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基于VMD-LSTM模型的三峡水库水面蒸发量预测研究

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人民长江 2024年

作者：彭玉洁张冬冬徐高洪王卫光郭卫林涛涛长江水利委员会水文局河海大学水文水资源学院长江水利委员会水文局长江三峡水文水资源勘测局

为减少水面蒸发非线性、复杂性和不稳定性等特征带来的预测误差，本文采用“分解-预测-重构”的策略，提出一种将变分模态分解（VMD）与长短期记忆神经网络（LSTM）相耦合的VMD-LSTM水面蒸发预测模型。利用变分模态分解将水面蒸发及其... 详细信息

为减少水面蒸发非线性、复杂性和不稳定性等特征带来的预测误差，本文采用“分解-预测-重构”的策略，提出一种将变分模态分解（VMD）与长短期记忆神经网络（LSTM）相耦合的VMD-LSTM水面蒸发预测模型。利用变分模态分解将水面蒸发及其主要影响因素分解为相同数量的子模态分量以降低数据的非平稳性，将对应子模态分量作为长短期记忆神经网络的输入，构建VMD-LSTM新型深度神经网络混合模型，并用于三峡水库巴东站的月水面蒸发量预测。结果表明，VMD-LSTM模型较其他模型具有预测精度更高、峰谷值拟合更优的特点，与单一LSTM模型相比，纳什效率系数（NSE）提升高达12%，均方根误差（RMSE）、平均绝对百分比误差（MAPE）分别下降达54%、42%。随着预见期的增大，模型的预测精度会逐渐降低但预测效果保持良好，当预见期从1个月增至7个月时，NSE由0.97降至0.84。

关键词：水面蒸发预测变分模态分解长短期记忆神经网络三峡水库

新水沙条件下荆江河段洲滩演变特征及其影响因素

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长江科学院院报 2024年第7期41卷 175-181页

作者：段光磊彭严波长江水利委员会水文局武汉430010 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

三峡工程投运极大改变了坝下游水沙条件。基于最新的实测水文泥沙和地形原型观测资料,分析了三峡水库蓄水后荆江河段主要洲滩演变特征,探讨了洲滩演变机理。研究表明:三峡水库蓄水后20 a间,荆江河段悬移质泥沙极大减少,河床大幅冲刷,大... 详细信息

三峡工程投运极大改变了坝下游水沙条件。基于最新的实测水文泥沙和地形原型观测资料,分析了三峡水库蓄水后荆江河段主要洲滩演变特征,探讨了洲滩演变机理。研究表明:三峡水库蓄水后20 a间,荆江河段悬移质泥沙极大减少,河床大幅冲刷,大多数洲滩萎缩,特别是临近主流线一侧大幅崩退;三峡水库蓄水后,大型汊道中多数支汊淤积,个别扩展;坝下游水沙条件的变化是影响洲滩萎缩的主要因素;人类活动的影响,如河道采砂、航道整治工程对江心洲支汊演变产生了较大影响;荆江河段洲滩将会在较长时期处于冲刷状态。

关键词：三峡工程荆江河段洲滩演变特征影响因素

三峡水库秋汛期水沙特点及秋汛洪水对库区冲淤的影响

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泥沙研究 2024年第1期49卷 24-30页

作者：杨成刚平妍容袁晶董炳江长江水利委员会水文局湖北武汉430010 长江水利委员会水文局长江上游水文水资源勘测局重庆400025

长江上游秋汛洪水是三峡水库重要水沙事件,对三峡库区冲淤特性有直接影响。基于1954-2022年实测资料分析表明,近70年来长江上游秋汛期来水量变化不大,来沙量均值在2013年前后减幅达到87%。2013年以后,三峡库区秋汛洪水的来沙高度集中于... 详细信息

长江上游秋汛洪水是三峡水库重要水沙事件,对三峡库区冲淤特性有直接影响。基于1954-2022年实测资料分析表明,近70年来长江上游秋汛期来水量变化不大,来沙量均值在2013年前后减幅达到87%。2013年以后,三峡库区秋汛洪水的来沙高度集中于嘉陵江流域,占寸滩沙量的70%以上,秋汛洪水通过影响嘉陵江的水沙条件,进而间接影响三峡水库秋汛期的入库水沙条件。与汛期洪水相比,秋汛洪水的泥沙90%以上在库区淤积,且库尾淤积更加突出。实测资料分析结果表明,秋汛洪水期间适时加大水库下泄流量,可显著增大排沙量,减轻库区淤积。研究成果对加深三峡水库淤积特性认识、优化三峡水库秋汛洪水调度具有重要意义。

关键词：长江上游三峡水库秋汛洪水泥沙淤积水库调度

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三峡水库水面蒸发年内滞后效应分析

湖泊科学 2024年第3期36卷 890-900页

作者：王晓春闫金波吕超楠王伟杰林涛涛韩松俊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 长江水利委员会水文局长江三峡水文水资源勘测局宜昌443000 中国长江三峡集团有限公司宜昌443100

水面蒸发在季节变化上相比净辐射等气象要素的相位延迟反映了水体储热对水面蒸发的影响,量化这一对气象要素波动的滞后响应对理解和估算深水水库(湖泊)蒸发非常重要。三峡水库等河道型深水水库的水位和面积具有显著周期性变动,使得其水... 详细信息

水面蒸发在季节变化上相比净辐射等气象要素的相位延迟反映了水体储热对水面蒸发的影响,量化这一对气象要素波动的滞后响应对理解和估算深水水库(湖泊)蒸发非常重要。三峡水库等河道型深水水库的水位和面积具有显著周期性变动,使得其水面蒸发的响应模式更为复杂,而目前对其认识非常薄弱。本文利用2013年8月—2020年7月三峡水库巴东站水面蒸发场和陆面蒸发场的蒸发和气象观测数据,分析了水面蒸发的季节变化及其年内滞后效应。结果表明:水面蒸发场蒸发量在年内的8和12月呈现双峰变化,与只有8月单峰值的陆面蒸发场蒸发量显著不同。水面蒸发场蒸发量相对净辐射、平均气温和水面温度分别存在4、3和2个月的滞后,而陆面蒸发场蒸发量相对滞后时间均在1个月以内;水面与陆面蒸发场相比,水温、蒸发量和水面与大气饱和差之间的滞后时间分别为1、3和4个月,而平均气温和净辐射之间不存在滞后。本文揭示出三峡水库巴东段水面蒸发年内滞后效应主要受到水库水温引起的水面与大气饱和差在季节上滞后的影响,需通过深入分析水温的时空变化来明确整个三峡水库的水面蒸发特征。

关键词：水面蒸发滞后效应水体储热三峡水库水温变化

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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

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汉口水文站AI流量模型构建及应用研究

水文 2024年

作者：周波邓山陆鹏程毛北平魏猛长江水利委员会水文局水利部水文司长江水利委员会水文局长江中游水文水资源勘测局

为进一步提升水文站实时推流的稳定性及精度，在开展测站特性分析的基础上，提出了一种基于人工智能算法的河流流量在线推求新方法。经汉口水文站实践应用表明，无论是建模精度还是泛化精度，均达到了一类精度站水平，且具有较高稳定性... 详细信息

为进一步提升水文站实时推流的稳定性及精度，在开展测站特性分析的基础上，提出了一种基于人工智能算法的河流流量在线推求新方法。经汉口水文站实践应用表明，无论是建模精度还是泛化精度，均达到了一类精度站水平，且具有较高稳定性。研究成果具有较高的推广价值，可为水文测站业务的智能化升级提供科学参考。

关键词：数字孪生人工智能河流流量精度评价

基于实测资料的杭州湾海底管道裸露悬空历年变化趋势及风险区分析

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海洋工程 2024年第1期42卷 137-146页

作者：沙红良赵春霞李树明朱堂勇宋世柱长江水利委员会水文局长江下游水文水资源勘测局江苏南京210011

近岸海底管道受海流影响,原处于掩埋状态的管道易出现裸露及悬空情况,掌握海底管道在位状态变化趋势是对其实施安全管理的关键和基础。以东海杭州湾海域内长距离海底输油管道为例,根据2008—2021年连续多年采用声学探测方法获取的管道... 详细信息

近岸海底管道受海流影响,原处于掩埋状态的管道易出现裸露及悬空情况,掌握海底管道在位状态变化趋势是对其实施安全管理的关键和基础。以东海杭州湾海域内长距离海底输油管道为例,根据2008—2021年连续多年采用声学探测方法获取的管道外检测资料及成果,在统计分析海底管道历年状态变化趋势的基础上,重点分析管道悬空、裸露状态的游移变化情况及悬空段的分布特征;针对管道悬空频现、悬空长度较长的风险区,分析管道悬空的主要特征及管道附近海床冲淤演变情况,为海底管道安全运行管理及悬空段防护决策提供数据支撑,为海底管道检测频率、管道状态变化分析提供案例参考。

关键词：海底管道悬空变化趋势杭州湾声学探测管道防护

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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

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双轨循环式雷达波在线测流系统设计

人民长江 2024年第S01期55卷 46-49页

作者：左念徐典范亮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430014

利用现有流量测验设备(水文缆道、拖曳式ADCP)在对流速快、陡涨陡落的山溪性河流进行监测时操作极为困难且历时不可控。考虑到移动雷达波不直接接触和扰动(或破坏)水流结构可以实现自动精确监测,研究设计了一种双轨循环式雷达波在线测... 详细信息

利用现有流量测验设备(水文缆道、拖曳式ADCP)在对流速快、陡涨陡落的山溪性河流进行监测时操作极为困难且历时不可控。考虑到移动雷达波不直接接触和扰动(或破坏)水流结构可以实现自动精确监测,研究设计了一种双轨循环式雷达波在线测流系统。该测流方式安全快捷,尤其适用于河道高洪流量测验,可实现水文断面流量的即时、稳定在线监测,能够解决水文测站人员不足、工作强度大、高洪期间测验工作较为危险等问题。

关键词：在线流量监测雷达双轨循环非接触测流