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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

基于鲸鱼优化算法的串列风力机主动尾流控制策略

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中国电机工程学报 2024年第9期44卷 3702-3709,I0031页

作者：刘一格赵振宙马远卓凌子焱刘惠文刘岩罗乔河海大学能源与电气学院江苏省南京市211100 河海大学海洋与近海工程研究院江苏省南通市226004 南京工业职业技术大学江苏风力发电工程技术中心江苏省南京市210023

主动尾流控制技术通过协调风电场中每台风力机的运行状态,降低上游机组尾流对下游机组的负面影响,进而提高整场发电功率。为探究尾流控制的规律,以10台串列排布的风力机为研究对象,采用Jensen尾流模型与平方和叠加模型计算尾流速度分布... 详细信息

主动尾流控制技术通过协调风电场中每台风力机的运行状态,降低上游机组尾流对下游机组的负面影响,进而提高整场发电功率。为探究尾流控制的规律,以10台串列排布的风力机为研究对象,采用Jensen尾流模型与平方和叠加模型计算尾流速度分布,通过鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm,WOA)优化风力机的轴向诱导因子分布,并与粒子群优化算法(particle swarm optimization algorithm,PSO)对比。研究结果显示:WOA优化效果更好,收敛速度更快,使风电场输出功率提高了5.63%~42.76%;轴向诱导因子的分布规律和风电场输出功率的优化效果受入流风速影响较小,受风力机的数量及流向间距影响较大。

关键词：风力机主动尾流控制尾流模型鲸鱼优化算法

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考虑异形孔的泡沫混凝土单轴压缩离散元模拟

复合材料学报 2024年第7期41卷 3726-3736页

作者：周程涛陈波高志涵陈家林陈锴河海大学水灾害防御全国重点实验室南京210098 河海大学水利水电学院南京210098 国家能源局大坝安全监察中心杭州311122 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司杭州311122

为了研究异形孔隙对泡沫混凝土单轴压缩特性的影响,本文对密度等级500 kg/m^(3)的泡沫混凝土开展了X射线计算机断层扫描(X-CT)试验及单轴压缩-声发射联合试验,基于实测孔结构特征建立了不同非球形颗粒占比的三维细观离散元模型并模拟了... 详细信息

为了研究异形孔隙对泡沫混凝土单轴压缩特性的影响,本文对密度等级500 kg/m^(3)的泡沫混凝土开展了X射线计算机断层扫描(X-CT)试验及单轴压缩-声发射联合试验,基于实测孔结构特征建立了不同非球形颗粒占比的三维细观离散元模型并模拟了单轴压缩过程。结果表明:离散元模型模拟的单轴压缩损伤过程与声发射试验结果基本一致,具有明显的阶段特征;异形颗粒离散元模型能表征初步密实阶段应力-应变曲线的振荡,模拟出应力消散阶段基质的剪切和互锁,在建立泡沫混凝土离散元模型时,应考虑孔隙形状的影响;离散元模型的抗压强度随模型中孔隙非球形率的提高而线性衰减,相关系数达0.94。

关键词：泡沫混凝土离散元法孔隙结构非球形颗粒单轴压缩声发射

基于Sentinel-1和Sentinel-2影像的洪泽湖国家湿地公园水生植被信息提取

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南京林业大学学报（自然科学版） 2024年第2期48卷 19-26页

作者：韩森阮仁宗傅巧妮许捍卫衡雪彪河海大学水文水资源学院江苏南京210098

【目的】探索利用光学遥感和雷达遥感数据进行湖泊湿地水生植被信息提取方法。【方法】以洪泽湖国家湿地公园为研究区,基于Sentinel-1的SAR影像和Sentinel-2的MSI影像,利用面向对象影像分析技术,结合EVSI、NDVI、SR特征指数和对象之间... 详细信息

【目的】探索利用光学遥感和雷达遥感数据进行湖泊湿地水生植被信息提取方法。【方法】以洪泽湖国家湿地公园为研究区,基于Sentinel-1的SAR影像和Sentinel-2的MSI影像,利用面向对象影像分析技术,结合EVSI、NDVI、SR特征指数和对象之间的上下文特征,以及挺水植被高度的差异所对应SAR影像上的后向散射系数,在对象级的基础上建立决策树模型对湿地水生植被进行分类,分析洪泽湖国家湿地公园水生植被以及挺水植被的分布状况。【结果】研究区水生植被类群分类精度为89%,Kappa系数为0.85;挺水植被种群分类精度为85.2%,Kappa系数为0.76。与基于像元分析方法的结果相比,面向对象的影像分析方法具有更高的精度;湿地水生植被以沉水植被和挺水植被为主,其中挺水植被中以荷叶和芦苇为主。【结论】本研究提出的湖泊湿地水生植被信息提取方法具可行性,可为湿地管理与决策提供科学依据。

关键词：水生植被 Sentinel-1 Sentinel-2 决策树植被特征指数后向散射系数洪泽湖国家湿地公园

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对外直接投资提高了区域绿色创新效率吗?

临沂大学学报 2024年第4期46卷 110-131页

作者：唐婷符磊淮安国联集团江苏淮安223000 河海大学商学院江苏南京211100

当前,实现经济的高质量发展是全面建设社会主义现代化国家的首要任务。文章基于非期望产出的非导向的超效率SBM模型,测度了绿色技术研发和绿色成果转化两个阶段的绿色创新效率。文章进一步利用空间杜宾模型,研究了对外直接投资对绿色创... 详细信息

当前,实现经济的高质量发展是全面建设社会主义现代化国家的首要任务。文章基于非期望产出的非导向的超效率SBM模型,测度了绿色技术研发和绿色成果转化两个阶段的绿色创新效率。文章进一步利用空间杜宾模型,研究了对外直接投资对绿色创新效率的影响,并分析了环境规制水平在这一过程中的调节作用。研究结果显示,对外直接投资显著提高了本区域绿色技术研发效率和绿色成果转化效率,并对邻近地区的绿色成果转化效率也具有显著提高作用。环境规制作为调节变量,无论是对本区域还是邻近区域,都增强了对外直接投资对绿色技术研发效率提升的作用。基于以上主要结论,文章最后提出了相应的政策建议。

关键词：对外直接投资绿色创新效率环境规制

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环境变化对澜沧江出境水文过程变异的影响

水科学进展 2024年第2期35卷 313-324页

作者：王乐扬张建云宁忠瑞贾雨凡孙高霞王国庆河海大学水文水资源学院江苏南京210098 长江保护与绿色发展研究院江苏南京210098 南京水利科学研究院水灾害防御全国重点实验室江苏南京210029 河海大学水安全与水科学协同创新中心江苏南京210098 水利部应对气候变化研究中心江苏南京210029

变化环境改变河流水文节律,影响流域水资源的开发利用;澜沧江-湄公河是位于东南亚源于中国西南的跨境河流,科学厘清澜沧江径流变化原因是实现澜沧江-湄公河流域跨境水利益共享的重要基础工作。基于1961—2020年允景洪水文站的实测径流... 详细信息

变化环境改变河流水文节律,影响流域水资源的开发利用;澜沧江-湄公河是位于东南亚源于中国西南的跨境河流,科学厘清澜沧江径流变化原因是实现澜沧江-湄公河流域跨境水利益共享的重要基础工作。基于1961—2020年允景洪水文站的实测径流量资料,采用数理统计与水文模拟相结合的研究途径,诊断径流序列的变异特征,定量分析气候变化和人类活动对径流及其年内分配的影响。结果表明:①1961—2020年允景洪站实测年径流量呈显著性减少趋势,其中,1—5月径流量呈增加趋势,6—12月径流量呈减少趋势;实测年径流量在2008年发生突变。②RCCC-WBM模型能够较好地模拟基准期(1961—2008年)的天然径流量过程,模拟相对误差小于1%;模拟的人类活动影响期间(2009—2020年)天然径流量约为371.8 mm,较基准期偏少6.8%,这是气候变化引起的。③水利工程建设运行是澜沧江最主要的人类活动,是水库蓄水运行期(2009—2013年)径流减少的主要原因;气候变化对水库稳定正常运行期(2014—2020年)径流减少贡献更大,约为61.7%。④水库运行调度使得2014—2020年汛期(6—11月)径流量减少44.3%,非汛期(12月至翌年5月)径流量增加134.3%;澜沧江干流水库对径流的削峰补枯调节作用在一定程度上保障了湄公河中下游的防洪安全与供水安全。

关键词：气候变化人类活动径流量 RCCC-WBM模型归因识别澜沧江流域

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中国工业用水演变驱动因素分析

环境科学 2024年第8期45卷 4520-4528页

作者：张旭张建云敖天其王小军王炳轩河海大学浅水湖泊综合治理与资源开发教育部重点实验室南京210098 河海大学环境学院南京210098 南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室南京210029 四川大学水利水电学院成都610065 河海大学水文水资源学院南京210098

为深化工业用水量随社会经济发展变化规律的认识,提出“双层嵌套式”的结构分解分析(SDA)方法,量化了2002~2020年我国不同行业工业用水量变化驱动因素的影响.结果表明,以消费、投资和出口为代表的规模扩张因素是不同行业工业用水量增长... 详细信息

为深化工业用水量随社会经济发展变化规律的认识,提出“双层嵌套式”的结构分解分析(SDA)方法,量化了2002~2020年我国不同行业工业用水量变化驱动因素的影响.结果表明,以消费、投资和出口为代表的规模扩张因素是不同行业工业用水量增长的主要因素,其中人均消费扩张效应增长较快,且不同行业工业规模扩张的主要驱动因素存在明显差异,直接推动了工业结构变化.而工艺用水变动和水资源重复利用率变动是遏制工业用水量增长的主要因素,两者累计已完全抵消了工业规模扩张的正向效应,累计减少工业用水量112亿m^(3);但金属采选、冶炼加工及电力等能源加工行业的工艺用水变动负向效应偏小,仅依靠水资源重复利用率提升的工业用水效率提升潜力较小.因此,需要基于不同行业影响差异有针对性地强化工业节水管理,推动工业生产结构和消费结构转型升级,保持工业用水负增长态势.

关键词：工业用水结构分解分析(SDA) 投入产出模型重复利用率不同行业

平台结构刚度变化对半潜式风机动态响应的影响

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海洋工程 2024年

作者：梅明义李浩然彭伟河海大学港口航道与近海工程学院

随着半潜式风机大型化，下部支撑平台尺寸也随之增大，刚度降低，不能将其视为刚体，需考虑平台刚度变化对风机动态响应的影响。选取OC4-DeepCwind半潜式风机为研究对象，平台按中心柱与侧柱被划分为四个刚体，采用梁单元建立平台结构... 详细信息

随着半潜式风机大型化，下部支撑平台尺寸也随之增大，刚度降低，不能将其视为刚体，需考虑平台刚度变化对风机动态响应的影响。选取OC4-DeepCwind半潜式风机为研究对象，平台按中心柱与侧柱被划分为四个刚体，采用梁单元建立平台结构有限元模型。基于势流理论计算平台结构有限元模型中每个刚体的水动力载荷传递函数，将其导入OpenFAST中，进行风机整体时域耦合分析。通过改变梁单元的刚度研究平台刚度变化对风机动态响应的影响。研究结果表明：平台固有周期随刚度增大略微增大；平台纵摇运动及塔架底部弯矩随刚度降低出现高频响应；平台在沿纵荡和垂荡方向的内力受刚度影响明显，降低平台刚度将出现高频荷载响应。

关键词：半潜式风机平台刚度动态响应塔架底部弯矩海上风电

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长江流域农田生态排水沟渠氮削减效应研究

农业环境科学学报 2024年第2期43卷 389-400页

作者：秦沂樟白静赵健谢崇宝杨延梅罗琳中国环境科学研究院北京100012 重庆交通大学河海学院重庆400074 中国灌溉排水发展中心北京100054 水利部发展研究中心北京100038

为研究长江流域农田生态排水沟渠对总氮(TN)的削减效果,本研究收集长江流域生态排水沟渠的639项野外现场试验数据,通过Mann-Whitney U检验和K-W检验方法探究了不同植被类型、沟渠类型、强化措施类型、温度范围和进水浓度范围等因子对生... 详细信息

为研究长江流域农田生态排水沟渠对总氮(TN)的削减效果,本研究收集长江流域生态排水沟渠的639项野外现场试验数据,通过Mann-Whitney U检验和K-W检验方法探究了不同植被类型、沟渠类型、强化措施类型、温度范围和进水浓度范围等因子对生态排水沟渠TN削减效率的影响。结果表明:在农田生态排水沟渠中,不同植被类型中的多种人工植被对TN削减效果最好,平均削减效率为47.72%;沟渠类型为边坡半衬砌(沟壁材质为部分混凝土,沟底材质为全土)对TN去除效果最佳,其平均削减率为58.18%;强化措施类型中,添加基质类和设置拦截类强化措施的生态排水沟渠对TN削减效果最好,其平均削减效率为54.24%;气温处于>25~35℃时生态排水沟渠TN削减效果更有效,而在低温环境下可以通过种植耐寒植物(绿狐尾藻、黑麦草等)提高削减率;沟渠进口TN浓度多数集中在>2~4 mg·L^(-1)之间,沟渠出口TN浓度主要分布在0~2 mg·L^(-1)之间,TN进口浓度为>2~4 mg·L^(-1)时沟渠TN削减效果最佳;不同浓度条件下,沟渠选择种植多种人工植被,对沟壁进行半衬砌,设有强化措施都能有效提高TN的净化效果;TN削减效率与水力停留时间、沟渠长度、水深呈现正相关;在多种因素最优的情形下,TN表面去除负荷随着TN进口浓度增大而增大。研究表明,长江流域农田生态排水沟渠选择多种人工挑选的植被、沟渠类型选择边坡半衬砌、同时添加基质类和设置拦截类强化措施更能有效地削减TN,并且控制气温在>25~35℃和进口浓度为>2~4 mg·L^(-1)来削减TN,另外延长沟渠长度和控制水体的水深、水力停留时间可更好地削减TN。

关键词：长江流域生态排水沟渠农业面源氮 Mann-Whitney U检验 K-W检验