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基于耦合模型和AHP-TOPSIS法的LID设施改造方案研究

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中国农村水利水电 2023年

作者：吴京戎蒋翔湖北工业大学工程技术学院湖北工业大学土木建筑与环境学院

为解决随着城市内涝问题日益严重的问题，以广州市番禺区政府周边区域为研究对象，通过SWMM和LISFLOOD-FP耦合模型对研究区进行暴雨内涝模拟，模拟LID设施在不同暴雨重现期的径流削减效果，对不同淹没特点的内涝区考虑其影响因素的权重... 详细信息

为解决随着城市内涝问题日益严重的问题，以广州市番禺区政府周边区域为研究对象，通过SWMM和LISFLOOD-FP耦合模型对研究区进行暴雨内涝模拟，模拟LID设施在不同暴雨重现期的径流削减效果，对不同淹没特点的内涝区考虑其影响因素的权重，通过AHP-TOPSIS研究方法得出LID设施的最优布置方案对研究区进行改造。结果表明：（1）对“20220804”短历时暴雨进行模型验证，表明模型可以较为真实地反映研究区淹没范围及水深，有较好精度；（2）对耦合模型进行重现期为2a、5a、10a、20a、30a降雨模拟，结果表明盛泰路与东兴路交叉口、钻汇广场、清河中路、大北路、富华中路、桥兴大道、光明北路，繁华路、禺山大道和光明南路所处街区，解放路、解放大街和环城西路所在街区为内涝易发生地。（3）在满足调蓄容积条件下，设计由生物滞留带、雨水花园、绿色屋顶构成的10种方案，考虑不同内涝区影响因素的权重，利用AHP-TOPSIS法对10个LID设施布置方案的综合效益进行分析，最终得出不同淹没特点内涝区的最优LID设施改造方案。

关键词： SWMM LISFLOOD-FP 耦合模型低影响开发 AHP-TOPSIS

基于MIKE FLOOD耦合模型的洪水淹没风险分析:以北京市某科学城为例

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水利水电技术（中英文） 2022年第7期53卷 1-17页

作者：王天泽王远航马帅赵梦舟张露凝薛志春任宇孙冉北京市水科学技术研究院北京100048 北京市京密引水管理处北京101400 中国城市规划设计研究院北京100037 北京水利水电学校北京100024

为科学制定城市空间发展及相关规划,对城市暴雨洪水进行精细化模拟,以北京市某科学城为例,利用MIKE FLOOD平台,基于基础地理、河道断面、闸坝工程、暴雨洪水、防洪规划及调度等数据构建了河道一维、研究区二维的大尺度、高精度耦合模型... 详细信息

为科学制定城市空间发展及相关规划,对城市暴雨洪水进行精细化模拟,以北京市某科学城为例,利用MIKE FLOOD平台,基于基础地理、河道断面、闸坝工程、暴雨洪水、防洪规划及调度等数据构建了河道一维、研究区二维的大尺度、高精度耦合模型,模拟范围包括山区120 km^(2)、平原区267 km^(2)。根据设计洪水和2021年潮白河生态补水实测数据进行了模型参数率定和验证,准确模拟了现状和规划情景下的河道洪水漫溢及洪水淹没情况。结果表明:模拟水位与率定及验证水位差均不大于0.20 m,纳什系数接近于1,均方根误差较小。模型对包含山区和平原区的大区域范围及精细化河道断面和网格尺度模拟结果较好,适用于科学城洪水淹没风险分析。现状条件下,科学城内仅沙河牤牛河基本满足20 a一遇防洪标准,20 a、50 a和100 a一遇洪水条件下科学城淹没面积分别为0.45 km^(2)、0.76 km^(2)和3.06 km^(2),淹没主要集中在沙河中游部分河段以及沙河、雁栖河下游入河口处两岸。规划条件下,科学城内河道基本满足防洪标准,未发生洪水淹没。

关键词： MIKE FLOOD 耦合模型科学城行洪能力洪水淹没风险降水内涝城市防洪

基于GIS下的CF回归耦合模型雅鲁藏布江下游降雨型泥石流易感性评估

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基于GIS下的CF回归耦合模型雅鲁藏布江下游降雨型泥石流易感性评估

作者：黄艳婷西藏农牧学院

学位级别：硕士

国家在关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标中明确提出了要实施雅鲁藏布江下游水电开发。雅鲁藏布江下游由于其巨大的地势差和湍急的水流,水能资源丰富,开发空间大。雅鲁藏布江下游地势东高西低,具有水文气候... 详细信息

国家在关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标中明确提出了要实施雅鲁藏布江下游水电开发。雅鲁藏布江下游由于其巨大的地势差和湍急的水流,水能资源丰富,开发空间大。雅鲁藏布江下游地势东高西低,具有水文气候条件复杂、降雨量充沛和断裂带活跃等特点,区域自然地理环境有利于孕育泥石流灾害,降雨型泥石流是该区域频发的自然地质灾害。为了避免泥石流灾害对雅鲁藏布江下游重大水利工程建设、施工和运行造成影响,对工程区域地质灾害开展全面排查,分析灾害形成的影响因子,及时处置安全隐患,系统地对下游地区泥石流易发性情况进行分析是有必要的。本文选取距离雅鲁藏布江下游河道两侧宽度为2km范围内的区域作为研究对象。通过搜集84个泥石流点、选取11个致灾因子和解析卫星高程数据等工作进行研究区泥石流易发性评价。在Arc GIS平台中提取致灾因子信息并分析,利用确定性因子模型(CF)计算断层距离、高程、坡向、植被覆盖率、年均降雨量、剖面曲率、起伏度、粉砂土含量、TWI、SPI和土地利用率11种致灾因子的不同分级的确定性系数。分别采用层次分析法(AHP)、二元逻辑回归(LR)、随机森林(RF)与CF耦合的模型来分析预测泥石流发生情况。使用混淆矩阵和ROC曲线来验证三种模型的精度,并选取准确性最高的耦合模型来计算研究区泥石流易发性评价图。降雨是诱发泥石流爆发的重要因素,带入不同等级的年降雨量来寻找降雨和泥石流发生数量的规律性。得出的主要结论如下:(1)通过CF模型研究得出:在研究区中,处于距离断层12000-14000m;高程在2900-3100m;NDVI在0.4-0.6;剖面曲率在0-5;起伏度在0-10;粉砂土含量在30%-40%;TWI在10-12;SPI在-4-0和坡向位于西北的这些地质地貌条件下最容易爆发泥石流。(2)三种耦合模型在混淆矩阵的验证下,发现CF-LR耦合模型的指标基本优于另外两个模型;通过ROC曲线图的AUC数值得出,CF-LR模型的AUC值有0.884,是三种耦合模型中最大的,说明准确率最高。所以确定性系数和逻辑回归的耦合模型最适合用于此次研究。(3)在GIS平台下,基于CF-LR模型的计算,得到研究区低易发区占比高达54.57%。说研究区相对比较安全。高易发区占比有33.76%,剩余的轻度易发区和中易发区占比不大。危险区主要位于大峡谷及之前的流域,集中分布在河流拐弯趋势较大区域和河流多拐弯处。(4)在模型中分别带入4档降雨量的CF值,分析得出研究区泥石流年降雨阈值在600-700mm区间;在年降雨量处于700-800mm区间的时候泥石流集中爆发;年降雨量在800mm之后的低易发区占比逐渐增大,高易发区占比逐渐减小。

关键词：降雨型泥石流确定性系数耦合模型易发性评价年降雨量

基于EEMD-HW-PSO-ELM耦合模型的排土场边坡位移预测模型

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黄金科学技术 2022年第4期30卷 594-602页

作者：康恩胜赵泽熙孟海东内蒙古科技大学矿业与煤炭学院内蒙古包头014010 东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳110819

为了准确预测小样本、非线性特点的排土场边坡位移,提出了一种基于经验模态分解法、三次指数平滑法和粒子群优化极限学习机的EEMD-HW-PSO-ELM边坡位移组合预测模型。以伊敏露天矿排土场GPS位移监测数据为例,验证该模型的有效性。研究结... 详细信息

为了准确预测小样本、非线性特点的排土场边坡位移,提出了一种基于经验模态分解法、三次指数平滑法和粒子群优化极限学习机的EEMD-HW-PSO-ELM边坡位移组合预测模型。以伊敏露天矿排土场GPS位移监测数据为例,验证该模型的有效性。研究结果表明:EEMD模型分解后的边坡位移时间序列包括4个IMF分量和1个余量,将分解后的数据重构为趋势项和波动项,物理意义明确。分别选择三次指数平滑法和粒子群优化极限学习机预测趋势项和波动项位移,将分项预测结果的等权叠加值作为最终预测结果,预测值的平均相对误差为0.38%,均方根误差为1.15。选择了BP模型和Elman模型进行对比预测,结果表明组合预测模型的预测效果较好,能够为边坡安全管理提供理论依据。

关键词：排土场边坡位移耦合模型集成经验模态分解三次指数平滑法粒子群优化极限学习机

考虑煤渗透性变化的抽采渗流耦合模型研究及应用

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煤炭工程 2022年第7期54卷 104-108页

作者：张磊王浩盛袁欣鹏谷超山西大同大学煤炭工程学院山西大同037003

为揭示煤岩变形对煤层瓦斯抽采渗流特性的影响,开展了煤层瓦斯抽采气固耦合问题研究。首先,考虑煤吸附解吸变形、孔隙压力及渗透性变化对瓦斯抽采的影响;然后,根据达西定律,建立以有效应力及吸附应变为耦合媒介的煤层瓦斯渗流和煤岩变... 详细信息

为揭示煤岩变形对煤层瓦斯抽采渗流特性的影响,开展了煤层瓦斯抽采气固耦合问题研究。首先,考虑煤吸附解吸变形、孔隙压力及渗透性变化对瓦斯抽采的影响;然后,根据达西定律,建立以有效应力及吸附应变为耦合媒介的煤层瓦斯渗流和煤岩变形气固耦合方程;最后,以沙曲矿24208工作面为工程背景进行抽采煤层位移、吸附应变和瓦斯渗流数值模拟,并对比分析煤层瓦斯压力、煤层渗透率和瓦斯抽采量的耦合效应。结果表明:抽采后钻孔周围煤体位移呈增大趋势,煤体因瓦斯解吸收缩变形,距抽采孔越近应变量越大;抽采初期煤层瓦斯压降梯度大;煤层渗透率随抽采时间呈增大趋势,距孔越近增幅越大;初期钻孔瓦斯抽采量较大但降幅较快,后趋于稳定,对比发现模型抽采量计算结果与实际抽采数据较为一致。

关键词：瓦斯抽采耦合模型渗透性吸附应变

基于EEMD-NGO-LSTM神经网络耦合的月径流预测模型及应用

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水力发电 2024年第1期50卷 1-7页

作者：张冲王千凤齐新虎王思宇陈末黑龙江大学水利电力学院黑龙江哈尔滨150080 黑龙江大学寒区地下水研究所黑龙江哈尔滨150080

为了提高径流序列的稳定度和精度,减小参数优化不当导致的非线性误差,研究将长短期记忆神经网络(LSTM)、集成经验模态分解(EEMD)和北方苍鹰优化算法(NGO)相结合,构建了EEMD-NGO-LSTM耦合预测模型。将此预测模型应用于模拟东辽河中下游... 详细信息

为了提高径流序列的稳定度和精度,减小参数优化不当导致的非线性误差,研究将长短期记忆神经网络(LSTM)、集成经验模态分解(EEMD)和北方苍鹰优化算法(NGO)相结合,构建了EEMD-NGO-LSTM耦合预测模型。将此预测模型应用于模拟东辽河中下游的控制总站——王奔水文站2012年~2021年逐月径流过程,并与鲸鱼算法(WOA)以及灰狼算法(GWO)优化的长短期记忆神经网络进行模型比较。结果表明,EEMD-NGO-LSTM耦合预测模型的超参数迭代速度最快,精度最高,预测结果最接近实测值,其决定系数R^(2)为0.8643。而后采用CMIP6气候模式(SSP126情景)下的2030年的降水、气温数据输入模型进行预测,在气温上升1℃,降水不变的情景下,年径流量将增加6.61%;在降水升高5%,气温不变的情景下,年径流量将增加6.95%;在气温上升1℃、降水升高5%的情境下,年径流量将增加22.16%。

关键词：月径流预测集成经验模态分解北方苍鹰优化算法长短期记忆神经网络耦合模型预测精度

基于耦合模型的交通组织方案对公交车NO_(x)排放影响分析

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科学技术与工程 2023年第24期23卷 10521-10529页

作者：寇业威马荣何超刘学渊李加强西南林业大学机械与交通学院昆明650224 云南省高校高原山区机动车环保与安全重点实验室昆明650224 云南省山地农村生态环境演变与污染治理重点实验室昆明650224

为论证交通组织方案对NO_(x)减排有明显的效果,根据实际公交线路,分别运用VISSIM交通仿真模型和Webster信号配时模型优化交通组织方案,再通过尾气排放模型MOVES与VISSIM进行联合仿真得出排放因子,分析不同类型的交通组织方案对公交车NO_... 详细信息

为论证交通组织方案对NO_(x)减排有明显的效果,根据实际公交线路,分别运用VISSIM交通仿真模型和Webster信号配时模型优化交通组织方案,再通过尾气排放模型MOVES与VISSIM进行联合仿真得出排放因子,分析不同类型的交通组织方案对公交车NO_(x)排放特性的影响。结果表明:交通组织方案提升了公交车在高峰期的服务水平,对缓解交通拥堵有明显的效果,并且在工作日早晚高峰时对NO_(x)的减排效果尤为显著;在交通设计方案中运用路中式专用道,因其独立性强和不易受社会车辆干扰等优点,在降低交通延误、提升运行速度以及减少NO_(x)排放等方面对比其他方案最具优越性;信号配时优化对缓解交叉口NO_(x)的排放起到主要作用,直接降低了怠速工况所占的比例,进而减少恶劣工况所带来的额外排放。

关键词：耦合模型城市公交 NO_(x)排放公交专用道交叉口

基于耦合模型的崇左市江州区滑坡崩塌易发性评价

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基于耦合模型的崇左市江州区滑坡崩塌易发性评价

作者：黄曦广西大学

学位级别：硕士

地处广西西南部的崇左市江州区地势南北高,中部低,有着峰峦起伏的石山地区,地形地貌条件较为复杂,以滑坡和崩塌为主的地质灾害较为发育,灾害损失严重。近年来,江州区滑坡崩塌多发且频发,对该区造成了严重的威胁。目前,由于缺少该区域的... 详细信息

地处广西西南部的崇左市江州区地势南北高,中部低,有着峰峦起伏的石山地区,地形地貌条件较为复杂,以滑坡和崩塌为主的地质灾害较为发育,灾害损失严重。近年来,江州区滑坡崩塌多发且频发,对该区造成了严重的威胁。目前,由于缺少该区域的滑坡崩塌易发性分区图,该区的防灾减灾工作面临着巨大的挑战。本文以崇左市江州区的滑坡和崩塌为研究对象,在资料收集与实地调查的基础上,分析滑坡和崩塌的发育特征、空间规律及影响因素。将研究区内的地质灾害影响因子与灾害的分布情况和主要地理特征进行关联性分析,构建了滑坡崩塌的易发性评价指标。以频率比模型、逻辑回归模型以及频率比-逻辑回归的耦合模型,并结合Arc GIS进行栅格计算,将评价结果划分为五个易发区:极高、高、中、低和极低易发区。最后对三种模型的精度进行检验。主要成果与结论如下:(1)分析了研究区主要的滑坡和崩塌地质灾害的空间分布特征,研究区内岩质崩塌和土质崩塌均有出现,崩塌规模均为较小规模,无大规模崩塌发生,主要分布于江州区北部中低山沟谷地区、南部低山丘陵地区以及中部峰丛谷地,呈散点状分布。研究区内滑坡以土质滑坡为主,主要分布于北部低山沟谷,少量分布于南部低山丘陵。滑坡崩塌发生时间上具有明显的季节性,降雨频繁的六、七月份发生灾害较多,十二月、一月份发生灾害较少。(2)利用统计方法分析数据共线性以及各评价因子和地质灾害的关联性,选取高程、坡度、坡向、TPI(地形位置指数)、TWI(地形湿度指数)、年均降雨量、与断层距离、工程地质岩组、土壤类型、与水系距离、土地利用共11个评价因子,构建江州区滑坡崩塌的易发性评价指标,确保合理地进行易发性评价。(3)分别构建频率比模型、逻辑回归模型以及频率比-逻辑回归耦合模型对该区滑坡崩塌进行易发性评价,三种模型的极高易发区与高易发区主要分布在研究区北部、中部以及南部地区。通过受试者工作特征曲线(ROC)可以对三种模型的精度进行评估,通过ROC曲线下的面积AUC值可以判别,频率比模型AUC为0.72,逻辑回归模型AUC为0.75,频率比-逻辑回归耦合模型AUC为0.78,相应的成功率分别为72%、75%和78%。精度由高到低:频率比-逻辑回归耦合模型>逻辑回归模型>频率比模型。综合来看,耦合模型更适用于该区滑坡崩塌的易发性评价。

关键词：地质灾害易发性评价频率比模型逻辑回归模型耦合模型

基于SWAT-EFDC耦合模型的跨境河流非点源污染防控策略研究

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基于SWAT-EFDC耦合模型的跨境河流非点源污染防控策略研究

作者：贺韵霖华中科技大学

学位级别：硕士

近年来,非点源污染已逐渐成为我国流域治理的重点和难点,而运用水环境数学模型、基于水环境容量的污染物总量控制是实现非点源污染防控的重要手段之一。本研究以汉江一级支流小清河为研究对象,在进行流域水环境现状评估基础上,运用SWAT-... 详细信息

近年来,非点源污染已逐渐成为我国流域治理的重点和难点,而运用水环境数学模型、基于水环境容量的污染物总量控制是实现非点源污染防控的重要手段之一。本研究以汉江一级支流小清河为研究对象,在进行流域水环境现状评估基础上,运用SWAT-EFDC耦合模型建立流域污染物排放与水体水质动态响应关系,进而核算逐月水环境容量及污染物削减量、评估污染控制措施削减效果,以提出小清河(下游段)污染防控策略。本文主要研究成果如下:(1)流域水环境现状评估:采用主成分分析法、单因子指数法及综合指数法对小清河下游段进行现状评估,TN和TP是影响河道水质的关键污染因子,小清河污染沿程逐渐加重,清河出口断面已处于中度污染状态;利用统计法和输出系数法对点源及非点源污染进行统计,2019年的TN、TP入河量分别为95.36t、8.97t,非点源污染分别占比82.74%、94.32%,非点源污染是小清河下游段的主要污染源。(2)陆域污染物排放与水体水质动态响应关系构建:通过SWAT-EFDC耦合模型对氮磷流失时空分布规律解析,显示氮磷污染流失量年际变化趋势和年降雨量变化趋势相同,4-6月是氮磷流失关键时期,分别占总氮、总磷污染全年流失量的54.13%、49.57%,小清河上游段西南区域及下游段东部区域是氮磷流失关键源区。(3)小清河下游段氮磷污染防控策略研究:SWAT-EFDC耦合模型评估显示,通过改善小清河上游段出水水质及削减下游段氮磷污染入河量,可有效控制氮磷污染。在非点源污染组合治理措施下,上游段出水水质基本可达到地表Ⅲ类水水质要求;基于上游段出水水质达地表Ⅲ类水质条件下,核算逐月水环境容量及污染物削减量;最后根据下游段各子流域氮磷流失情况设置4种非点源污染组合治理措施,结合污水处理厂尾水的深度处理,下游段氮磷污染全年削减总量可满足目标要求,但总氮在4-6月及9-10月需结合多水塘系统进一步削减16.02t。在此基础上,提出了小清河下游段氮磷污染防控策略,为小清河的综合污染治理提供理论基础和数据支撑。

关键词：非点源污染 SWAT模型 EFDC模型耦合模型氮磷污染控制