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基于标准化降水蒸散指数分析湖南各气候区干旱事件重现期

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中国农业气象 2024年第8期45卷 913-923页

作者：先建春周青云吕平安韩信蒋磊天津农学院水利工程学院/天津农学院−中国农业大学智慧水利研究中心天津300392

湖南省气候条件复杂,干旱发生概率高,为揭示湖南省各气候区(湘中、湘东北、湘西北、湘西和湘南)干旱事件的概率特征,基于湖南省97个气象站点1961−2020年的气象资料,采用标准化降水蒸散指数(SPEI)和Copula函数等方法,提取干旱事件的历时... 详细信息

湖南省气候条件复杂,干旱发生概率高,为揭示湖南省各气候区(湘中、湘东北、湘西北、湘西和湘南)干旱事件的概率特征,基于湖南省97个气象站点1961−2020年的气象资料,采用标准化降水蒸散指数(SPEI)和Copula函数等方法,提取干旱事件的历时及烈度,研究湖南省各气候区干旱历时与烈度的同现重现期。结果表明:(1)沿湘南、湘中、湘东北、湘西北、湘西的方向上,气候区的干旱事件数由多到少,干旱事件历时及烈度的数值范围由小到大。(2)干旱历时与烈度分别进行最优边际分布函数的拟合时,GEV函数拟合的站点数均超过60%,且干旱烈度的最优边际分布函数拟合效果优于干旱历时。建立干旱历时与烈度最优边际分布的联合函数时,Frank Copula函数应用超过50%的站点。(3)湘南地区易发生干旱历时较短且烈度较大的干旱事件,湘西地区、湘西北地区及湘东北部分地区易发生干旱历时较长且烈度大的干旱事件。湘中地区易发生干旱历时较长且烈度大的干旱事件,湘中偏南地区易发生干旱历时较短且烈度较大的干旱事件。湖南省各气候区干旱事件的概率特征存在差异,需针对其概率特征采取措施,减轻干旱的危害。

关键词：湖南省 SPEI Copula函数干旱事件干旱重现期

水体富营养化响应规律与水华预警方法研究进展

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中国农村水利水电 2024年第7期 117-125,134页

作者：陈弘周庆琛佟光远郭冰冰天津农学院水利工程学院天津300392 天津农学院-中国农业大学智慧水利研究中心天津300392 天津农学院计算机与信息工程学院天津300392

水体富营养化问题日益严峻,这种现象导致了浮游植物的异常增长,释放有害的藻毒素,造成了水体的污染,并对动植物乃至人类造成了危害。与之相关的,水体通常流动缓慢,连通性差,水流停滞时间较长,使得这些水体更容易受到富营养化的影响,也... 详细信息

水体富营养化问题日益严峻,这种现象导致了浮游植物的异常增长,释放有害的藻毒素,造成了水体的污染,并对动植物乃至人类造成了危害。与之相关的,水体通常流动缓慢,连通性差,水流停滞时间较长,使得这些水体更容易受到富营养化的影响,也使水华风险升高。针对水华的产生机理,深入探讨了水动力因素、水环境因素和气象因素的影响。水动力因素包括水体的流速、流量和水体扰动等情况,它们共同决定了藻类的积聚程度;水环境因素包括水温、溶解氧、营养盐浓度以及酸碱度等,它们将直接影响浮游藻类的生长;气象因素如气温、风力等会改变水体的温度,从而对水华的形成和发展产生影响。还依据江河湖库水体的特点,探讨了数值模型和数据驱动模型在水华预测中的应用,数值模型在水华预测中的应用是通过模拟水体中的环境因素,来预测水华的发生和发展趋势;数据驱动模型以数据挖掘算法和统计技术为基础,利用机器学习方法,通过分析和识别监测数据、图片与水华的对应关系,进行迭代学习,创建其与水华爆发的预测联系。它们为探究水体状况、预测水华事件提供了有效工具,二者相耦合的方法对水华的精准预测有着重要意义,也是未来研究的发展趋势,有助于水资源管理者更好地对其进行调控,提高预测精度和水质管理的效率以减少水华的发生。

关键词：富营养化蓝藻水华水华预警数值模型数据驱动模型

基于HYDRUS模型的葵花田土壤水药运移模拟研究

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干旱地区农业研究 2024年第4期42卷 79-88页

作者：马宇静周青云张宝忠天津农学院水利工程学院天津300392 天津农学院-中国农业大学智慧水利研究中心天津300392 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京100083

为掌握不同施用量的除草剂在土壤中的残留情况,通过开展田间试验,结合HYDRUS模型对河套灌区葵花田土壤含水率、草甘膦和高效氟吡甲禾灵的运移过程进行模拟,探究不同施用量的草甘膦和高效氟吡甲禾灵在土壤中的运移规律。结果表明:不同施... 详细信息

为掌握不同施用量的除草剂在土壤中的残留情况,通过开展田间试验,结合HYDRUS模型对河套灌区葵花田土壤含水率、草甘膦和高效氟吡甲禾灵的运移过程进行模拟,探究不同施用量的草甘膦和高效氟吡甲禾灵在土壤中的运移规律。结果表明:不同施用量处理的草甘膦和高效氟吡甲禾灵主要分布在0~5 cm和5~10 cm土层,0~5 cm土层的残留量较多;施药后7 d, 0~5 cm土层草甘膦和高效氟吡甲禾灵的残留量分别减少71.0%~75.8%和94.7%~94.9%,5~10 cm土层草甘膦和高效氟吡甲禾灵的残留量分别减少48.0%~50.0%和86.2%~89.9%;施药后21 d,土壤和地下水中均未检测到草甘膦和高效氟吡甲禾灵。由HYDRUS模型模拟结果可知,土壤含水率、草甘膦和高效氟吡甲禾灵残留量的模拟值与田间实测值吻合度较高,该模型能够用于模拟葵花田土壤水分分布特征和除草剂的运移规律。

关键词：土壤含水率草甘膦高效氟吡甲禾灵土壤残留 HYDRUS模型数值模拟

荒漠草原生长季不同时间尺度水热通量变化特征及其影响因子

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农业工程学报 2024年第15期40卷 65-75页

作者：韩信张宝忠车政王军周青云韩娜娜天津农学院水利工程学院天津300392 中国水利水电科学研究院内蒙古阴山北麓草原生态水文国家野外科学观测研究站北京100038 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 中建六局水利水电建设集团有限公司天津300222 天津农学院-中国农业大学智慧水利研究中心天津300392

荒漠草原水热通量变化特征及其影响因素分析对提高区域水热交换规律认识和了解其在气候变化中的作用具有重要意义。该研究基于内蒙古荒漠草原2018和2019年4—10月涡度相关系统与相应的环境因子观测资料,分析了荒漠草原不同时间尺度水热... 详细信息

荒漠草原水热通量变化特征及其影响因素分析对提高区域水热交换规律认识和了解其在气候变化中的作用具有重要意义。该研究基于内蒙古荒漠草原2018和2019年4—10月涡度相关系统与相应的环境因子观测资料,分析了荒漠草原不同时间尺度水热通量(感热通量(sensible heat flux,H)和潜热通量(latent heat flux,LE))及能量占比(H/LE)的变化特征及其环境因子调控机制。结果表明:1)H为该生态系统的主要能量消耗形式,且同一环境因子在不同生育期对H、LE、H/LE的影响存在差异;2)小时尺度上,H、LE呈单峰型变化,峰值均主要出现在12:00—14:00之间,且LE峰值出现时间较H滞后1~2 h。H的主要影响因素为平均风速(wind speed,Ws),相对湿度(relative humidity,RH)、饱和水汽压差(vaporpressuredeficit,VPD)和空气温度(airtemperature,Ta),相关系数(correlation coefficient,r)绝对值大小分别为Ws(0.72)>RH(0.66)>VPD(0.61)>Ta(0.38)。LE的主要影响因素为Ta、VPD、地面温度(soil temperature,Ts)和降雨(precipitation,P);3)日尺度上,H、LE呈明显的季节变化,H的主要影响因素是RH、Ws、Ts、Ta、P和VPD,LE主要影响因素为RH、Ws、Ts和Ta;4)月尺度上,H、LE近似呈单峰型变化,夏季能量消散方式以LE为主,H的主要影响因素为RH、Ws和VPD,其中VPD正效应最强(r=0.75),P对LE的正效应最强(r=0.75),而RH对H/LE的负效应最强(r=-0.76)。研究结果有利于准确理解多时间尺度下荒漠草原H和LE对环境因子的响应,同时可为草原生态功能区的植被恢复、生态环境保护提供理论依据和技术支撑。

关键词：荒漠草原不同时间尺度水热通量影响因子

不同控制灌溉模式对水稻主要农艺性状及品质的影响

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天津农学院学报 2024年第2期31卷 25-30页

作者：彭劲舟孙书洪薛铸邱菁华张鹏飞杨嘉润天津农学院水利工程学院天津300392 天津市农业水利技术工程中心天津300384

为探究水稻品质的水分管理模式,以水稻品种‘津原85’作为试验对象,采用4个不同控制灌溉模式,即控制土壤饱和含水率的60%(W1)、70%(W2)、80%(W3)、90%(W4)作为灌水下限进行试验处理,并以常规灌溉(CK)作为对照,分析了不同控制灌溉模式对... 详细信息

为探究水稻品质的水分管理模式,以水稻品种‘津原85’作为试验对象,采用4个不同控制灌溉模式,即控制土壤饱和含水率的60%(W1)、70%(W2)、80%(W3)、90%(W4)作为灌水下限进行试验处理,并以常规灌溉(CK)作为对照,分析了不同控制灌溉模式对水稻主要农艺性状、粳米品质的影响。试验表明:与对照相比,不同控制灌溉模式对水稻株高、茎叶干质量存在抑制作用,但能促进水稻穗部含水率的增长;不同控制灌溉模式下稻米品质均优于常规灌溉,直链淀粉含量以W2最高,超出CK 0.27%;不同控制灌溉模式下灌溉用水量较常规灌溉减少3990~5415 m^(3)/hm^(2)。通过对水稻各项品质指标以及灌溉用水量与降雨量之和进行综合评价,发现控制土壤饱和含水率90%作为灌水下限为最佳的水稻灌溉用水管理模式。

关键词：控制灌溉农艺性状水稻品质

全面供光策略调控废水培养光合细菌产单细胞蛋白

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农业工程学报 2024年第11期40卷 227-237页

作者：王晓丹卢海凤张光明司哺春卞含笑唐帅蒋伟忠李保明中国农业大学三亚研究院三亚572025 中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 农业农村部设施农业工程重点实验室北京100083 河北工业大学能源与环境学院天津300401

为拓展蛋白质来源,缓解中国饲料蛋白资源短缺现状,该研究通过供光策略调控强化了沼泽红假单胞菌(***)从废水中回收菌体资源及单细胞蛋白(single cell protein, SCP)的效果,并解析了不同供光策略下物质合成与污染物降解之间的相关性。结... 详细信息

为拓展蛋白质来源,缓解中国饲料蛋白资源短缺现状,该研究通过供光策略调控强化了沼泽红假单胞菌(***)从废水中回收菌体资源及单细胞蛋白(single cell protein, SCP)的效果,并解析了不同供光策略下物质合成与污染物降解之间的相关性。结果表明:在白炽灯、120μmol/(m^(2)·s)的光强及18 h光/6 h暗(L/D)的光周期条件下菌体的生物量及日产量可达(1 140.56±19.72) mg/L及(0.32±0.02) g/(L·d),相较于24 L/0 D、 3 L/21 D及9 L/15 D组分别提高了17.06%~93.21%、54.43%~299.93%(P研究为提高废水体系中光合细菌合成SCP提供了新的方法与思路。

关键词：光质光强光周期光合细菌单细胞蛋白污染物降解

基于大场景视频监控的坝面施工机械潜在碰撞风险预警方法

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水利学报 2024年第7期55卷 780-790,801页

作者：曾拓程王佳俊钟登华张雨诺康栋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 中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 雅砻江流域水电开发有限公司四川成都610051

基于大场景视频监控实现坝面施工机械潜在碰撞风险预警对保证大坝施工安全具有重要意义。然而,目前坝面施工机械潜在碰撞风险检测主要依赖人工经验判断,易出现漏判和误判等问题。因此,本研究提出一种基于大场景视频监控的坝面施工机械... 详细信息

基于大场景视频监控实现坝面施工机械潜在碰撞风险预警对保证大坝施工安全具有重要意义。然而,目前坝面施工机械潜在碰撞风险检测主要依赖人工经验判断,易出现漏判和误判等问题。因此,本研究提出一种基于大场景视频监控的坝面施工机械潜在碰撞风险预警方法。首先,基于Trajectron++轨迹预测算法,通过迁移学习,实现对坝面大场景视频监控中数量众多、类型多样的施工机械在未来一段时间内的轨迹预测。其次,提出将行驶接近时间和机械最大拥挤度作为坝面施工机械潜在碰撞风险的量化指标,并基于模糊规则,建立不同行驶速度条件下两个指标与潜在碰撞风险分级预警的模糊隶属度函数。最后,采用证据理论对两个指标的预警结果进行融合,计算最终的预警等级。以两河口大坝施工现场的大场景视频监控为例进行实验验证,结果表明坝面施工机械未来6 s的轨迹预测平均位移误差和最终位移误差分别为1.17和2.36 m,且基于模糊-证据融合的施工机械潜在碰撞风险分级预警结果可为坝面施工安全提供自动化、智能化分析方法。

关键词：施工机械安全大场景视频监控轨迹预测模糊-证据融合分级预警

基于改进HT-LCNN线段检测模型的隧洞施工活动时间信息智能提取方法

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水利学报 2024年第1期55卷 24-34,47页

作者：肖尧钟登华余佳胡奕可徐国鑫陈秋同天津大学水利工程智能建设与运维全国重点实验室天津300072 中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 陕西省引汉济渭工程建设有限公司陕西西安710302

施工活动时间信息的有效提取是隧洞施工进度分析与决策的重要前提,目前常采用的一种隧洞施工活动时间记录方式是绘制横道图线段。针对传统依赖于人工统计的方式存在效率低、易出错等问题,提出基于改进深度霍夫线条先验网络(Hough Transf... 详细信息

施工活动时间信息的有效提取是隧洞施工进度分析与决策的重要前提,目前常采用的一种隧洞施工活动时间记录方式是绘制横道图线段。针对传统依赖于人工统计的方式存在效率低、易出错等问题,提出基于改进深度霍夫线条先验网络(Hough Transform-Line Convolutional Neural Network,HT-LCNN)线段检测模型的隧洞施工活动时间信息智能提取方法。首先,采用单应性变换手段进行施工日志图像预处理,解决原始图像存在的倾斜、旋转、扭曲等问题;其次,利用全局上下文注意力模块(Global Context Network,GCNet)改进HT-LCNN模型的残差模块,通过建立和共享全局注意力图,获得目标线段在特征图和通道间的长距离依赖关系,提高模型对目标手绘线段的注意力,克服原有HT-LCNN方法容易受到表格线段和文字干扰的不足,实现手绘线段的高精度智能检测;进一步地,建立施工时刻-活动坐标系,根据所检测的手绘横道图线段的端点坐标位置特征,将其自动转化为施工活动时间信息。将该方法应用于某长距离引水隧洞TBM施工日志活动时间提取,本文提出的改进HT-LCNN模型的检测精度AP_(5)、AP_(10)、AP_(15)值分别为94.7%、95.0%、95.1%,均高于HT-LCNN和LCNN;基于本文方法自动提取的施工活动时间与人工提取结果相比,平均绝对误差仅为1.82 min。本研究为隧洞施工活动时间信息准确高效提取提供了新思路。

关键词：隧洞施工活动时间信息智能提取线段检测深度霍夫线条先验网络注意力机制

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大坝渗压混合预测的STL分解-集成学习模型

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水力发电学报 2024年

作者：王晓玲王成王佳俊余佳余红玲天津大学水利工程智能建设与运维全国重点实验室中国农业大学水利与土木工程学院

针对目前大坝渗压预测研究大多未区分影响因素对渗压不同特征成分贡献的差异，降低了模型的可解释性，且现有的预测模型大多采用单一算法，存在难以区分具有高度非线性和非稳态混合特征的渗流压力序列模式等问题，本文提出一种基于STL... 详细信息

针对目前大坝渗压预测研究大多未区分影响因素对渗压不同特征成分贡献的差异，降低了模型的可解释性，且现有的预测模型大多采用单一算法，存在难以区分具有高度非线性和非稳态混合特征的渗流压力序列模式等问题，本文提出一种基于STL分解和集成学习策略的渗压可解释混合预测模型。该模型首先采用时间序列分解（seasonal-trend decomposition procedure based on loess，STL）将原始渗压时间序列分解为季节项、趋势项和余项，以避免现有模型在渗流压力预测中模式混淆的不足；然后，不同成分的变化特征可通过由多策略改进麻雀搜索算法（MSISSA）优化的核极限学习机（KELM）和卷积神经网络组合门控递归单元（CNN-GRU）组成的集成学习模型来识别；此外，还采用单次单因子法（OFAT）分析影响因素对渗流压力不同特征成分的贡献，从而改变输入因素的权重，成功提高了模型的可解释性。工程案例分析结果表明，在确保模型可解释性的同时，所提出的混合模型与基于单一算法的模型相比，预测精度平均提高了48.44%，与其它集成预测模型相比，预测精度平均提高了11.42%，验证了所提模型的有效性，为大坝渗流安全监控提供了新的建模方法。

关键词：大坝渗压预测 STL时序分解多策略改进麻雀搜索算法集成学习深度学习