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水工建筑物多波束水下监测技术研究

人民长江 2024年

作者：王宝成许怡长江水利委员会水文局长江三峡水文水资源勘测局

为改善多波束常规安装方式受其波束开角的限制，浅水区域水工建筑物数据采集难度大，且边缘波束精度可靠性逐渐下降等问题，本文结合多波束测深系统的工作原理及特性，提出了一种多波束倾斜安装方案，即通过制作一个转换法兰盘，上端与... 详细信息

为改善多波束常规安装方式受其波束开角的限制，浅水区域水工建筑物数据采集难度大，且边缘波束精度可靠性逐渐下降等问题，本文结合多波束测深系统的工作原理及特性，提出了一种多波束倾斜安装方案，即通过制作一个转换法兰盘，上端与安装杆平行安装，下端倾斜与换能器对接。并且选择三峡大坝坝前泄洪孔、纵向围堰及二者交界区域进行试验性研究，对垂直安装常规测量、垂直安装高密度测量、倾斜安装常规测量、倾斜安装高密度测量四种模式下数据采集精度进行统计与分析。在与被扫测水工建筑物保持相同距离的条件下，换能器倾斜安装方法在高密度测量模式下的绝对精度、相对精度、相对点云密度、相对最浅水深分别为：0.092m、0.068m、9.56个/m2、2.41m。结果表明，在保证测量精度的前提下，倾斜安装能够获得更全面的扫测数据，在一定程度上消除了垂直安装时必须尽量靠近水工建筑物以获得更加详细扫测数据的弊端，能够极大的保障人员、船舶、设备的安全，且高密度测量模式能更有效地提高测量点位密度，成果精度更加可靠。

关键词：倾斜安装边缘波束多波束测深系统水工建筑物水下监测技术

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

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年第10期 110-118页

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，基于“分解-预测-重构”的策略，提出VMD-LSTM水面蒸发预测模型。该模型耦合长短期记忆神经网络(LSTM)与变分模态分解法(VMD),利用变分模态分解将水面蒸发及其主要影响因... 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，基于“分解-预测-重构”的策略，提出VMD-LSTM水面蒸发预测模型。该模型耦合长短期记忆神经网络(LSTM)与变分模态分解法(VMD),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深度神经网络混合模型，并应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，率定期均方根误差(RMSE)、平均绝对百分比误差(MAPE)分别下降了54%和48%,而纳什效率系数(NSE)提升了11%。随着预见期的增加，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，率定期NSE由0.97降至0.84。研究成果可为三峡水库水资源合理利用与科学管理提供理论支撑。

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

三峡水库中小洪水调度对支流库湾浮游植物的影响及机制

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环境科学 2024年第9期45卷 5308-5317页

作者：黎睿汤显强刘新波陈文重王丹阳任玉峰长江水利委员会长江科学院流域水环境研究所武汉430010 长江水利委员会长江科学院流域水资源与生态环境科学湖北省重点实验室武汉430010 中国长江电力股份有限公司智慧长江与水电科学湖北省重点实验室宜昌443000 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

中小洪水调度已成为三峡水库汛期的主要调度方式,为研究三峡水库支流库湾浮游植物对中小洪水调度的响应,以三峡水库典型富营养化支流香溪河为对象,调查监测了2020~2021年汛期干支流浮游植物、营养盐及水体理化参数的时空分布特征,分析... 详细信息

中小洪水调度已成为三峡水库汛期的主要调度方式,为研究三峡水库支流库湾浮游植物对中小洪水调度的响应,以三峡水库典型富营养化支流香溪河为对象,调查监测了2020~2021年汛期干支流浮游植物、营养盐及水体理化参数的时空分布特征,分析了支流库湾浮游植物对中小洪水调度的响应特征.结果表明,中小洪水调度期间,香溪河库湾水体叶绿素a(Chl-a)随着坝前水位升高而降低,而在汛末蓄水期,Chl-a浓度再次升高.中小洪水调度期间,香溪河浮游植物以绿藻门和硅藻门为主,其群落组成随中小洪水调度而改变,当水位变幅增大时,以硅藻为主,当水位变幅较小时,以蓝、绿藻为主.Chl-a浓度对库湾水体TN浓度变化更为敏感,当库湾水体流速>0.25 m·s^(−1),或者悬浮泥沙浓度>10 mg·L^(−1)时,水体Chl-a浓度受到抑制.2010年以后,香溪河库湾典型水华暴发时间转变为以汛期为主,非汛期水华仅有2次,需要进一步关注汛期库湾藻类对中小洪水调度的响应.

关键词：三峡水库中小洪水调度浮游植物悬浮泥沙水动力条件

2024年洞庭湖团洲垸溃堤过程及洪水演进模拟

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人民长江 2024年

作者：刘鑫官学文张俊罗兴张馨月童冰星长江水利委员会水文局长江水利委员会水文局长江中游水文水资源勘测局长江水利委员会水文局长江三峡水文水资源勘测局

蓄滞洪区是长江中下游防洪工程体系中的重要一环，故研究蓄滞洪区溃堤洪水演进模拟，对于防洪减灾具有重要意义。收集了2024年洞庭湖团洲垸溃堤时实测口门宽度及流量数据，分析计算了溃口流量过程，采用平面二维水动力学模型计算了溃口... 详细信息

蓄滞洪区是长江中下游防洪工程体系中的重要一环，故研究蓄滞洪区溃堤洪水演进模拟，对于防洪减灾具有重要意义。收集了2024年洞庭湖团洲垸溃堤时实测口门宽度及流量数据，分析计算了溃口流量过程，采用平面二维水动力学模型计算了溃口过程中团洲垸内的洪水演进过程，分析了垸内淹没水深、流速等致灾要素的时空变化。结果表明：（1）溃口发展包括下挫冲槽、横向展宽和稳定泄流三个阶段，基于流量过程推求了进入团洲垸的总水量为2.53亿m3，与基于库容曲线反算的水量(2.63亿m3)基本相当；（2）验证了溃口附近流量和水位过程与实测过程基本相符，团洲垸内最高水位为31.955 m，与实测水位（31.96 m）基本一致；（3）模型计算的淹没范围与基于遥感影像提取的范围基本一致，在计算时段末，92.7%的区域处于重度淹没状态（淹没水深超过1.5 m），最大淹没水深约为8.2 m，垸内流速均呈先增大后减小的变化趋势，各时刻（t=4h、t=10h、t=15h和t=20h）平均流速分别为0.37、0.43、0.22和0.05 m/s。研究成果可为溃堤洪水风险评估、堤防守护等提供技术支撑。

关键词：堤坝溃决洪水演进水动力学模型团洲垸洞庭湖

2024年洞庭湖团洲垸溃堤过程及洪水演进模拟

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人民长江 2024年第10期 7-14页

蓄滞洪区是长江中下游防洪工程体系中的重要一环，研究蓄滞洪区溃堤洪水演进模拟，对于防洪减灾具有重要意义。收集了2024年洞庭湖团洲垸溃堤时实测口门宽度及流量数据，分析计算了溃口流量过程，采用平面二维水动力学模型计算了溃口过... 详细信息

蓄滞洪区是长江中下游防洪工程体系中的重要一环，研究蓄滞洪区溃堤洪水演进模拟，对于防洪减灾具有重要意义。收集了2024年洞庭湖团洲垸溃堤时实测口门宽度及流量数据，分析计算了溃口流量过程，采用平面二维水动力学模型计算了溃口过程中团洲垸内的洪水演进过程，分析了垸内淹没水深、流速等致灾要素的时空变化。结果表明：（1）溃口发展包括下挫冲槽、横向展宽和稳定泄流3个阶段，基于流量过程推求了进入团洲垸的总水量为2.53亿m3,与基于库容曲线反算的水量（2.63亿m3）基本相当；（2）验证了溃口附近流量和水位过程与实测过程基本相符，团洲垸内最高水位为31.955 m,与实测水位（31.960 m）基本一致；（3）模型计算的淹没范围与基于遥感影像提取的范围基本一致，在计算时段末，92.7%的区域处于重度淹没状态（淹没水深超过1.5 m）,最大淹没水深约为8.2 m,垸内流速均呈先增大后减小的变化趋势，各时刻（t=4 h、t=10 h、t=15 h和t=20 h）平均流速分别为0.37,0.43,0.22 m/s和0.05 m/s。研究成果可为溃堤洪水风险评估、堤防守护等提供技术支撑。

关键词：堤坝溃决洪水演进水动力学模型团洲垸洞庭湖蓄滞洪区

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单一地貌的地面激光多站配准方法研究

测绘通报 2024年第S2期 197-200页

作者：李俊曹磊孙振勇刘世振马耀昌长江水利委员会长江上游水文水资源勘测局长江水利委员会水文局

针对旭龙电站坝址高峡陡峭、单一地貌等复杂特性，本文采用地面三维激光扫描系统进行坝区地形扫测，提出了单一地貌的地面激光多站配准方法进行点云配准处理。根据重合点云的法向量夹角特征筛选关键点，通过关键点间距和共面曲率完成点... 详细信息

针对旭龙电站坝址高峡陡峭、单一地貌等复杂特性，本文采用地面三维激光扫描系统进行坝区地形扫测，提出了单一地貌的地面激光多站配准方法进行点云配准处理。根据重合点云的法向量夹角特征筛选关键点，通过关键点间距和共面曲率完成点云初拼和坐标转换。应用表明，该方法拼接效率有效提高，在单一山地地貌的复杂场景下具有明显优势。

关键词：地面激光扫描单一地貌点云配准法向量坐标变换

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长江源区径流变化及其影响因素探讨

长江科学院院报 2024年第2期41卷 1-6页

作者：邵骏长江水利委员会水文局长江水文水资源分析研究中心武汉430010 长江水利委员会水文局西南诸河水文水资源勘测局昆明650051

长江源区对气候变化的响应较为敏感,其河川径流也随之产生了明显的变化。根据长江源区直门达水文站及长江源区5个气象站1960—2022年实测水文气象资料,分析长江源区年径流和季节性径流变化规律。利用相关分析、交叉小波变换及主成分分析... 详细信息

长江源区对气候变化的响应较为敏感,其河川径流也随之产生了明显的变化。根据长江源区直门达水文站及长江源区5个气象站1960—2022年实测水文气象资料,分析长江源区年径流和季节性径流变化规律。利用相关分析、交叉小波变换及主成分分析法,分析径流变化与主要气象要素之间的关联性。研究结果表明,近63 a来直门达站年径流呈现显著上升的趋势,尤其是近20 a径流大幅度增加。1960—2000年期间,长江源区各季节性径流变化趋势较为平稳。2000—2022年期间,各季节性径流均呈现出增加的态势并延续至今。对直门达站径流影响最为密切的气象要素主要为降水、气温、相对湿度等。

关键词：径流相关分析交叉小波变换主成分分析长江源区

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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