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基于鲸鱼优化算法的长短期记忆模型水库洪水预报

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湖泊科学 2024年第1期36卷 320-332页

作者：丁艺鼎蒋名亮徐力刚范宏翔吕海深河海大学水文与水资源学院南京210098 中国科学院南京地理与湖泊研究所南京210018 中国科学院大学南京学院南京211135 江西省鄱阳湖流域生态水利技术创新中心南昌330029

洪涝灾害是世界主要自然灾害之一,优化洪水预报方案对防洪决策至关重要,然而传统水文模型存在参数多、调参受人为因素影响,泛化能力弱等问题。针对上述问题,本文提出基于改进的鲸鱼优化算法和长短期记忆网络构建自动优化参数的WOA-LSTM... 详细信息

洪涝灾害是世界主要自然灾害之一,优化洪水预报方案对防洪决策至关重要,然而传统水文模型存在参数多、调参受人为因素影响,泛化能力弱等问题。针对上述问题,本文提出基于改进的鲸鱼优化算法和长短期记忆网络构建自动优化参数的WOA-LSTM模型,通过优化神经网络结构进一步增强该模型的稳定性和精确度,并且建立不同预见期下的洪水预报模型来分析讨论神经网络结构与预报期之间的关系。以横锦水库流域1986-1997年洪水资料为例,其中以流域7个雨量站点的降雨以及横锦站水文资料为输入,不同预见期下洪水过程作为输出,以1986-1993年作为模型的率定期,1994-1997年作为模型的检验期,研究结果表明:(1)以峰现时差、确定性系数、径流深误差和洪峰流量误差作为评价指标,相比较于LSTM模型和新安江模型对检验期的模拟结果表明WOA-LSTM模型拥有更高的精度、预报结果更稳定;(2)结合置换特征值和SHAP法分析模型特征值重要性,增强了神经网络模型的可解释性;(3)通过改变神经网络结构在一定程度避免由于预见期增加和数据关联性下降而导致的模型预报精度下降的问题,最终实验表明该模型在预见期1~6 h下都可以满足横锦水库的洪水预报要求,可以为当地的防洪决策提供依据。

关键词：洪水预报长短期记忆模型(LSTM) 鲸鱼优化算法深度学习

基于SWAT模型的典型区域高标准农田综合管理方案模拟与优化

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节水灌溉 2022年第11期 86-93页

作者：卢江海孔琼菊徐解刚邓升万怡国卫琦江西省水利科学院南昌330029 江西省鄱阳湖流域生态水利技术创新中心南昌330029 宜兴市水利局江苏宜兴214200 河海大学农业科学与工程学院南京210098

为研究不同高标准农田管理措施对流域排水影响,以芳溪湖流域为研究对象,以2019-2020年连续2年的径流和水质(总氮、总磷和产沙)监测数据为基础,率定并验证了SWAT模型的适用性,并基于率定后SWAT模型对典型区域高标准农田综合管理方案进行... 详细信息

为研究不同高标准农田管理措施对流域排水影响,以芳溪湖流域为研究对象,以2019-2020年连续2年的径流和水质(总氮、总磷和产沙)监测数据为基础,率定并验证了SWAT模型的适用性,并基于率定后SWAT模型对典型区域高标准农田综合管理方案进行了模拟和优化。结果表明:(1)率定的SWAT模型模拟效果总体较好,构建的灌区分布式水文及面源污染模型适用于芳溪湖流域;(2)高标准农田建设可以实现流域节水减排,最大径流排放减少可达6.93%,最大总氮、总磷、泥沙排放减小均可达7.81%以上,适当提高塘堰汇流面积比例,增加生态沟的建设密度和长度,能有效减少地表径流及总氮、总磷负荷,最大径流排放减小可达18.92%,最大总氮、总磷、泥沙排放减小均可达20.37%以上;(3)不同轮作模式中,水作模式与现状条件相比能有效减少流域径流、总氮、总磷和泥沙的排放;(4)高标准农田建设综合管理优化方案下,流域排水总量减少可达24.59%,总氮、总磷和泥沙减少均可达36.36%以上。合理的沟塘系统设计和种植结构调整能有效减少流域面源污染排放。

关键词： SWAT模型高标准农田管理方案优化

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交汇区水流结构对底泥磷分布特征影响机制

南水北调与水利科技（中英文） 2024年第3期22卷 595-604页

作者：夏阳周苏芬邹俊胡健江西省水利科学院南昌330029 江西省鄱阳湖流域生态水利技术创新中心南昌330029 河海大学港口海岸与近海工程学院南京210098

交汇区的水流结构极为复杂,揭示交汇区底泥磷分布特征难度较大。设计交汇区底泥磷分布实验系统及其检测方法,测量交汇区的三维流场和底泥中总磷含量,分析交汇区水流分区与底泥中总磷空间分布的关系,并基于交汇水槽实验中204组水动力参... 详细信息

交汇区的水流结构极为复杂,揭示交汇区底泥磷分布特征难度较大。设计交汇区底泥磷分布实验系统及其检测方法,测量交汇区的三维流场和底泥中总磷含量,分析交汇区水流分区与底泥中总磷空间分布的关系,并基于交汇水槽实验中204组水动力参数与底泥中总磷含量数据,建立人工神经网络模型,定量分析流场中水动力参数对底泥中总磷含量的影响,辨识其中的关键水动力参数。结果表明:分离区内水流水平流速较小,底泥磷含量较高;位于分离区外侧的加速区水平流速较大,底泥磷含量较低,但加速区的局部区域(剪切层区)存在显著的底泥磷含量偏高现象;通过人工神经网络模型的参数敏感性分析,定量解释局部底泥磷含量高值现象与该区域较大的向下水流有关。

关键词：河流交汇区底泥磷分布特征水流结构人工神经网络模型

红壤坡地新开发果园土壤有机碳迁移对不同管理措施的响应

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水土保持学报 2023年第4期37卷 124-131页

作者：常梦琦胡瑞徐佳文梁宽陈伏生肖胜生江西农业大学国家林业和草原局鄱阳湖流域森林生态系统保护与修复实验室南昌330045 江西省土壤侵蚀与防治重点实验室南昌330029 江西省水利科学院鄱阳湖流域生态水利技术创新中心南昌330029

为探究在南方红壤区不同管理措施对于新开发果园土壤有机碳迁移的影响,以典型红壤坡地柑橘园(建园2年)为研究对象,监测评估自然降雨背景下清耕(CB)、稻草全覆盖(CS)、萝卜花生轮作(CRP)、三叶草条带覆盖(CCS)、三叶草全覆盖(CC)和苔藓覆... 详细信息

为探究在南方红壤区不同管理措施对于新开发果园土壤有机碳迁移的影响,以典型红壤坡地柑橘园(建园2年)为研究对象,监测评估自然降雨背景下清耕(CB)、稻草全覆盖(CS)、萝卜花生轮作(CRP)、三叶草条带覆盖(CCS)、三叶草全覆盖(CC)和苔藓覆盖(CT)6种管理措施对开发初期果园水土流失和土壤有机碳迁移的影响。结果表明:(1)6种管理措施CB、CS、CRP、CCS、CC和CT的径流量分别为7.88,4.45,4.64,3.24,3.25,4.70 m 3,与CB相比,CS、CRP、CCS、CC和CT措施下截流效益分别为43.51%,41.10%,58.94%,58.82%,40.38%,产沙量分别为71.35,21.27,31.03,14.24,14.18,35.05 kg,产沙量与CB相比分别减少70.18%,56.51%,80.04%,80.13%,50.87%;(2)泥沙有机碳流失强度分别为CB(20.75 g/m^(2)),CS(4.78 g/m^(2)),CRP(8.68 g/m^(2)),CCS(3.52 g/m^(2)),CC(3.38 g/m^(2)),CT(9.94 g/m^(2)),相比于对照组CB分别减少76.94%,58.16%,83.01%,83.71%,52.11%;(3)泥沙有机碳和DOC流失强度均与径流量呈显著正相关关系(R 2分别为0.412和0.419)。地面管理措施主要通过调控地表径流的产生来影响红壤坡地新开发果园土壤有机碳的迁移。综合来看,三叶草条带覆盖和全覆盖在抑制土壤侵蚀和土壤有机碳迁移损失方面效果较明显。研究结果可为南方红壤区新开发果园水土流失和土壤有机碳迁移损失的防控提供科学依据。

关键词：自然降雨土壤有机碳选择性迁移新开发果园南方红壤区

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基于不同量级日降雨的赣南湘水流域降雨侵蚀力时空变化特征分析

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水土保持通报 2024年第3期44卷 274-283页

作者：余敏琪刘士余盛菲吴祎楠刘长征江西农业大学国土资源与环境学院江西南昌330045 江西省鄱阳湖流域生态水利技术创新中心江西南昌330045

[目的]探明赣南湘水流域不同量级降雨侵蚀力时空变化特征,为该流域的土壤侵蚀防治和生态环境治理提供重要的科学依据。[方法]以赣南湘水流域为对象,采用章文波日降雨模型,通过对降雨侵蚀力的比较分析,筛选普通克里金插值(OK)、反距离加... 详细信息

[目的]探明赣南湘水流域不同量级降雨侵蚀力时空变化特征,为该流域的土壤侵蚀防治和生态环境治理提供重要的科学依据。[方法]以赣南湘水流域为对象,采用章文波日降雨模型,通过对降雨侵蚀力的比较分析,筛选普通克里金插值(OK)、反距离加权插值(IDW)和径向基函数插值(RBF)中的最优插值方法,并对湘水流域降雨侵蚀力时空变化特征进行了分析。[结果]结果表明:(1)IDW比OK和RBF更适用于湘水流域。(2)1984—2021年湘水流域不同量级降雨侵蚀力、年降雨侵蚀力的空间分布差异均随量级的增大而增大,且二者总体均呈北部和南部偏高,中部偏低的趋势。(3)1984—2021年湘水流域年降雨、中雨、大雨和暴雨侵蚀力的变异系数(C_(V))分别为0.26,0.15,0.25,0.47,均属于中等变异,且年际变化趋势均不显著。不同量级降雨侵蚀力的大小、所占年降雨侵蚀力的比例、年际变化速率随量级的增大而增大,且其震荡周期基本一致,均为3~4个震荡周期。[结论]赣南湘水流域北部是发生土壤侵蚀可能性较高的地区,因地制宜加强该地区水土保持措施将有助于湘水流域的土壤侵蚀防治。

关键词：湘水流域中雨、大雨、暴雨侵蚀力降雨侵蚀力江西省

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高氮负荷森林生态系统对大气氮沉降降低的响应研究进展

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浙江农林大学学报 2024年第1期41卷 211-222页

作者：沈芳芳王彬宇姚必达莫明敏廖迎春房焕英邹显花刘文飞袁颖红樊后保南昌工程学院江西省退化生态系统修复与流域生态水文重点实验室江西南昌330099 南昌工程学院江西省鄱阳湖流域生态水利技术创新中心江西南昌330099

大气氮沉降对全球生物多样性和生态系统功能构成严重威胁。过去50多年,由于减排措施的实施,欧美国家率先出现大面积区域的氮沉降降低,中国从2010年开始趋于稳定,氮沉降的未来变化趋势可能因全球各地而异。本研究采用文献检索方法和综合... 详细信息

大气氮沉降对全球生物多样性和生态系统功能构成严重威胁。过去50多年,由于减排措施的实施,欧美国家率先出现大面积区域的氮沉降降低,中国从2010年开始趋于稳定,氮沉降的未来变化趋势可能因全球各地而异。本研究采用文献检索方法和综合分析方法,综述了国内外氮沉降恢复的方法,分析了森林生态系统土壤(酸化和溶液化学)、结构(植被-微生物多样性)与功能(生产力和碳吸存)对氮沉降降低的响应。随着氮沉降的降低,植被物种组成、土壤微生物群落和土壤过程可能恢复缓慢,而一些土壤参数(如pH、硝酸盐和铵浓度等)对氮输入减少的响应相对较快。当氮沉降降低时,可在某种程度上减轻土壤酸化,促进树木生长,但也可能因环境氮沉降速率依然很高并保持土壤酸化,林木的活力仍在恶化。植被多样性的恢复可能存在恢复障碍并在短期内难以维持富营养化的恢复,但促进了贫营养型物种的增加。森林生态系统恢复响应对减排政策存在延迟,且氮沉降增加存在遗留效应,致恢复相当缓慢,但恢复只是时间问题。因此,高氮负荷生态系统的恢复是一个长期缓慢的过程,进一步加强减排尤为重要。

关键词：氮沉降降低高氮负荷森林生态系统森林恢复土壤酸化生物多样性

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赣江峡江水库洪水分期研究

中国农村水利水电 2023年第5期 124-128页

作者：刘章君张静文温天福成静清江西省水利科学院江西南昌330029 江西省鄱阳湖水资源与环境重点实验室江西南昌330029 江西省鄱阳湖流域生态水利技术创新中心江西南昌330029

研究水库流域洪水分期特性,实现水库分期控制运用,对于在确保防洪安全的前提下提高综合利用效益具有重要意义。以赣江峡江水库为研究对象,基于代表性水文站(峡江水文站)1957-2017年逐日平均流量、年最大洪峰流量资料,采用成因分析法、... 详细信息

研究水库流域洪水分期特性,实现水库分期控制运用,对于在确保防洪安全的前提下提高综合利用效益具有重要意义。以赣江峡江水库为研究对象,基于代表性水文站(峡江水文站)1957-2017年逐日平均流量、年最大洪峰流量资料,采用成因分析法、水文特征值统计法和变点分析法研究洪水汛期分期规律,并进行对比分析。结果表明,赣江流域暴雨洪水主要集中在4-9月,4-6月份洪水由锋面雨形成,7-9月份洪水一般由台风雨形成。从成因分析上看赣江中下游流域洪水具有明显的季节性变化规律,可将4-6月作为主汛期,7-9月作为后汛期。水文特征值统计法和变点分析法这两类定量分析方法分期结果基本一致,汛期分期结果较为合理和稳健,峡江水文站的大洪水主要集中在5月和6月,频率分别为24.59%和39.34%,7月的前半月(7月1日-7月15日)出现较大量级洪水的概率仍然较大,可将4月初-7月上中旬作为主汛期,7月中下旬-9月底作为后汛期。结合多种途径分析结果,从偏安全的角度,同时考虑管理方便和习惯,拟定峡江水库主汛期为4月1日-7月15日,后汛期为7月16日-9月30日。在划分的主汛期内年最大洪峰被内包,洪水发生次数最为频繁,而后汛期洪水次数、量级相对较小。研究成果可为赣江峡江水库分期防洪调度和洪水管理提供技术支撑。

关键词：汛期分期成因分析水文特征值变点分析峡江水库

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江西省健全农业水价形成机制探索与实践

中国农业会计 2023年第12期33卷 79-83页

作者：黎志云万怡国卢江海邓升江西省水利科学院江西省鄱阳湖流域生态水利技术创新中心

农业水价综合改革是国家为保障国家粮食安全、促进农业节水的一项重要举措,农业水价形成机制是改革工作的核心。本文立足江西省实际,系统梳理改革前农业用水价格执行存在的问题,分析影响农业水价定价的因素,构建农业水价定价模型,解析... 详细信息

农业水价综合改革是国家为保障国家粮食安全、促进农业节水的一项重要举措,农业水价形成机制是改革工作的核心。本文立足江西省实际,系统梳理改革前农业用水价格执行存在的问题,分析影响农业水价定价的因素,构建农业水价定价模型,解析农业水价形成过程,并实例测算“一区一价”“一县一价”,为南方地区健全农业水价形成机制提供参考。

关键词：农业水价供水成本农业水价定价模型农业水价形成机制

基于最大熵模型的华蓥山林地浅表层滑坡风险析因

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林业科学 2024年第1期60卷 32-46页

作者：伍冰晨齐实郭郑曦胡译水江西省水利科学院南昌330029 北京林业大学水土保持学院北京100083 江西省鄱阳湖流域生态水利技术创新中心南昌330029 广西交通设计集团有限公司南宁530029 中国市政工程西南设计研究总院有限公司成都610081

【目的】确定环境变量对林地浅表层滑坡风险预测的相对贡献率,明确影响浅表层滑坡风险的关键植被因素及其减灾区间,探明植被因素与非植被因素对浅表层滑坡风险的耦合效应,为林地浅表层滑坡风险评价和减灾决策制定提供科学依据。【方法... 详细信息

【目的】确定环境变量对林地浅表层滑坡风险预测的相对贡献率,明确影响浅表层滑坡风险的关键植被因素及其减灾区间,探明植被因素与非植被因素对浅表层滑坡风险的耦合效应,为林地浅表层滑坡风险评价和减灾决策制定提供科学依据。【方法】以华蓥山林地为研究对象,选取17个浅表层滑坡影响因子,采用最大熵模型进行林地浅表层滑坡风险模拟,输出各因子对林地浅表层滑坡风险预测的相对贡献率,对比分析考虑或不考虑植被因素条件下林地浅表层滑坡风险对各因子的响应变化。【结果】1)模型精度受试者工作特征曲线检验结果显示,不考虑植被因素的情况下,模型模拟精度为0.887,达到很准确的精度水平;考虑植被因素的情况下,模型模拟精度提升3.1%,为0.915,达到极准确的精度水平。2)工程地质岩组、蓄积量、距断层距离、地形起伏度、高程、绿色比值植被指数、平面曲率和林分类型8个因子对浅表层滑坡风险预测的累计贡献率达80%,其中植被因素对林地浅表层滑坡风险预测具有重要作用,主要体现在蓄积量、植被覆盖度和林分类型3方面。3)植被因素的存在造成浅表层滑坡风险对平面曲率、坡向、高程变异系数、坡度变率和坡面曲率5个变量的响应发生变化:对平面曲率、高程变异系数和剖面曲率所产生的浅表层滑坡风险起削弱作用,削减幅度分别为4.9%、5.9%和8.1%;对坡度变率所产生的浅表层滑坡风险起加剧作用,加剧幅度为10.9%;对坡向所产生的浅表层滑坡风险具有正反2方面作用,加剧和削减幅度分别为12.8%和6.4%。【结论】MaxEnt模型用于林地浅表层滑坡风险模拟具有较高模拟精度,能够直观表达浅表层滑坡风险对各影响因子的响应;利用MaxEnt模型预测林地浅表层滑坡风险时,除了地质、地形、地貌、土壤等常规影响因素外,植被因素也是关键环境变量,其对模拟精度具有重要贡献;植被因素的存在整体上不改变浅表层滑坡风险对其他影响因子的响应趋势,但对于某些非植被因素的极端值所产生的浅表层滑坡风险具有重要影响,呈现出耦合效应,既可能加剧也可能削弱浅表层滑坡风险。

关键词： MaxEnt 华蓥山林地浅表层滑坡风险植被