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基于天气分型的水平面总辐射及散射辐射建模分析

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太阳能学报 2024年第4期45卷 560-568页

作者：李芬刘楚琦于淏屈爱芳毛玲陈小莉上海电力大学电气工程学院上海200090 上海师范大学数理学院上海200234 中国水利水电科学研究院北京100038

为获得无太阳辐射观测地区的水平面总辐射及散射辐射量提出一种组合模型。首先通过日照百分率将天气情况分成3类,在此基础上,探究总云量、气溶胶等气象环境因子对水平面总辐射的影响,构建水平面总辐射线性模型;其次,考虑不同天气类型下... 详细信息

为获得无太阳辐射观测地区的水平面总辐射及散射辐射量提出一种组合模型。首先通过日照百分率将天气情况分成3类,在此基础上,探究总云量、气溶胶等气象环境因子对水平面总辐射的影响,构建水平面总辐射线性模型;其次,考虑不同天气类型下气象环境因子的特征,建立基于高斯过程回归(GPR)的散射比和散射系数模型,进而获得散射辐射量;最后,得到每种天气类型下最优水平面总辐射模型与散射辐射模型构成的组合模型。结果表明,所提组合模型可有效提高水平面总辐射与散射辐射的预测精度。

关键词：太阳辐射天气分型机器学习散射辐射气象环境因子

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妫水河流域水化学和同位素特征及其指示意义

环境科学与技术 2024年第3期47卷 135-145页

作者：韦欣于一雷李文彦吕翠翠霍炜洁防灾科技学院生态环境学院河北三河065201 中国科学院雄安创新研究院(筹) 河北雄安新区071899 中国水利水电科学研究院北京100038

为研究北京妫水河流域河水和地下水的水化学成因以及相互关系,文章采用Piper三线图、Gibbs图、多元统计分析和模糊综合评价等方法对妫水河流域2019年采集到的河水、浅层地下水和深层地下水水样进行分析。结果表明,妫水河流域河水和地下... 详细信息

为研究北京妫水河流域河水和地下水的水化学成因以及相互关系,文章采用Piper三线图、Gibbs图、多元统计分析和模糊综合评价等方法对妫水河流域2019年采集到的河水、浅层地下水和深层地下水水样进行分析。结果表明,妫水河流域河水和地下水均属于弱碱性水;硝态氮是水体中氮素的主要存在形态;河水、浅层地下水和深层地下水的优势阴离子均为HCO_(3)^(-),河水和浅层地下水的优势阳离子为Ca^(2+),而深层地下水的优势阳离子为Na^(+)和Ca^(2+);水质整体较好,Ⅰ类水占比均超70%。流域水体氢氧同位素(δD、δ^(18)O和δ^(17)O)特征深度变化明显,因河水受较强烈的蒸发作用,自地表往下同位素逐渐相对贫化。岩石风化是流域水体溶质的主要来源,蒸发盐岩、碳酸盐岩和硅酸盐岩占主导作用;另外,区域内农业活动也是水体溶质的重要影响因素。

关键词：妫水河流域水化学氢氧同位素河水地下水

ANN模型与分段线性插值及回归模型的比较及应用

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泥沙研究 2024年

作者：赵伟毛继新关见朝吴兴华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中国长江三峡集团有限公司长江生态环境工程研究中心

对ANN模型、分段线性插值模型和非线性回归模型从原理上进行了比较，ANN模型易于构建各影响因素与因变量间复杂关系，非线性回归模型和分段线性插值模型可以将自变量与因变量间的关系通过表达式直观表达。以荆江三口分流量与枝城流量的... 详细信息

对ANN模型、分段线性插值模型和非线性回归模型从原理上进行了比较，ANN模型易于构建各影响因素与因变量间复杂关系，非线性回归模型和分段线性插值模型可以将自变量与因变量间的关系通过表达式直观表达。以荆江三口分流量与枝城流量的关系为应用算例，采用相关系数、纳什效率系数、均方根误差和平均绝对误差等4个评价指标对3个模型的拟合精度和误差大小进行了比较。结果表明：3个模型均可应用于模拟枝城流量与荆江三口分流量的关系，但3个模型的计算值与实际值间的误差大小存在差异，从4个评价指标综合来看，ANN模型计算值与实测值的误差最小，分段线性插值模型次之，回归模型计算精度相对较低。

关键词： ANN模型非线性回归模型分段线性插值模型荆江河段三口分流

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基于生态安全的毛乌素沙地水资源承载力评价

节水灌溉 2024年第5期 28-37页

作者：唐古藞山陈皓锐鹿海员郑和祥田小强敖畅曾文治武汉大学水利水电学院武汉430072 中国水利水电科学研究院北京100038 水利部牧区水利科学研究所呼和浩特010013 鄂尔多斯市水旱灾害防御技术中心内蒙古鄂尔多斯017000 河海大学农业科学与工程学院南京210024

毛乌素沙地地区作为我国生态治理成功有效的典型区域,相较于其他主要沙漠、沙地而言,具有资源丰富、水热配合好等优点,同时也是受到人类活动及气候变化威胁较大的生态脆弱区,如何保障生态安全的同时协调社会经济高质量发展,成为了当地... 详细信息

毛乌素沙地地区作为我国生态治理成功有效的典型区域,相较于其他主要沙漠、沙地而言,具有资源丰富、水热配合好等优点,同时也是受到人类活动及气候变化威胁较大的生态脆弱区,如何保障生态安全的同时协调社会经济高质量发展,成为了当地所需解决的首要难题。以内蒙古鄂尔多斯毛乌素沙地地区为研究对象,构建基于生态安全的综合水资源承载力评价体系,运用投影寻踪法计算综合水资源承载力评价值,引入障碍度模型遴选地区承载力优势指标与劣势指标,采用耦合协调度模型测算资源-生态-社会系统耦合发展现状。结果表明:2000年至今毛乌素沙地地区的水资源承载力总体时间上呈现曲折上升趋势,但仍有提升空间,在空间上形成了“南北高,中心低”的空间分布特点,期间地下水供水能力、灌溉水利用系数和三产用水定额等是水资源承载力系统的主要“优势指标”,而人口、灌溉面积以及城镇化率则是阻碍水资源承载力提升的关键“劣势指标”,地区内各旗县耦合协调度从“十五”规划至今一直在中等水平范围内浮动。

关键词：毛乌素沙地水资源承载力评价投影寻踪法生态安全障碍度模型耦合协调度模型水资源-社会经济-生态环境

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基于遥感数据的河湖堤防溃口隐患早期监测研究与应用

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中国水利水电科学研究院学报（中英文） 2024年第3期22卷 270-282页

作者：孟令维卢奕竹宋文龙蒲晓张芸硕刘宏洁中国水利水电科学研究院北京100038 水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心北京100038 首都师范大学资源环境与旅游学院北京100048 辽宁省防汛抗旱保障中心沈阳110003

堤防隐患识别监测对堤防安全防洪具有重要意义。2022年汛期,辽宁省盘锦市绕阳河发生有水文记录以来的最大洪水,8月1日10时30分绕阳河下游左岸曙四联段堤防出现溃口,油田等国家重要基础设施损失严重。本文以堤防溃口隐患早期监测为目的,... 详细信息

堤防隐患识别监测对堤防安全防洪具有重要意义。2022年汛期,辽宁省盘锦市绕阳河发生有水文记录以来的最大洪水,8月1日10时30分绕阳河下游左岸曙四联段堤防出现溃口,油田等国家重要基础设施损失严重。本文以堤防溃口隐患早期监测为目的,采用Sentinel-1雷达数据,通过小基线集合成孔径雷达差分干涉测量(Small Baseline Subset Interferometric Synthetic Aperture Radar,SBAS-InSAR)技术监测堤防沉降信息,基于层次分析法和综合指数法进行地面沉降风险分级,综合地面沉降风险和沉降发育程度构建了堤防沉降风险评价方法,并以盘锦市绕阳河堤防溃口区域为例,进行了包含堤防早期沉降监测、地面沉降风险分级、堤防沉降隐患风险分析的河湖堤防沉降隐患遥感监测评估。结果显示,2017—2022年溃口处堤防平均沉降速率为98.65 mm a,累计沉降量达422.82 mm,低风险、中风险、高风险段堤防长度分别达13.8 km、3.5 km、2.7 km,堤防溃口位于高风险段,靠近沉降中心,存在安全隐患,可能导致堤防破坏最终引发堤防溃决。SBAS-InSAR形变监测和堤防风险等级划分在堤防溃口隐患早期监测中发挥了很好的作用,清晰地区分了各段堤防的沉降隐患大小,可以在堤防隐患早期识别中推广应用,为汛期预防和治理堤防溃决提供技术支持,为各风险区段堤防监测和管理提供参考。

关键词：遥感溃口绕阳河 InSAR 沉降监测

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2022年江西省干旱时空演变特征研究

中国水利水电科学研究院学报（中英文） 2024年第1期22卷 49-62页

作者：贺双燕杨晓静刘俊钊李云霄李占玲刘业伟中国水利水电科学研究院北京100038 中国地质大学(北京)水资源与环境学院北京100083 水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心北京100038 重庆市水利电力建筑勘测设计研究院有限公司重庆400020 江西省水利科学院江西南昌330029

2022年江西省遭遇了罕见的特大干旱,对社会经济、生产生活带来一定影响,基于标准化降水指数(Standardized Precipitation Index,SPI)和土壤相对湿度指数(Relative soil moisture,Rsm)对2022年江西省干旱时空演变特征进行分析研究。将气... 详细信息

2022年江西省遭遇了罕见的特大干旱,对社会经济、生产生活带来一定影响,基于标准化降水指数(Standardized Precipitation Index,SPI)和土壤相对湿度指数(Relative soil moisture,Rsm)对2022年江西省干旱时空演变特征进行分析研究。将气象干旱发展划分为4个阶段并识别其时空变化特征,利用相关性分析农业干旱与气象干旱之间的时间响应,揭示不同土壤深度的干旱变化过程。研究结果表明:(1)2022年江西省干旱主要发生在7—12月,气象干旱发展过程可划分为干旱露头期、暴发期、持续期、缓解期;(2)2022年江西省农业干旱发生时间比气象干旱晚1个月,降水对研究区Rsm的影响要明显大于气温且20cm的Rsm与SPI-1指标相关性最大;(3)水利工程在抗旱期间发挥了重要作用,江西省粮食生产“十年丰”实现大旱之年无大灾。

关键词：江西省 2022年干旱标准化降水指数土壤相对湿度发展过程滞后时间

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河南省黄河流域水资源-经济社会-生态环境协调发展评价及驱动因素分析

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中国农村水利水电 2024年

作者：吕铖吕素冰焦天一赵衡王富强邵薇薇华北水利水电大学河南省黄河流域水资源节约集约重点实验室中国水利水电科学研究院水利部京津冀水安全保障重点实验室

持续的强人类活动改变了水资源、经济社会和生态环境之间的互馈关系，影响了区域可持续发展。为探究河南省黄河流域水资源-经济社会-生态环境协调发展状况，识别协调发展的驱动因素，本研究基于协同学和随机森林模型改进了传统耦合协调... 详细信息

持续的强人类活动改变了水资源、经济社会和生态环境之间的互馈关系，影响了区域可持续发展。为探究河南省黄河流域水资源-经济社会-生态环境协调发展状况，识别协调发展的驱动因素，本研究基于协同学和随机森林模型改进了传统耦合协调度模型，计算了河南省黄河流域2011-2022年水资源-经济社会-生态环境的综合发展指数和耦合协调度，采用核密度估计揭示其时空演变特征，利用地理探测器模型分析协调发展的驱动因素。结果表明：研究期内各系统综合发展指数均呈不同程度的增长趋势，但存在一定的异质性，水资源、经济社会和生态环境系统分别呈现出“西高东低，南高北低”、“中心带动周边，边缘发展缓慢”、“上游优于下游，西南优于东北”的空间非均衡格局；水资源-经济社会-生态环境协调发展水平向好趋势显著，各城市间空间异质性明显，呈现出“区域齐升，南高北低，西高东低”的演化特征；自然禀赋、经济基础以及人居环境是协调发展的主要驱动因素，各因子之间关系日益紧密，交互类型呈现向“非线性增强”转化趋势。本研究创新性地提出了协调发展评价的新方法，并对其科学性进行了验证，为深入剖析河南省黄河流域水资源、经济社会与生态环境的协调发展状况提供了有力工具，对于促进区域可持续发展具有一定的实践指导意义。

关键词：水资源-经济社会-生态环境协调发展随机森林地理探测器河南省黄河流域

面向产漂流性卵鱼类的三峡水库生态调度效果评价

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水生态学杂志 2024年第1期45卷 58-66页

作者：张迪徐薇吴凡林俊强侯轶群朱博然彭期冬靳甜甜中国水利水电科学研究院北京100038 水利部中国科学院水工程生态研究所湖北武汉430079 国家发展和改革委员会一带一路建设促进中心北京100038

构建生态调度效果评估指标体系,评估三峡水库历年生态调度的效果并提出生态调度方案的优化建议,为三峡水库生态调度提供参考。从生态环境效益和社会经济效益2个维度出发,构建的面向产漂流性卵鱼类繁殖的水库生态调度效果评价体系包含目... 详细信息

构建生态调度效果评估指标体系,评估三峡水库历年生态调度的效果并提出生态调度方案的优化建议,为三峡水库生态调度提供参考。从生态环境效益和社会经济效益2个维度出发,构建的面向产漂流性卵鱼类繁殖的水库生态调度效果评价体系包含目标层、准则层和6个一级指标、10个二级指标,提出了各指标的计算方法和赋分标准,并采用层次分析法根据指标相对重要度,计算了各指标的权重系数。2012-2022年三峡水库生态调度效果各年度存在明显差异,涨水持续时间、初始流量、流量日上涨率和洪峰流量、水温等水文水环境指标满足鱼类最适繁殖需求的生态调度,鱼类繁殖响应良好;开展2次生态调度年份的效果好于开展1次调度的年份。三峡水库生态调度尽可能控制在水温20℃以上起调,水库出流过程尽可能接近鱼类适宜的水文需求阈值区间,同时在水库运行条件合适的前提下,年内尽可能开展2次生态调度实践,泄放较大脉冲的洪峰过程,促进鱼类繁殖。

关键词：产漂流性卵鱼类四大家鱼生态调度效果评价三峡水库

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改进LSTM在金沙江流域中长期径流预报研究

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水利水电技术（中英文） 2024年第S1期55卷 28-38页

作者：袁旦谭尧耕朱艳霞高超刘珂董宁澎天津大学水利工程智能建设与运维全国重点实验室天津300350 中国水利水电科学研究院北京100080 水利部信息中心北京100053 中国电建集团昆明勘测设计研究院云南昆明650041

径流非平稳性及超参数率定容易陷入“维数灾”的问题限制了神经网络(Long Short-Term Memory,LSTM)在中长期径流预报中的应用,针对上述问题,采取“分解-预测-重构”的思路,在数据预处理阶段采用变分模态分解(Variational Mode Decomposi... 详细信息

径流非平稳性及超参数率定容易陷入“维数灾”的问题限制了神经网络(Long Short-Term Memory,LSTM)在中长期径流预报中的应用,针对上述问题,采取“分解-预测-重构”的思路,在数据预处理阶段采用变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)进行分解重构,耦合PSO(Particle Swarm Optimization)、SSA(Sparrow Search Algorithm)优化算法长短期记忆神经网络(LSTM),构建VMD-PSO-LSTM、VMD-SSA-LSTM、VMD-LSTM和LSTM四类模型进行对比试验研究,并探讨时滞步长对预报精度的影响。将模型应用于金沙江流域石鼓水文站月平均径流预报:(1)VMD-PSO-LSTM预报精度略高于VMD-SSA-LSTM,其次是VMD-LSTM,最后是LSTM。VMD-PSO-LSTM预报成果的MAE、MAPE、NSE、QR、RMSE分别为160.4、0.135、0.949、0.811、252.8;VMD-PSO-LSTM预报成果评价指标MAE、MAPE和RMSE分别比LSTM模型减小53.92%、50.67%、55.86%;NSE、QR分别比LSTM模型提升28.34%、84.48%;(2)在一定范围内,时滞步长越大,MAE、MAPE和RMSE增大,NSE、QR下降。【结论】对径流时间序列预处理,能够降低时间序列的非平稳性;加入优化算法能够在超参数空间中寻找到较优超参数组合,使得LSTM拟合能力较强,同时保持一定的泛化能力,从而提高预报精度。此外,时滞步长是影响预报精度的重要因素,加入优化算法能降低模型对时滞步长的敏感性。

关键词：径流预报 VMD LSTM SSA 时滞步长