势较弱(y=14.926x+2222.1,R^(2)=0.0439,p径流量呈显著正相关性,年际尺度上可表示为y=0.173x+272.11(R^(2)=0.5885,p径流—湖泊水量”关系具有较强影响,其对多年年均径流量贡献约为364亿m^(3),约占多年径流总量的15.4%,对湖泊水量贡献约63亿m^(3),占总蓄水量的9.2%。研究结果有助于正确认识与把握洞庭湖等通江湖泊水量变化的内在影响机制,并为流域相关水资源治理与规划提供科学的辅助支撑。

关键词：洞庭湖流域 LUCC 径流湖泊水量 SWAT模型

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秦淮河流域径流过程对土地利用变化的响应

农业工程学报 2023年第21期39卷 139-151页

作者：任朝达宋晓猛宋明明中国矿业大学资源与地球科学学院徐州221116 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南京210029 浙江水利水电学院测绘与市政工程学院杭州310018

土地利用变化影响了流域产汇流机制,进而改变了流域洪水响应过程,成为流域径流演变的主要驱动因素,特别是城市化流域最为明显。为深入探究快速城市化背景下土地利用变化对流域径流的影响,该研究以南京市秦淮河流域为例,利用2005、2010、... 详细信息

土地利用变化影响了流域产汇流机制,进而改变了流域洪水响应过程,成为流域径流演变的主要驱动因素,特别是城市化流域最为明显。为深入探究快速城市化背景下土地利用变化对流域径流的影响,该研究以南京市秦淮河流域为例,利用2005、2010、2015和2020年4期土地利用数据和2003-2020年18场小时尺度洪水过程,基于HEC-HMS(hydrologic engineering center-hydrologic modeling system)平台构建秦淮河流域水文模型系统,量化变化环境下降雨径流过程对土地利用变化的响应。结果表明:1)流域不透水面积增加了99.53%,而农田面积减少了6.57%,且增加的不透水面积主要来自农田转入,占比约96.42%;2)秦淮河流域洪水过程模拟结果显示HEC-HMS模型在秦淮河适用性较好,率定期洪峰流量相对误差、洪量相对误差、Nash-Sutcliffe系数和均方根误差RMSE分别为-1.63%、-11.79%、0.854和159.73 m^(3)/s,验证期洪峰流量相对误差、洪量相对误差、Nash-Sutcliffe系数和均方根误差RMSE分别为-1.30%、1.58、0.856和133.91 m^(3)/s;3)流域土地利用变化导致不透水面积增加,流域平均CN值由2005年79.6增长至2020年80.2,而洪峰滞时则显著减少,由2005年的1 188.2 min降至2020年的835.04 min,造成洪水过程线由“矮胖”变“尖瘦”的趋势,峰现时间整体提前;4)城市化背景下流域不透水率增加,洪水洪量及洪峰流量都随不透水率的增加而增加,其中不透水率增加对小规模洪水的影响最显著。研究可为复杂条件下水文过程模拟、土地利用变化的水文过程响应及流域防洪减灾与综合管理提供理论参考与技术支撑。

关键词：土地利用径流 HEC-HMS模型降雨径流过程秦淮河流域城市化