长江流域再分析与卫星反演降水数据的适用性分析

为评估再分析和卫星反演降水数据在长江流域的适用性,以气象站点观测数据为地面参考,采用相关系数、均方根误差、相对偏差、命中率、误报率、关键成功率等评价指标,在日尺度上比较了再分析降水数据ERA5-Land和卫星反演降水数据IMERG-Final在长江流域的适用性。结果表明:相比IMERG-Final,ERA5-Land在长江上游高原地形区的适用性较差,主要表现为对降水强度的严重高估及较高的误报率;在长江中下游地区,ERA5-Land和IMERG-Final具有各自的优势和缺点,虽然ERA5-Land对降水事件的综合捕捉能力总体上强于IMERG-Final,但其对降水强度的模拟能力弱于IMERG-Final;在冬季ERA5-Land对降水事件的探测能力显著强于IMERG-Final,且与地面气象站点观测值的相关程度也高于IMERG-Final;IMERG-Final在夏季的精度则远高于ERA5-Land,表明在降水强度高的季节,卫星反演方法对降水的估算比气象模式再分析方法更加可靠。

洪水期间水文监测数据精准分析方法研究

本文旨在研究洪水期间水文监测数据的精准分析方法,以河南省南阳水文水资源测报分中心为实例,通过数据预处理、特征提取、洪水预测与预警等技术手段,构建了一套科学的数据分析流程。采用数据清洗、融合、标准化及质量控制等预处理技术,结合基于机器学习和深度学习的预测模型,以及时间序列分析和空间插值方法,实现对洪水过程的精准模拟和预测。结果 表明,本文提出的方法能够显著提高洪水预测的准确性,为防洪减灾提供科学依据。通过实际应用验证,证明了该方法的可靠性和有效性。

多级趋近反馈式可闻声波水位计设计分析

针对高密度水位监测的水利工程资金有限、工况复杂等难点,文章利用可闻一维声波能量大、衰减少且可均匀地沿管道传播等特性,设计了一种多级趋近反馈式可闻声波水位计。在垂直高度10m的范围内得到优于5mm的测量误差。解决了传统水位计存在的安装繁琐,测量精度易受温度漂移等问题,使水位监测达到“精确、可靠、安装简易”的要求。提出了创新性的声波激励方式,实时声速测量方法,异常回波的识别机制,渡越时间的线性拟合求解等算法。

遥感技术在水文水资源勘测中的应用研究

现代科学技术快速发展形势下,多种新兴技术被研发出来并应用到多领域中,有效推动了各行各业发展。水文水资源勘查需要获取区域范围内的水文地理信息,涉及诸多内容,为能够快速获取全面、准确的信息数据,了解水文水资源的具体情况,为后续生态环境治理与保护提供可靠依据,还应加大对先进勘测技术的研究与应用力度。本文首先分析了水文水资源勘测中遥感技术的应用需求与优势,并探究了该技术在多方面勘测中的实践应用,以期为提升遥感技术应用水平提供参考。

沂沭泗流量在线测验系统设计与实现

为统一展示沂沭泗流域直管流量站实时水文监测数据,沂沭泗局水文局(信息中心)采用Java语言,开发了沂沭泗流量在线监测系统,系统支持雷达波法、V-ADCP法、H-ADCP法等各类测流方法设备数据接入,具备采集数据和设备信息查询、监测数据分析、测流参数和设备参数的设置更新、成果输出和远程招测等功能,实现了沂沭泗流域直管流量在线监测的统一应用管理,有利于流域水文水资源业务应用开展,助推流域水利信息化建设。

面向视频测流的亚网格变分优化光流估计算法

本文在变分光流模型的基础上提出基于亚网格尺度的优化算法,用于描述图像序列中的复杂流体流动并估计其二维速度场。为解决基于网格尺度下变分光流估计中亚网格小尺度结构信息缺失的问题,结合不可压缩流体物理运动规律,引入大涡模拟的思想,在变分模型数据项中将瞬时运动分解为一个大尺度运动项和一个小尺度湍流项,并采用Smagorinsky模型求解小尺度湍流项。相比于传统的Farneback稠密光流算法,改进后的亚网格尺度变分光流算法(Subgrid scale Horn-Schunck optical flow,SGS-HS)在湍流图像序列的速度场估计中结果更优。为使SGS-HS算法同样能胜任于明渠流速测量任务,在模型的正则项方面选择使用速度梯度约束,以提高在明渠流场流向相对一致的情况下SGS-HS算法在测速实验中的精度。实验结果表明,相比于传统算法,SGS-HS算法在明渠测速方面具有较好表现。

基于深度学习的双目视觉水位监测方法

利用双目相机采集3D点云数据,通过多次连续测量不断增补水面空间数据;利用基于Transformer架构的深度学习模型过滤弱化噪点,强化特征纹理,通过对点云数据进行加权处理得到监测水位,该方法无需安装标尺和现场标定,不需额外结构光发射装置,减少了场景限制,降低了功耗和成本。试验结果表明,该方法可以消除水面波纹和漂浮物等的干扰,水位监测最大误差为0.8 cm,系统不确定度、随机不确定度、综合不确定度指标均小于1 cm,可满足智慧水利感知网部署场景复杂的要求。

极端生态环境水循环关键参量监测技术研究现状与进展

针对高寒和干旱极端生态环境水循环变化对国家生态安全的重要性,需要开展水循环关键参量监测设备与技术研究。本文重点围绕水循环关键参量野外原位/移动/非接触式、自动、稳定监测等技术难点,开展了一系列监测生态系统水-土-气-冰-雪的关键参量的新技术设备研究。通过构建基于物联网的天地一体化生态系统监测体系,打破行业技术壁垒,促进工程技术、地质学、计算机科学等不同领域的跨学科合作,共同开展极端生态环境水循环关键参量监测技术研究与创新,并将实现对重要生态功能区的大范围、全天候、立体化监测,对推进我国生态文明建设具有重要支撑作用,促进并实现我国生态监测技术的综合应用和发展。

基于能坡法的自压滴灌工程管径计算

为了建立自压滴灌工程管网管径计算方法。文章根据自压滴灌工程布置特点和滴灌技术要求,以总干管、干管提供灌水小区工作压力,分干管保证每一个灌水小区进口压力相同,支管保证灌水小区内滴头灌水均匀度达到90%以上的设计计算思路,推导了自压滴灌工程输配水三级管网的计算公式,并进行了实例计算。结果表明,管网节点压力均满足自压滴灌工程工作要求,管网节点压力分配较为合理,适应性较好。该方法为自压滴灌工程管径设计计算提供了理论依据,拓宽了自压滴灌工程管径计算思路,可为自压滴灌工程设计提供理论和技术支撑。

基层水文单位安全生产管理机制探索研究

水文作为水旱灾害防御的尖兵和耳目,在防洪等自然灾害中发挥着极其重要的作用,而安全生产则是保障水文测验顺利开展的前提。由此,安全生产重要性不言而喻。本文以盐城水文局安全生产管理工作实践经验为基础,分析当前水文基层单位安全生产管理存在的问题,以期为做好基层单位安全生产管理工作提出建议,为水文安全生产工作实现安全监管信息化、标准化提供研究方向。

基于GNSS三维水道观测技术的水深测量

为了探究GNSS三维水道观测技术在长江中游及汉江中下游水深测量精度问题,基于国内外目前水深测量研究现状,阐述了传统验潮模式与GNSS三维水道观测模式两种水深测量基本原理,通过Hypack软件获取GNSS动态测高数据,对试验区内两种模式下水深测量数据的精度进行了详细分析。结果表明:测区内分段高程转换模型精度与GNSS定位精度均为良好。GNSS三维水道观测数据与验潮数据相比,水位互差小于0.1 m的测点占比大于95%,满足相关行业规范要求,证明GNSS三维水道观测技术在长江中游及汉江中下游河段具备一定可靠性和精确性,可进一步推广应用。

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。

1960—2020年青藏高原东部主要河流的径流和泥沙变化特征

青藏高原作为“亚洲水塔”,对下游地区用水具有重要作用,在气候变化和人类活动影响下,河流的径流和输沙量已发生显著变化。选取青藏高原东部的黄河、长江、澜沧江、怒江和雅鲁藏布江五大河流源区,利用站点实测数据和Pettitt突变点检验、线性回归等统计方法,系统性地分析了1960—2020年间(近60 a)径流和泥沙的年际和季节性变化特征。主要结论为:①近60 a来,长江和怒江流域的年径流显著上升,其余流域变化不显著,径流变化存在较强的空间变异性,在2006年左右存在突变点,大部分站点的年径流在此后的十几年中均呈上升趋势;年输沙量方面,长江流域呈不显著上升,黄河、澜沧江、雅鲁藏布江流域均呈不显著下降,年际变化趋势与径流变化总体一致,但变异性更大。②对于60 a尺度的季节径流,上游站点冬、春季径流均呈增加趋势,所有站点夏、秋季径流的变化趋势与年径流总体一致,且夏季径流在空间分布上存在“北增南减”的特征。③澜沧江下游的水电梯级开发已经对下游天然径流过程产生干扰,主要表现为径流年内分布的突变,季节差异显著减小,趋于均匀化。以上结论深化了对青藏高原径流和泥沙变化特征的认识,可为开展径流趋势预估和水资源规划等提供科学参考。

基于遥感指数与深度学习的黄河冰凌遥感监测识别分析

黄河流域特殊的地理位置和环境因素造就了其复杂的凌情特征,及时准确掌握凌汛期间冰凌变化规律与特点是凌汛监测防治的关键任务。卫星遥感可实现黄河冰凌的大范围快速提取,目前常用的方法有遥感指数与深度学习两类,为验证和对比不同方法对黄河冰凌遥感监测识别的有效性,基于Sentinel-2遥感数据,利用归一化积雪指数及其改进形式和U^(2)-Net等三种方法对2023年黄河宁蒙段冰凌进行遥感提取。结果表明:NDSI、MNDSI、U^(2)-Net三种方法的结果分类精度分别为83.42%、87.98%和92.01%;Kappa系数分别为0.88、0.90和0.97;三种方法均对冰凌有较好的提取效果,但指数法对于流凌、清沟等其他类型的识别效果较差,浅滩处提取的边界较为杂乱,U^(2)-Net可以精确区分出清沟,提取冰凌边界的效果更好。

温度对投入式水位计测量精度的影响研究

小沙湾水厂是黄河地表水给水工程的重要组成部分,是准能集团的重要水源地,而精准的水位数据对泵站取水工作有较大的影响。以浮子式水位计示值为参照,设计了投入式水位计示值的对比试验,对影响传感器精度的主要因素之一温度进行了研究,总结了温度与示值误差之间的关系。结果发现,在10~18℃时,水温对传感器精度影响很小;在18~25℃时,水温越高传感器精度越低;在26~30℃时,传感器精度随温度升高而升高。

“黄河水沙监测数据分析”的问题解析

给出2023年“高教社杯”全国大学生数学建模竞赛E题“黄河水沙监测数据分析问题”的求解方法,从时间和空间上给出了监测的优化方案,并针对在参赛论文中学生出现的问题作了简要的说明与点评.

基于随机森林模型的GRACE数据3种空间降尺度对比

陆地水储量是赋存在陆地上各种形式水的综合体现,研究其时空变化对认识区域水循环过程和水资源调控等具有重要意义。然而现有陆地水储量变化数据实际分辨率较低,限制了其在中小流域或地区中的应用。针对这一问题,本文基于GRACE重力卫星和其后续卫星GRACE-FO反演的陆地水储量变化数据,首先采用随机森林模型,分别基于格点、区域(流域)和区域(全国)3种空间降尺度思路将GRACE数据降尺度至0.25°×0.25°,后结合GLDAS模型数据,基于水量平衡原理计算得到地下水储量变化数据,最后基于降尺度模型模拟效果和实测地下水位数据评估3种降尺度思路在全国的适用性。结果表明:随机森林模型能够较好地模拟驱动数据(降水、气温、植被条件指数和土壤水储量)与GRACE数据的统计关系,验证期格点降尺度思路的平均相关系数总体在0.6左右,区域降尺度思路的平均纳什效率系数、相关系数和均方根误差分别>0.5、>0.75和<6.6 cm,3种空间降尺度思路的模拟精度均满足基本要求;2003—2021年间,GRACE数据、格点降尺度、区域降尺度(流域)和区域降尺度(全国)得到的我国陆地水储量亏缺量分别约为119.5×10^(8)、62.4×10^(8)、121.1×10^(8)和121.8×10^(8)m^(3)/a,地下水储量亏缺量分别约为230.0×10^(8)、171.8×10^(8)、235.6×10^(8)和236.4×10^(8)m^(3)/a,受制于样本数较少等原因,格点降尺度结果精度较差;两种区域降尺度思路得到的水储量变化速率均和原始GRACE数据基本一致,模拟结果均优于格点降尺度,且细化到流域的区域降尺度对地下水储量变化验证精度有一定的改善。区域降尺度具有适用性强、模拟精度高、计算效率高的优势,研究结果可为流域水资源可持续利用以及水资源规划等提供精细化的水储量变化数据。

查干湖区域土地利用现状及水体面积变化分析

利用2000—2022年的MODIS数据、2022年的高分一号(GF-1)卫星数据,采用目视解译的方法提取了吉林省查干湖区域土地利用现状及水体面积数据,对2000年以来水体面积变化规律及气象影响因素进行分析。结果表明:查干湖区域内湖泡较多,周边多以农田和草原植被为主,生态系统类型多样;查干湖水体面积年际变化呈增加趋势,空间上表现出向北部推进的趋势;气候变化对水体面积变化的影响较大,特别是降水、湿润状况的影响较为显著;人类活动对生态环境的不利影响进一步减缓。

基于CNN-OBIA的黄河源区水体提取及时空变化

准确识别水体信息是分析地表水时空动态变化的重要技术手段。针对目前各种长时序水体信息提取方法精度低的问题,基于Landsat遥感影像,选用1986~2022年5484景黄河源区遥感影像,分别运用卷积神经网络结合面向对象(CNN-OBIA)和多指数水体检测规则(MIWDR)两种方法提取了黄河源区的地表水体,并对两种方法的提取精度进行了对比分析。在此基础上,探究了1986~2022年黄河源区水体信息的时空变化特征,并对其主要气候因素进行相关分析。结果表明:①CNN-OBIA的总体精度和Kappa系数分别为96.78%和0.93,MIWDR的总体精度和Kappa系数分别为94.28%和0.88,总体而言,CNN-OBIA的提取精度高于MIWDR方法。CNN-OBIA的提取结果可以很好地保持水体边界完整性和有效去除山体阴影,可以较好地对细小河流进行提取。②研究区水体总面积呈现出先减少(1986~2001年)后增加(2001~2022年)的变化趋势。③相关性分析表明,降水和气温与水体面积的变化均表现出显著正相关。

生态流量监测系统的区块链框架设计及管理模块实现

河湖生态流量保障工作是全面推行河湖长制、实行最严格水资源管理制度的重要内容,确保生态流量监测数据在多部门流转过程中的可信与安全共享尤其重要。针对生态流量监测数据应用和共享的多样化、差异化、动态化需求,结合区块链技术的优点,在生态流量监测系统中引入Hyperledger Fabric平台的可插拔式区块链组件,构建了包含基础系统层、区块链中枢层、区块链服务支撑层、业务应用层的四层联盟链系统架构,围绕链上数据的可信安全共享及溯源需求,设计实现了区块链系统用户管理、数据及文件操作、区块链浏览三个功能模块,开发了区块链信息查看功能页面并集成至水库水情测报系统中。可插拔式区块链支撑组件的引入,便于对已建信息化平台进行区块链技术改造,能有效降低开发成本和周期及运维成本。该研究是区块链技术在水资源监管领域的初步探索,可为提升水资源管理能力提供新的技术思路与方案。