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苏南山丘区典型实验小流域产汇流研究

水文 2024年

作者：尤征懿朱前维吴朝明陈娟朱骊江苏省水文水资源勘测局无锡分局

《江苏省暴雨洪水图集》（以下简称《84图集》）是江苏省水文工作的重要参考文件，被广泛应用于防洪规划、径流预报等工作。然而，在气候变化和人类活动影响下，《84图集》已无法满足现状条件下的流域产汇流预报需求。为修订《84图集》... 详细信息

《江苏省暴雨洪水图集》（以下简称《84图集》）是江苏省水文工作的重要参考文件，被广泛应用于防洪规划、径流预报等工作。然而，在气候变化和人类活动影响下，《84图集》已无法满足现状条件下的流域产汇流预报需求。为修订《84图集》中苏南山丘区的产汇流参数，论文以典型实验小流域——大港河上游流域（楚山桥）为研究对象，通过分析场次洪水资料，研究流域产汇流特性，建立优化参数的流域产流计算方案，并设置不同的汇流参数优化方案，通过2020—2023年洪水资料进行对比研究，结果表明：（1）优化参数后的产流计算方案2021年和2023年洪水径流深误差均在25%以内，平均径流深误差为12.3%，产流计算精度达甲级。（2）优化参数后的汇流计算方案较原始《84图集》方法的汇流计算精度均有不同程度的提升。其中，同时优化瞬时单位线两个参数的方案精度最高，平均纳什效率系数为0.73、洪峰误差合格率为62%，汇流预报精度达丙级。由此可见，参数优化可有效地提高产汇流计算精度。研究成果不仅可为江苏省的《84图集》修订提供借鉴，同时也对山丘区小流域的产汇流规律研究具有指导意义。

关键词：苏南山丘区产汇流参数优化降雨径流退水曲线

水资源承载力评价关键因子与高效评价方法研究

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人民长江 2024年

作者：辛朋磊单婷婷江苏省水文水资源勘测局南通分局

适宜的评价指标和评价方法是确保水资源承载力评价科学、客观的关键。为识别影响水资源承载力评价的关键因子，并探索高效的评价方法，论文以2020年中国各地区指标数据为基础，结合水资源承载力的内涵，从经济、人口、环境三个维度构建... 详细信息

适宜的评价指标和评价方法是确保水资源承载力评价科学、客观的关键。为识别影响水资源承载力评价的关键因子，并探索高效的评价方法，论文以2020年中国各地区指标数据为基础，结合水资源承载力的内涵，从经济、人口、环境三个维度构建了水资源承载力评价指标体系，采用障碍度模型从定性和定量两方面筛选关键指标，对4种单一评价方法（熵权—TOPSIS、熵权—线性加权、模糊综合评价和因子分析法）和3种组合评价方法（模糊Borda法、漂移度组合法、离差最大化组合法）开展比较研究，并基于研究结果对2004—2022年中国水资源承载力演变趋势开展测度分析。结果表明：影响中国水资源承载力的关键因子是人均水资源占有量，其障碍度指数高达0.556，其次是生态环境用水比例（障碍度指数0.181）和农村生活污水处理率（障碍度指数0.057）等指标；组合评价法在稳定性和趋势性方面的表现优于单一评价法，但其计算过程较为复杂；单一评价法中，熵权—线性加权法表现最优，平均误差为4.30%；组合评价法中，离差最大化组合法表现最优，平均误差仅为1.56%；2004－2022 年中国水资源承载力指数从2004年的0.115增长至2022年的0.867，主要得益于政府在推动节约用水和生态环境改善方面发挥的关键作用。

关键词：水资源承载力评价指标单一评价法组合评价法

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

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淮河流域江苏段浮游植物优势种时空生态位

水生生物学报 2024年第3期48卷 436-443页

作者：黄艳芬刘凌张顺婷姜丰河海大学水文水资源学院南京210098

为了探究淮河流域江苏段浮游植物时空不同维度上的物种间关系及其对环境资源的利用程度,文章选取淮河流域江苏段的5条河流为研究对象,设置18个采样点,于2019—2022年丰水期进行调查。共鉴定出浮游植物8门89属238种,通过计算优势度指数... 详细信息

为了探究淮河流域江苏段浮游植物时空不同维度上的物种间关系及其对环境资源的利用程度,文章选取淮河流域江苏段的5条河流为研究对象,设置18个采样点,于2019—2022年丰水期进行调查。共鉴定出浮游植物8门89属238种,通过计算优势度指数、生态位宽度、生态位重叠值和生态响应速率,分析时间、空间和时空3个维度浮游植物优势种生态位特征。结果表明:研究期间共鉴定出浮游植物优势种12种,其中,给水颤藻Oscillatoria irriguum、浮游席藻Phormidium planctonica和铜绿微囊藻Microcystis aeruginosa是四年共有的优势种,均为蓝藻门。优势种生态位宽度表明,时间生态位宽度值最大,为0.406—0.945,空间次之,为0.175—0.647,时空宽度值最小,为0.054—0.396,各维度上宽度值最小的均为点形平裂藻Merismopedia punctata,时间、时空生态位宽度值最大的均为近细微丝藻Ulothrix subtillissima,表现出较强的生态适应性。生态位重叠值在时间、空间和时空三个维度上O_(ik)>0.6的分别占57.58%、27.27%和15.15%,分别以高度、中度和低度重叠为主。生态响应速率之和在时间、空间维度上均为正数,时空维度上为负数,表明群落结构在时空维度上较时间和空间维度更加稳定。综合而言,淮河流域江苏段浮游植物时间变化较小、优势种较为重叠;空间变化较大、优势种差异较大;总体浮游植物群落生态位分化程度较高,种间竞争较弱,群落结构较为稳定。

关键词：淮河流域浮游植物优势种生态位宽度生态位重叠时空生态位

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

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基于多因子多模式集成的中长期径流预测模型

水科学进展 2024年第3期35卷 408-419页

作者：陈娟徐琦曹端祥李国智钟平安河海大学水文水资源学院江苏南京210029

提高中长期径流预测精度对于水资源调度等具有重要意义和应用价值。基于国家气候中心的130项气候因子,采用皮尔逊相关系数、最大信息系数、方差增量指标筛选主要预测因子,建立基于DS(Dempster-Shafer)证据理论的多因子综合方法;采用随... 详细信息

提高中长期径流预测精度对于水资源调度等具有重要意义和应用价值。基于国家气候中心的130项气候因子,采用皮尔逊相关系数、最大信息系数、方差增量指标筛选主要预测因子,建立基于DS(Dempster-Shafer)证据理论的多因子综合方法;采用随机森林、BP神经网络和贝叶斯网络等建立基于水文-气象因子遥相关的中长期径流预测模型,构建基于DS证据理论的预测结果集成模型。以三峡水库为对象开展实例研究,结果表明:引入遥相关因子能有效提高预测精度;基于DS证据理论的多因子综合方法能筛选出综合性更强、稳定性更优的因子,弥补单一筛选方法的不足;基于DS证据理论的多因子多模式集成方法在径流预测精度上优于单一方法单一模型,确定性系数提高到0.823,平均相对误差降低到23.2%。

关键词：中长期径流预测 DS证据理论随机森林贝叶斯网络 BP神经网络遥相关

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三峡水库蓄水后荆江松滋口分流变化及其影响因素

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长江科学院院报 2024年第2期41卷 14-20页

作者：段光磊彭严波长江水利委员会水文局荆江水文水资源勘测局湖北荆州434000

松滋河是连通长江与洞庭湖的主要通道。自1950s以来,随着下荆江系统裁弯及葛洲坝、三峡等水利工程相继建成,松滋河分流量呈现阶段性减少。基于系列水文和河道原型观测资料,分析了三峡水库蓄水后松滋口分流变化特征及其影响因素。结果表... 详细信息

松滋河是连通长江与洞庭湖的主要通道。自1950s以来,随着下荆江系统裁弯及葛洲坝、三峡等水利工程相继建成,松滋河分流量呈现阶段性减少。基于系列水文和河道原型观测资料,分析了三峡水库蓄水后松滋口分流变化特征及其影响因素。结果表明:①三峡水库蓄水后,松滋口年分流比基本稳定在7%左右,没有明显趋势性变化;②当枝城站出现>25000 m 3/s流量时,蓄水后松滋口分流能力明显提升,特别是蓄水后前10 a;③三峡水库主汛期洪水调度影响较小,而汛末蓄水对口门分流产生消极影响;④荆江干流河床冲刷降低了口门处中枯水位,对松滋口分流产生不利影响;⑤芦家河浅滩航道整治工程实施在一定程度上对维持口门段中枯水位发挥了关键作用,口门河段河道采砂在一定时段改善了口门进流条件。

关键词：分流三峡水库荆江松滋口影响因素

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荆江陈家湾—突起洲分汊段河道演变与趋势分析

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长江科学院院报 2024年第7期41卷 196-202页

作者：廖宇昂刘瑜长江水利委员会水文局荆江水文水资源勘测局湖北荆州434000

三峡工程的运行极大减轻了荆江的防洪压力,同时改变了河段水沙条件,导致荆江持续发生剧烈冲淤变化。荆江陈家湾—突起洲段为典型微弯分汊河型,滩槽格局调整、主支汊易位将直接影响航道运行和防洪安排。基于三峡工程运行前后长系列水文... 详细信息

三峡工程的运行极大减轻了荆江的防洪压力,同时改变了河段水沙条件,导致荆江持续发生剧烈冲淤变化。荆江陈家湾—突起洲段为典型微弯分汊河型,滩槽格局调整、主支汊易位将直接影响航道运行和防洪安排。基于三峡工程运行前后长系列水文与河道原型观测资料,揭示河段水沙变化与河床冲淤响应特征,分析河道形态尺度年际变化过程,总结河道演变规律及趋势。结果表明:三峡工程运行后,沙市站平均年输沙量下降85%,河床冲刷3.1亿m^(3)。以太平口—三八滩汊道段滩槽变化最为剧烈,主流走势由北转南。2011年后,三八滩与腊林洲边滩守护工程基本遏制了“太平口心滩南槽南靠、三八滩南汊北提”趋势,但该段河床随即再次调整,近期又表现出“南槽北扩、南汊南扩”的新情势。同时,由于三八滩南汊发育、北汊分流比降低,北汊长江大桥下的通航问题日益突显,如何解决碍航问题,仍需进一步开展研究。

关键词：河道演变冲淤分析三峡工程分汊河段荆江

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