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阳澄湖入湖河道分类、污染特征分析及治理策略

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湖泊科学 2024年第3期36卷 741-755页

作者：刘帅谢茂嵘吕文宋娜杨惠杨文晶姜宇白瑞泉沈逸史书杨金艳江苏省水文水资源勘测局苏州分局苏州215011 中国科学院南京地理与湖泊研究所南京210008

为进一步揭示阳澄湖入湖河道的污染物来源,提出相应的治理对策,以2017—2021年阳澄湖入湖河道水质监测数据为基础进行分析讨论。依据入湖水量选取10条主要入湖河道进行分析,其中位于阳澄湖东岸的白曲港在七浦塘拓浚工程建成之前主导流... 详细信息

为进一步揭示阳澄湖入湖河道的污染物来源,提出相应的治理对策,以2017—2021年阳澄湖入湖河道水质监测数据为基础进行分析讨论。依据入湖水量选取10条主要入湖河道进行分析,其中位于阳澄湖东岸的白曲港在七浦塘拓浚工程建成之前主导流向为出湖,工程建成后,通过Pearson相关分析证实了其流向与七浦塘引水时的水力关系,因此白曲港被选为主要入湖河道。采用距平系数法、系统聚类法和物元分析法将阳澄湖主要入湖河道分为3个类别:第1类别包括白荡、蠡塘河、北河泾、永昌泾4条河道,第2类别包括渭泾塘、界泾和施家斗港3条河道,第3类别包括南消泾、七浦塘和白曲港3条河道。使用因子分析法进行因子分析,第1类别河道的因子为高锰酸盐指数(COD_(Mn))、氨氮(NH_(3)-N)、溶解氧(DO)和总磷(TP),第2类别河道的污染因子为NH_(3)-N、总氮(TN)、pH、TP和DO,第3类别河道的污染因子为pH、TP、TN和DO。通过对上游河道水质情况分析、文件研究以及实地调查等方式得出第1类别河道区域的污染源主要为工业污染源和生活污染源,第2类别河道区域污染源主要为工业污染源与种植业污染源,第3类别河道污染源主要为陆地水产养殖污染源与种植业污染源。针对总体污染源情况,建议通过控制点源污染、削减面源污染、增强上游河道治理、开展生态治理修复以及加强巡查监管等方式对各类别河道区域进行针对性治理,以提高入湖河道水质,为阳澄湖的系统性和整体性治理打好基础。

关键词：阳澄湖入湖河道系统聚类物元分析因子分析污染源河道治理

基于SSA-BP-SVM模型的云龙湖水质反演研究

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南京信息工程大学学报 2024年第2期16卷 279-290页

作者：任中杰江苏省水文水资源勘测局徐州分局徐州221006

利用遥感技术进行水质监测,全面地掌握水质分布情况对水环境保护具有重要意义.水质参数与地表反射率并非简单的线性关系,BP神经网络和支持向量机(SVM),因其非线性模拟的特点,被广泛应用于水质反演.传统BP神经网络存在收敛缓慢、容易陷... 详细信息

利用遥感技术进行水质监测,全面地掌握水质分布情况对水环境保护具有重要意义.水质参数与地表反射率并非简单的线性关系,BP神经网络和支持向量机(SVM),因其非线性模拟的特点,被广泛应用于水质反演.传统BP神经网络存在收敛缓慢、容易陷入局部最优的问题;SVM虽然具有很好的拟合能力,但受惩罚系数及核函数参数影响较大.以云龙湖为研究区域,利用Sentinel-2影像和实测数据,针对重要水质参数电导率和浊度,提出一种基于麻雀搜索算法(SSA)优化BP神经网络及SVM的水质反演耦合模型,利用SSA对BP神经网络及SVM进行参数寻优,基于验证集MAE计算模型权重,对SSA-BP、SSA-SVM模型测试组输出层加权计算后获得最终反演结果.与BPNN、SVM、SSA-BP、SSA-SVM模型对比,结果表明:(1)Sentinel-2影像对电导率及浊度的敏感波段均为可见光及短波红外波段;(2)SSA-BP-SVM水质反演耦合模型精度更高,电导率及浊度反演模型R 2分别为0.92、0.89;(3)云龙湖具有典型的城市水体特征,电导率受上游南望净水厂排水影响较大,浊度受社会生产活动带来的颗粒污染物影响较大.基于Sentinel-2影像利用SSA-BP-SVM模型进行水质反演具有较好的应用潜力,能够为云龙湖水质监测以及制定保护措施提供一定的技术支撑.

关键词： BP神经网络支持向量机麻雀搜索算法电导率浊度

违背不相关性假设对Triple Collocation方法精度的影响

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地球信息科学学报 2024年第3期26卷 591-603页

作者：谈松林王洁季静静刘美丽湛忠宇刘淼王丽荣胡晓东南京信息工程大学南京210044 水利部水文气象灾害机理与预警重点实验室南京210044 江苏省水文水资源勘测局南京分局南京210008 江苏省水文水资源勘测局南京210029 河北省气象灾害防御和环境气象中心石家庄050022 江苏省水利科学研究院南京210017

Triple Collocation(TC)方法是一种可以在未知真值情况下评估3个独立观测样本各自不确定性的方法,该方法使用的前提是误差形式假设与2组不相关性假设,但在实际使用中,这3条假设难以完全满足。其中2组不相关性假设经常面临较大的违背,并... 详细信息

Triple Collocation(TC)方法是一种可以在未知真值情况下评估3个独立观测样本各自不确定性的方法,该方法使用的前提是误差形式假设与2组不相关性假设,但在实际使用中,这3条假设难以完全满足。其中2组不相关性假设经常面临较大的违背,并且无法得知这种假设违背对结果误差的影响。本文通过虚拟样本实验生成了多组不同程度违背不相关性假设的样本,以定量评估不同程度假设违背对结果误差的影响。结果表明,一般情况下,某一条不相关性假设的违背程度增加时,方法的结果误差会相应地呈线性或平方倍数增加;但当不相关性假设的违背处于某个特定关系时,TC方法结果的误差会突然大幅度增加,这种现象在以往的研究中并没有得到重视,后文将该现象简称为异常点。为了探求异常点出现的原因,本文从理论上推导出了违反不相关性假设与结果误差之间的关系,这种关系呈现为分式结构,而异常点的出现正是这种分式结构所致。异常点的存在影响了方法的稳定性。从差值形式的TC方法的角度来看,抑制异常点的关键在于如何更好地设计缩放系数。本文给出了2种抑制异常点的方法:(1)忽略加性偏差系数,使得缩放系数不受两组不相关性假设的影响;(2)限制缩放系数的上下限。根据实际数据分析,第2种改进方法优于第1种。第2种方法不仅保留了TC方法的准确性,而且有效地避免了异常点的出现。值得注意的是,在实际数据中,部分异常点会以负值形式出现并因计算结果不能为负而被剔除。在使用TC方法进行计算时,重复次数较少的情况下,可以不考虑异常点的影响。

关键词： Triple collocation 假设违背异常点遥感数据同化数据评估数据不确定性分析无实测数据

基于机器学习模型的平原水网区H-ADCP流量测算精度比较研究

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水利水电快报 2024年

作者：潘道宏辛朋磊夏飞王琪李昂查红 1.江苏省水文水资源勘测局盐城分局 2.江苏省水文水资源勘测局南通分局江苏省水文水资源勘测局南通分局江苏省水文水资源勘测局盐城分局

Due to the small river flow speed and navigation reasons， H-ADCP has not been able to be used well in the plain water network area. In this paper， taking the Taidong River Dongtai (Tai) hydrological station in the Taihe River basin as an example， 39 sets of full-section flow velocity measurement data were selected from the cable and fixed H-ADCP in 2022-2023， and the six machine learning models: multi-layer perceptron (MLP)， support vector regression machine (SVR)， least squares linear regression (LR)， ridge regression model (RG)， bagging method (BAG)， and random forest algorithm (RF) were used to fit the cross-sectional flow based on Python software. The flow calculation accuracy of the six models was compared and analyzed. The results show that the random forest integrated learning model has a higher accuracy than other models， and the system error， random uncertainty， symbol test， fitting test， and numerical test can all meet the three-class accuracy requirements of the hydrological data compilation standards.

关键词：机器学习模型 H-ADCP 平原水网区资料整编

基于CMADS和流域相似理论的无资料地区水文模拟研究-以元江-红河流域为例

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南水北调与水利科技(中英文) 2024年

作者：王洁陈裕迪梁峰铭葛慧刘淼陈家栋王丽荣南京信息工程大学水文与水资源工程学院广德市农业农村局江苏水文水资源勘测局江苏省水文水资源勘测局南京分局河北省气象灾害防御和环境气象中心

无水文资料地区，水文模型的参数难以确定。基于此，提出一套无资料地区水文模拟的方法体系，首先利用开源再分析数据驱动水文模型，然后基于流域相似性理论进行模型参数移植，完成无资料地区水文模拟。以元江-红河多国跨界流域为例，... 详细信息

无水文资料地区，水文模型的参数难以确定。基于此，提出一套无资料地区水文模拟的方法体系，首先利用开源再分析数据驱动水文模型，然后基于流域相似性理论进行模型参数移植，完成无资料地区水文模拟。以元江-红河多国跨界流域为例，将流域划分成123个子流域，基于根据高程、坡度、形状系数、森林覆盖率、降水与蒸散发等指标，利用主成分分析和流域相似度计算对123个子流域进行相似性分析；再基于水文资料和相似性结果，将7个有流量资料的子流域划分出四组相似流域；对有资料流域进行参数率定和验证，模拟结果良好，经过参数移植后，无资料流域的模拟结果均得到了提高。基于流域相似性的参数区域化和开源再分析数据的无资料地区水文模拟方法，可以为无资料地区的水文模拟与水资源管理带来更多可能。

关键词：无资料 CMADS SWAT模型流域相似性参数移植

2021年秋汛期三门峡水库潼三区间来水量研究

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人民黄河 2024年第7期46卷 34-38页

作者：杨志豪谷苗苗钟家淦王雪莹王晓燕河南省三门峡水文水资源勘测局河南三门峡472000 河南省洛阳水文水资源勘测局河南洛阳471011 河海大学水文水资源学院江苏南京210098

2021年黄河发生1949年以来最严重秋汛,三门峡水库在此次秋汛防洪调度中发挥了重要的作用。由于潼关至三门峡区间(潼三区间)缺乏水文监测,因此在2021年秋汛期以潼关站计算的入库水量与实际水量相差10.4亿m^(3),对区间来水考虑不足影响了... 详细信息

2021年黄河发生1949年以来最严重秋汛,三门峡水库在此次秋汛防洪调度中发挥了重要的作用。由于潼关至三门峡区间(潼三区间)缺乏水文监测,因此在2021年秋汛期以潼关站计算的入库水量与实际水量相差10.4亿m^(3),对区间来水考虑不足影响了三门峡水库的精准调度。从库区区间来水分析着手,以潼三区间为研究对象,根据数字高程模型、土地利用类型、土壤类型、气象水文等数据,建立了HEC-HMS分布式水文模型,选取包括2021年秋汛在内的11场实测洪水资料进行率定和验证。结果表明,11场洪水模拟洪峰流量误差均小于20.0%,平均确定性系数为0.725,模拟合格率为90.9%,较准确地模拟了2021年秋汛期潼三区间来水过程,并量化了不同支流对区间来水总量的贡献率。

关键词： HEC-HMS模型洪水组成三门峡水库潼三区间流域

基于多维Copula函数的澜沧江-湄公河流域气象干旱特征分析

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水资源保护 2024年第1期40卷 52-59页

作者：李琼芳方凯悦韩幸烨邹振华陈启慧尹瑞琪林雍权河海大学水文水资源学院江苏南京210098 河海大学长江保护与绿色发展研究院江苏南京210098 长江水利委员会水文局长江中游水文水资源勘测局湖北武汉430012

为全面揭示变化环境下澜湄流域多维气象干旱特征,采用标准化降水蒸散指数SPEI表征流域气象干旱,基于游程理论分别提取澜沧江段和湄公河段上、中、下游流域1901—1960年和1961—2021年两个时段的干旱事件,利用Copula函数分别构建两个时... 详细信息

为全面揭示变化环境下澜湄流域多维气象干旱特征,采用标准化降水蒸散指数SPEI表征流域气象干旱,基于游程理论分别提取澜沧江段和湄公河段上、中、下游流域1901—1960年和1961—2021年两个时段的干旱事件,利用Copula函数分别构建两个时段不同子流域二维和三维干旱特征变量联合分布,计算不同干旱特征变量组合条件下的干旱联合发生概率,对比分析不同子流域多维气象干旱特征的时空变化。结果表明:时间上,1961—2021年各子流域平均干旱程度均较1901—1960年更严峻,尤其是极端干旱事件(单变量累积频率为25%、50%)的多维干旱联合发生概率增幅最大;空间上,1961—2021年,随着干旱历时、烈度和烈度峰值的增加,“或”情况下多维干旱联合发生概率最高值区自北向南转移,“且”情况下多维干旱联合发生概率最高值区自南向北转移。

关键词：气象干旱游程理论联合发生概率 Copula函数澜沧江-湄公河流域

基于CMADS和流域相似理论的无资料地区水文模拟——以元江-红河流域为例

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南水北调与水利科技（中英文） 2024年第3期22卷 534-544页

作者：王洁陈裕迪梁峰铭葛慧刘淼陈家栋王丽荣南京信息工程大学水文与水资源工程学院南京210044 广德市农业农村局安徽广德242200 江苏省水文水资源勘测局南京210029 江苏省水文水资源勘测局南京分局南京210007 河北省气象灾害防御和环境气象中心石家庄050021

无水文资料地区,水文模型的参数难以确定。基于此,提出一套无资料地区水文模拟的方法体系,首先利用开源再分析数据驱动水文模型,然后基于流域相似性理论进行模型参数移植,完成无资料地区水文模拟。以元江-红河多国跨界流域为例,将流域... 详细信息

无水文资料地区,水文模型的参数难以确定。基于此,提出一套无资料地区水文模拟的方法体系,首先利用开源再分析数据驱动水文模型,然后基于流域相似性理论进行模型参数移植,完成无资料地区水文模拟。以元江-红河多国跨界流域为例,将流域划分成123个子流域,基于根据高程、坡度、形状系数、森林覆盖率、降水与蒸散发等指标,利用主成分分析和流域相似度计算对123个子流域进行相似性分析;再基于水文资料和相似性结果,将7个有流量资料的子流域划分出4组相似流域;对有资料流域进行参数率定和验证,模拟结果良好,经过参数移植后,无资料流域的模拟结果均得到了提高。基于流域相似性的参数区域化和开源再分析数据的无资料地区水文模拟方法,可以为无资料地区的水文模拟与水资源管理带来更多可能。

关键词：无资料 CMADS SWAT模型流域相似性参数移植

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不同预见期气候指数的干旱可预测性研究

水电能源科学 2024年第8期42卷 22-27页

作者：刘茜元何海张璐刘臻晨何健吴志勇河海大学水文水资源学院江苏南京210098 复旦大学大气与海洋科学系上海200438 江苏省水文水资源勘测局江苏南京210029

为了探索可靠的干旱过程预测方法,以江苏省为研究区域,在识别历史干旱事件的基础上,提取干旱发生前期大尺度海气相互作用因子,形成0~12个月不同预见期的气候指数,将其分为大气环流类、海温类和大气海温综合类3个类别,分别建立具有0~12... 详细信息

为了探索可靠的干旱过程预测方法,以江苏省为研究区域,在识别历史干旱事件的基础上,提取干旱发生前期大尺度海气相互作用因子,形成0~12个月不同预见期的气候指数,将其分为大气环流类、海温类和大气海温综合类3个类别,分别建立具有0~12个月不同预见期的偏最小二乘回归干旱预测模型,通过模型后预测验证,定量分析干旱前期不同预见期气候指数对季节干旱过程的可预测性。结果表明,0~12个月不同预见期内,干旱同期“大气环流”模型对1994年夏秋季干旱等级预测较好;预见期为0~9个月的“海温”组的模型能预测出2010~2011年冬春连旱的过程变化,且结果稳定;干旱前期9~12个月西太平洋暖池的热力状况及西太平洋副热带高压,在不同预见期的干旱预测模型中均占较大权重,且在3个月预见期的干旱预测模型中所占权重最大,可作为江苏省季节尺度气象干旱的可预测性来源。研究成果可为季节尺度的干旱预测和干旱灾害综合防范提供科学依据。

关键词：季节干旱预测大气环流指数海温指数预见期可预测性