南水北调西线工程水源区可调水量“十问”

南水北调西线工程是我国“四横三纵”国家水网主骨架尚待建设的最后一环,而水源区可调水量是西线工程规划论证面临的焦点和难点问题。本文从水资源本底条件与演变趋势,生态环境与经济社会发展需水,调蓄水库与输水工程规模,调水对水源区及其下游水资源开发利用、水生态环境、水力发电、航运等方面影响的角度,提出了与水源区可调水量相关的10个问题;以长江上游分布式水文模型为基础,建立了南水北调西线工程水源区可调水量模拟分析模型,力图系统、定量地回答所提问题。本文的主要研究结论有:在仅考虑满足水源区河道内外生态环境和经济社会需水的前提下,“上线+下线”组合方案多年平均可调水量为1.59×10^(10)m^(3),“完全下线”方案在建设岗托水库进行联调时,多年平均可调水量将达到1.74×10^(10)m^(3);在综合考虑调水对水源区水平衡、水力发电和航运影响及其可接受程度后,南水北调西线水源区可调水量为1.22×10^(10)~1.26×10^(10)m^(3)。长远来看,应谋划西南片区水网与国家水网主骨架、“大动脉”的连接与融合,在减小南水北调西线工程调水影响的同时,提高南水北调西线工程的整体供水能力以及对气候变化等外部条件的适应性。

智慧水利理论体系与数字孪生流域虚拟模型研究成果述要

智慧水利是水利高质量发展的显著标志之一。围绕智慧水利理论体系不完善、流域映射精准度不高、模型精度不高、决策支撑程度低等问题,建立了由智慧流域基础理论、数字孪生流域基础理论和智能水网理论框架组成的智慧水利理论体系,研究了由数字孪生感知节点模型、数字孪生降水遥感模型、数字孪生蒸散发遥感模型、数字孪生土壤水遥感模型、数字孪生水体遥感模型、数字孪生地下水遥感模型、数字孪生水质遥感模型组成的数字孪生流域感知模型,构建了由数字孪生流域水文模型、数字孪生水动力水质模型、数字孪生动态调控模型、数字孪生虚拟仿真模型、数字孪生协同决策模型、数字孪生并行组合模型等组成的数字孪生流域虚拟模型。研究成果可为我国智慧水利建设提供理论基础和技术支撑。

控制性供水湖泊旱限水位确定方法——以洱海为例

旱限水位作为干旱预警以及工程抗预案的重要指标和依据,对科学指导湖泊开展抗旱调度具有重要的作用。本文针对控制性供水湖泊的特征,在充分考虑湖泊自身生态健康稳定的同时,结合湖泊兴利调节逆序递推计算,提出了一种控制性供水湖泊旱限水位计算方法,以洱海为例,验证了该方法的合理性。结果表明:通过设定旱限水位,在考虑湖泊最小生态需求的基础上,通过在干旱前期预留水量,可有效缓解干旱年份的湖泊周边地区的严重缺水情况;在设置旱限水位后,连旱最不利年份下洱海环湖供水缺水量减少1023万m^(3),引洱入宾农业灌溉用水减少1016万m^(3),环湖城市供水、引洱入宾灌溉严重缺水月数分别减少11、10个,低于最低生态水位月数减少15个。本研究为水旱灾害防御部门制定湖泊旱限水位、指导湖泊开展抗旱调度提供了一套通用算法,能够为干旱防御决策提供科学依据和技术支撑。

水网格局下流域生态流量保障调度研究——以永定河流域为例

水利部2022年起部署实施母亲河复苏行动,以生态流量和水量为保障目标,生态流量管理模式也转向以水量、流量和过程等多样化生态保障为目标的新模式。生态用水需求的多样化,对流域生态用水总量、水利工程调蓄能力提出了更高要求。在保证永定河流域防洪、供水安全前提下,充分发挥跨流域调水对流域生态流量的补偿作用,提出了水网格局下江河流域生态流量保障调度框架,包括生态流量保障目标确定、考虑跨流域调水的生态流量保障调度方案制定、考虑跨流域调水的生态流量保障调度方案执行3个方面,以永定河为例,分析了流域生态流量保障调度实践及效果,提出以贯通“调算—优化—优选”全过程的生态调度决策方法,构建以生态效益最优、补水效率最高、补水费用最小为调度目标的多目标生态流量优化调度模型,可为我国北方水资源短缺流域开展生态流量保障调度提供参考。

实施水资源刚性约束制度的智慧化管理需求探讨

建立水资源刚性约束制度是提升水资源节约集约利用水平的重要举措,实施水资源刚性约束制度需要加强数字赋能。从水资源刚性约束对象与内容、水资源刚性约束指标及目标、水资源刚性约束措施等方面,分析了实施水资源刚性约束制度的智慧化管理业务需求,提出建立由实体水资源、数字水资源、市场水资源构成的实施水资源刚性约束制度的智慧化管理体系,分析了智慧化管理体系赋能水资源刚性约束制度实施的路径。

基于DBSCAN-RF洪水分类的洪水预报应用研究

【目的】洪水分类预报能有效提高洪水预报准确性,为防灾减灾工作提供科学依据。【方法】针对分类因子和分类算法优选问题,以海河流域徒骇河宫家闸上游为例进行研究,(1)充分考虑产汇流影响因素与洪水特征,选取洪峰流量、洪水总量、时段洪量、洪水历时、起历时、落历时、峰度、偏度、涨水仰角、落水仰角、C_(s)、C_(v)、前3 d面雨量、前10 d面雨量、累计面雨量及最大面雨量等16维分类因子,使用主成分投影法(Principal Component Analysis,PCA)对分类因子降维提高计算效率;(2)基于密度聚类(Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise,DBSCAN)-随机森林(Random Forest,RF)算法进行洪水分类,减少对分类先验知识的依赖,提高了分类精度;(3)在徒骇河流域进行了方法应用,选择适用于半干旱半湿润地区的超渗-蓄满同时作用的产流模型及单位线汇流模型进行洪水分类预报研究,分别针对各类洪水进行模型率定。【结果】结果表明:轮廓系数为0.7015,表明DBSCAN算法聚类效果理想,基于RF算法的洪水分类准确率为91.67%,分类效果理想;经洪水分类预报,NSE系数均高于0.8,分类预报结果优于直接预报。【结论】结果说明:基于DBSCAN-RF洪水分类的洪水预报能较好地反映研究区域洪水演进过程,为研究区域洪水预报及防灾减灾工作提供依据。

Ⅳ型胶原蛋白A4在肾透明细胞癌中的表达及其与预后和免疫浸润的相关性分析

目的探究Ⅳ型胶原蛋白A4(collagen typeⅣalpha 4 chain,COL4A4)在肾透明细胞癌(clear cell renal cell carcinoma,ccRCC)中的表达及其与临床预后和免疫浸润的关系。方法利用癌症基因组图谱(The Cancer Genome Atlas,TCGA)和高通量基因表达(Gene Expression Omnibus,GEO)数据库分析COL4A4在ccRCC组织和癌旁正常组织中的表达差异。Western blot实验探究COL4A4在人ccRCC细胞株(786-O、OS-RC-2、Caki-1、SW839和RCC4)和人正常肾小管上皮细胞株HK-2中的表达差异。Kaplan-Meier曲线用于分析COL4A4表达与ccRCC患者的临床总生存期、无进展生存期和疾病特异性生存期的关系,并用受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线评价COL4A4对预测ccRCC发生的诊断价值。利用cBioPortal和COSMIC数据库分析COL4A4在ccRCC中的突变情况。采用STRING数据库构建COL4A4的蛋白互作(protein-protein interaction,PPI)网络。采用LinkedOmics数据库构建COL4A4的共表达基因网络。采用R软件进行基因本体(Gene Ontology,GO)功能富集分析和京都基因与基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)信号通路富集分析。基于TCGA数据的单样本基因集富集分析(single sample gene set enrichment analysis,ssGSEA)分析ccRCC中COL4A4表达与免疫浸润的相关性。结果TCGA和GEO数据库均显示,COL4A4在ccRCC组织中低表达(均P<0.05)。Western blot实验证实,COL4A4在ccRCC细胞株(786-O、OS-RC-2、Caki-1、SW839和RCC4)中均低表达(均P<0.05)。高表达COL4A4的患者具有更好的总生存期、无进展生存期和疾病特异性生存期(均P<0.01)。COL4A4是ccRCC患者的独立危险因素(HR=0.562,95%CI:0.352~0.898,P<0.05)。COSMIC数据库发现,COL4A4突变频率较低,在ccRCC中稳定表达。PPI网络显示,COL4A4与整合素家族密切相关。功能富集分析发现,COL4A4参与GTP酶活性调节、细胞核分裂、细胞周期转换、自噬和T细胞激活等生物学过程。信号通路富集分析提示,COL4A4主要参与沙门氏菌感染和细胞间的紧密连接。免疫浸润分析发现,COL4A4表达与调节性T细胞浸润呈负相关(r=-0.428,P<0.05)。结论COL4A4是ccRCC的潜在生物预后标志物和治疗靶点。

2018-2022年青海省主要湖泊蓄水量时空变化数据集

青海省是中国西北部重要的生态功能区,水资源总量丰富,但时空分布极不均匀,且由于气候、地理环境等因素的影响,大部分湖泊长期缺乏监测。而湖泊作为地表水水资源的重要载体,是研究气候变化和人类活动对水循环过程影响的重要指示器。国产高分一号、六号卫星宽幅相机空间分辨率为16 m,组网运行可实现2天重复观测,可以高频次获取地表水体面积;ICESat-2激光测高数据具备厘米级的测高精度,可以获取高精度的地表水体测高水位。本数据集基于GF-1/6WFV水体面积和ICESat-2测高水位构建青海省湖泊蓄水量遥感监测模型,通过遥感手段对青海省湖泊蓄水量进行时空变化监测。经验证,本数据集中湖泊蓄变量监测精度总体优于93%,满足湖泊蓄水量时空变化遥感监测需求。本数据集在时间尺度上涵盖2018-2022年,共计60期月度监测结果;空间尺度上覆盖了青海省面积大于30 km^(2)的33个湖泊,主要集中分布在青海省西部、北部、东南部,可为青海省湖泊、水文与气候变化过程监测、水资源动态评价、优化水资源管理与调度提供基础数据支撑。

基于Simulation的堆垛机启停金属结构分析

堆垛机是智能立体仓储中的核心设备,其运行机构在启停时,由于其自身高度较高,加之立柱上方连接的上横梁组件及立柱间的载货台组件在运行机构启停时惯性力的双重影响下,会产生不同程度的挠度变形,针对双立柱堆垛机进行分析,文中利用Simulation插件对堆垛机金属结构模型进行应力分析,得出金属结构的应力应变的分析结果。

数字孪生流域的基础模型、演化路径与评判准则

从数字孪生流域的底层构建逻辑、发展演化路径、成熟度评判准则等方面,将数字孪生理论技术与流域治理管理相结合开展了如下研究:①提出了由物理流域、虚拟流域、实时连接交互、数字赋能服务、孪生流域数据和孪生流域知识组成的数字孪生流域基础模型;②研究了数字孪生流域演化路径,包括流域数字感知、流域数字映射、流域数字认知、流域数字模型、流域数字投影、流域数字孪生;③研究了数字孪生流域评判准则,包括要素能透彻感知、映射能高度逼真、状态能精准预测、推演能拟实假设、现象能合理解释、虚实能动态交互;④提出了数字孪生流域建设应关注的重点。研究成果可为推动数字孪生流域(水网、水利工程、灌区)的科学建设、有序运行和健康发展提供指导和借鉴。

全球变化背景下特大干旱综合应对研究框架

全球变化背景下特大干旱综合应对研究是国家重大实践需求和科技前沿课题。大范围、长历时、高强度特大干旱具有“点面监测难协同、发展态势难预报、旱情程度难诊断、供需调控难兼顾”等防控难点。本研究提出特大干旱防控应对的三大关键科学问题,在“理论研究-技术开发-装备研制”的总体思路下,未来应以多技术融合为手段,在现有干旱防御技术体系基础上,进一步系统揭示特大干旱形成演变机理,创新特大干旱下供需双向调控机制,创建具有自主知识产权的特大干旱“监测预警-诊断评估-调控应对”成套理论技术体系和系统装备,在特大干旱全景监测、精确预报、精准诊断和智慧调控方面实现技术突破,更好地支撑干旱预报、预警、预演、预案“四预”措施推进和落实,为我国特大干旱应对实践提供科技支撑。

以数字孪生水利为核心的智慧水利标准体系研究

标准是引领和支撑智慧水利规划设计、建设运行、迭代升级的重要抓手。在分析智慧水利概念达成共识、数字孪生水利研究与实施、智慧水利业务应用保障等智慧水利标准需求的基础上,设计了智慧水利标准体系形成的基本原则,分析了水利部提出智慧水利框架的演变过程,提出了一套由基础共性标准、信息化基础设施标准、数字孪生平台标准、业务应用标准、网络安全标准、建设与运行标准等构成的以数字孪生水利为核心的智慧水利标准体系,最后展望了智慧水利标准发展路径。期望本文建立的标准体系能够为我国智慧水利标准的系统研究、全面推进和科学制定提供参考,同时为智慧水利科学规范建设和健康有序发展提供支撑。

变化环境下海河流域天然河川径流丰枯概率演变规律

海河流域天然河川径流持续衰减,水文丰枯情势显著变化,亟需研究适用于非一致性水文序列的丰枯概率计算方法。基于标准化径流指数、GAMLSS模型等方法,提出一种不同等级丰枯水事件期望发生次数和期望等待时间的计算方法,研究变化环境下海河流域天然河川径流丰枯概率的演变规律。结果表明:(1)径流丰枯概率呈现出显著的枯增丰减趋势;(2)同传统的一致性分布等多类概率分布相比,以时间t为协变量的LOGNO分布拟合流域径流系列的效果最优,且基于该分布计算的期望发生次数更接近于历史实际;(3)非一致性最优模型不同情景条件下计算的流域极端枯水和极端丰水事件的期望等待时间分别为4.9~9.4 a、14.5~36.0 a,说明海河流域近期发生极端枯水的概率远大于极端丰水。

水资源管控分区方法及在安徽省的应用实践

我国生态文明建设和高质量发展面临水资源短缺的严峻挑战和重大制约,对水资源管理提出了更高要求。为建立健全水资源刚性约束制度,从严从细管好水资源,提出了一种水资源管控分区方法和划分标准,以安徽省为例进行了应用实践,并对可能影响分区结果的情况进行了讨论分析。研究成果可为严格水资源管控提供方法支撑和借鉴参考。

基于宽浅式破坏原则的水库旱限水位优化方法

针对旱限水位计算过程中干旱期需水多采用经验性调整系数确定存在主观性较强、合理性不足等问题,基于宽浅式破坏原则,以枯水年内月缺水率均值及其标准差最小为目标优化干旱期分行业需水,提出了水库旱限水位优化方法。以汾河水库与汾河二库为例进行优化效果分析,验证方法的合理性和可行性,结果表明:以优化后的旱限水位指导水库调度,可降低枯水年内的月缺水率均值及标准差;以50%作为严重缺水率阈值,优化后的旱限水位能够有效降低严重缺水月数;在连枯水年内,优化后旱限水位控制水库调度效果明显优于未优化的旱限水位,优化后旱限水位能够降低严重缺水情况的发生频率,符合枯水年内宽浅式破坏要求;旱限水位的设置保障了枯水年内各行业的用水安全,可减少极端缺水情况的发生,为旱灾防御指挥决策提供依据。

国家智慧水网建设思路与对策——基于数字化转型与国产化自主双轮驱动的视角

为将新一代信息技术与水网工程全生命周期管控相结合,分析国家智慧水网建设面临的机遇与挑战,设计国家智慧水网发展目标和建设路径,提出国家智慧水网建设的总体方向、基本思路和技术对策,统筹数字化发展与网络安全底线。在国家水网工程建设已上升为国家战略的大背景下,构建国家智慧水网体系对于提升水网工程的数字化、网络化和智能化水平具有重要意义。

基于生物信息学分析KIF14在肾透明细胞癌的表达、功能及临床意义

目的探究驱动蛋白家族成员14(KIF14)在肾透明细胞癌(ccRCC)中的表达及其与临床预后、免疫浸润的关系。方法运用TCGA、GEO数据库和Ualcan数据库分析KIF14在ccRCC的表达与不同临床病理特征之间的相关性;Kaplan-Meier曲线分析KIF14表达与临床预后的相关性;Timer数据库分析KIF14表达与免疫细胞浸润的相关性;Genemania数据库构建KIF14蛋白相互作用网络;Linkedomics数据库分析与KIF14表达相关的基因并使用R语言进行GO和KEGG分析。体外功能学试验验证KIF14的生物学功能。结果KIF14在ccRCC中高表达并与临床分期、病理分级以及淋巴转移呈正相关,与患者的预后负相关,KIF14的表达是ccRCC患者总生存期的独立危险因素。GO分析提示KIF14参与了DNA复制,细胞核分裂,细胞器裂变,以及细胞粘附等生物学过程。KEGG信号通路提示KIF14参与了细胞周期,p53信号通路等过程。Genemania提示KIF14主要与CENPE、CIT、KIF23等蛋白存在相互作用。Timer发现KIF14的表达与免疫细胞浸润呈正相关。敲低KIF14表达可以抑制ccRCC细胞的增殖、迁移和侵袭潜能。结论KIF14可能成为肾透明细胞癌新的预后标志物和潜在的临床治疗靶点。

数字孪生流域:未来流域治理管理的新基建新范式

数字孪生流域是数字孪生地球的重要组成部分,厘清数字孪生流域理论定义和内涵是研究和建设数字孪生流域的前提和基础,对流域智慧化治理管理具有重要意义。本文基于数字孪生理论技术,开展了以下研究:(1)给出了数字孪生流域的定义,认为数字孪生流域是以服务流域全生命周期管理的全量数据和领域知识驱动物理流域和虚拟流域交互映射、共智进化、虚实融合的新基建新范式,并辨析了与传统建模仿真的区别。(2)数字孪生流域内涵是通过“由实入虚”、“以虚映实”和“由虚控实”实现物理流域对象的全生命周期管控,特征包括高度保真、演化自治、实时同步、闭环互动和共生进化。(3)数字孪生流域基本模型由物理流域、虚拟流域、实时连接交互、数字赋能服务、孪生流域数据和孪生流域知识组成,其核心能力包括物理流域感知操控、全要素数字化表达、实景可视动态呈现、流域数据融合供给、流域知识融合供给、流域模拟仿真推演及孪生自主学习优化。(4)提出数字孪生流域要解决的关键科学问题和关键技术体系,并从感知网、数据网、知识网、模型网及服务网展望了数字孪生流域发展方向,阐述了数字孪生流域的赋能领域。本文旨在通过数字孪生流域理论新型研究范式为数字孪生流域技术应用落地提供理论指导,对未来智慧流域研究和数字技术在流域治理管理中的应用提供有益的启发与借鉴。

智慧水利解析

智慧水利是水利高质量发展的显著标志,是运用大数据、人工智能、物联网、云计算、移动互联等新一代信息通信技术,基于自然水系、水利工程体系和水利管理体系,智慧地将适量适质的水适时送到适地,为实现长久水安澜、优质水资源、宜居水环境、健康水生态提供支撑。智慧水利包括目标、对象、时空、技术、价值、成效等六个维度的内涵。目标维度包括问题识别与目标制订,对象维度包括服务主体与水利业务,时空维度包括监控环节与决策过程,技术维度包括赋能体系与核心技术,价值维度包括概念模型与推进路径,成效维度包括功能表征与建设愿景。在智慧水利建设中,数据是基础,要高度重视水利数据的收集、开放和共享;信息是关键,要高度重视监测数据的信息提取和分析;知识是核心,要加强水利知识的挖掘、提升和知识的积累;智能和智慧是目的,要重视人工智能的使用和标准化管理体系的构建。

水利综合知识图谱构建研究

基于对水利知识特点的分析,提出了水利综合知识体系的描述方法,包括水利知识的定义、组成与关联;构建了水利知识图谱的构建框架和关键技术体系,以水利行业结构化业务数据的实体关系转换为基础,采用双向长短期记忆神经网络(Bi-directional Long Shot-Term Memory Neural Network,BiLSTM)与条件随机场(Conditional Random Fields,CRF)方法识别半结构化、非结构化学科知识文本以及互联网数据中的水利实体,使用模式匹配和共现网络分析方法抽取各实体间关系,对涉水对象及其属性进行补充,基于风险最小化的最小风险映射模型(Risk Minimization based Ontology Mapping,RiMOM)进行了多源异构水利实体的融合,实现了涉水对象与水利学科知识的融合与关联,形成水利综合知识的建模和表达。在图谱构建过程中,累计抽取水利实体136万个,构建实体关系300余万条,抽取的水利实体对象的标注准确率在80%以上。基于该图谱可实现水利知识的跨域查询与检索,学科图谱与水网图谱间关系查询,挖掘不同水利实体间的隐含关系,提高水利知识检索的效率和知识挖掘发现的能力。