陕西省月用水量预测方法研究

基于国家水资源管理信息系统的月用水量数据分析,选用ARIMA模型、BP神经网络模型以及经过遗传算法(GA)优化的BP神经网络模型(GA-BP神经网络模型)进行月用水量模拟。在构建BP神经网络模型过程中,通过多源社会经济数据的整合与分析,采用平均影响值算法(MIV)和皮尔逊相关系数联合方法筛选月用水量的关键影响因子。研究结果表明,三种模型在陕西省月用水量预测中均表现出较高的精度,其中GA-BP神经网络模型的预测精度最高。为进一步验证影响因子对模拟结果的影响,采用不同方法筛选影响因子作为GA-BP神经网络模型的输入,模拟结果表明,MIV和皮尔逊相关系数联合方法提高了影响因子的选取精度,能够有效提升GA-BP神经网络模型的模拟性能。

牧区水资源可持续利用研究

在分析以水为基础的草地畜牧业经济生态系统的基础上,应用系统工程理论,提出了牧区水资源可持续利用优化决策模型.以内蒙古有代表意义的荒漠草原区———鄂托克前旗为例,完成了人工种植冷季补饲型和暖季放牧冷季舍饲型两个方案的区域性优化决策,并提出了发展家庭畜牧业的优化模式.

基于联系数的区域水资源承载力诊断指标组合预测研究

为提高区域水资源承载力诊断指标预测结果的精度和稳定性,在建立区域水资源承载力诊断指标预测的BP神经网络、多元线性回归和支持向量机模型(SVM)的基础上,建立了基于联系数的区域水资源承载力诊断指标组合预测模型(CFCN)。通过对区域水资源承载力水量要素能力表征指标的预测分析,结果表明,CFCN的预测平均误差最小(0.27%)、预测精度最高、稳定性最好,CFCN综合了BP神经网络、多元线性回归和支持向量机这3种预测方法的优势,克服了在区域可利用水量预测中BP神经网络外延性差、多元线性回归模型预测精度低、支持向量机拟合效果差的缺点,预测精度较单一的预测模型有显著提高。上述组合预测方法可为区域水资源承载力诊断指标预测提供有效的方法和技术支持。

洪水资源利用风险效益量化研究

结合洪水资源利用的风险因素，对水库汛限水位调整后的洪水资源利用风险效益进行量化研究。汛限水位是涉及水库防洪风险和兴利效益的关键水位。汛限水位调整后，可得到每个汛限水位对应的风险率，并将水库因水位调整而产生的增蓄水量按比例分配，综合考虑工业、农业、生活、生态4个方面的风险效益，采用c—D生产函数、分摊系数法、能值水价法和能值理论，分别对这4种效益进行量化。以连云港市石梁河水库为例，计算了各汛限水位对应的风险率和效益值，并根据汛限水位、风险率、风险效益之间的关系，在考虑风险最小且效益最大的前提下，得到石梁河水库汛限水位合理的控制范围为23．9～24．9m。

海绵城市建设中雨水资源利用潜力评价研究

对雨水进行吸纳和利用是海绵城市建设的初衷。以雨水资源为研究对象,构建了基于雨水资源化条件、雨水资源化可实施程度、区域生态环境状况、经济可行性与综合雨水需求率的海绵城市建设中雨水资源利用潜力评价体系,利用层次分析法与模糊综合评价法对海绵城市建设中雨水资源的利用潜力进行评价。以浙江省临海市海绵城市建设试点区为例,通过综合径流系数法计算出,该地区在实施海绵城市建设后可增加雨水资源利用量28. 46×10~4m^3;通过运用评价体系对该区域雨水资源的利用潜力进行评价。评价结果表明:该区域雨水资源利用潜力为Ⅰ级,雨水资源利用潜力大,即雨水资源丰富且可实施条件充裕。这与综合径流系数法计算出来的结果有较好的一致性,说明评价体系具有一定的合理性。从而为其他开展雨水利用工作的区域提供了基础的评价方法和理论支撑,具有一定的工程意义。

基于量质一体化的多目标水资源优化双层配置研究

为化解水质型缺水危机,改善水生态环境,构建了多目标水资源量质一体化配置模型,基于系统分解协调理论创建“以供限配,按需分质,由质定供”的水质水量双层配置模型:在用户层利用多目标函数和模拟退火算法规划不同频率下四类用水户的需水方案,在水源层采用线性目标规划算法根据各方案用水需求分配优质水、一般水及其各水源的供水量,根据目标效益,得到不同情形下3种供水方案,①在特枯年生态型方案生态效益超出经济型方案约为1;②经济型方案相对生态型方案经济效益提高0.63;③均衡型方案总效益值超出其余方案0.23、0.78。本文探索了在水资源优化配置体系中的分质供水规划及综合效益评估,为生态文明背景下区域水资源绿色发展提供参考。

黄河中游干旱半干旱区水文模型研究进展

黄河中游干旱半干旱地区水文预报是水文工作者关注的焦点和难题之一,而流域水文模型又是解决该问题的有效工具和关键所在。在回顾该地区产汇流特性、水文模型发展及应用情况的基础上,总结了已有水文模型存在的问题和研究不足,指出黄河中游水文模型研制的难点主要在于降雨输入精度不高以及人类活动对水文过程的强烈干扰。基于目前水文自动测报系统的应用及水文大数据的兴起,展望黄河中游干旱半干旱地区水文模型研究的可能途径:1开展遥测系统支持下的精细化物理模型研制,包括点到面上的产汇流模式、参数时空尺度等;2从务实角度出发,利用水文大数据挖掘技术开展汛期中大洪水洪峰、洪量的预报研究。

基于CNN-LSTM-Attention的月生活需水预测研究

需水预测是进行水资源配置的重要部分,对于水资源合理开发利用和社会可持续发展有重要指导意义.本文以陕西省为研究区,结合大数据分析法,提出一种基于CNN-LSTM-Attention的月生活需水预测模型.首先,通过卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)提取数据动态变化特征,然后利用长短期记忆(long short-term memory,LSTM)网络对提取的特征进行学习训练,最后使用注意力(attention)机制分配LSTM隐含层不同权重,预测月生活需水量并对比实际数据.结果表明,CNN-LSTM-Attention模型的相对平均误差值和决定系数(R2)分别为2.54%、0.95,满足预测精度需求,相比于LSTM模型预测精度更高.进一步证明了模型预测的合理性,可为陕西省水资源规划提供指导.

洪潮影响下潭江流域安全行洪阈值研究

为研究洪潮叠加影响下潭江流域下游感潮河段河道洪水演进动态与行洪能力,构建了一维水动力模型,通过多组洪潮组合工况模拟计算,量化了不同潮位、控制水位、持续泄流时间下潭江流域控制性节点安全行洪阈值以及涨落潮情形下的行洪能力,揭示了洪潮影响下潭江流域水文变化规律,并结合随机森林模型,绘制了高精度安全行洪阈值图谱。结果表明:以潮动力为主的潭江流域下游感潮河段,干流水位主要受下游潮位影响,高潮位的洪潮顶托效应更为强烈,安全行洪阈值受潮位和泄流时间影响;落潮时段行洪能力较涨潮时段明显增强,且落潮时段行洪能力与控制断面水位基本呈线性变化。

长江南京段河势分析系统开发研究

长江南京河段河势分析系统从多个方面进行了算法和功能的研究和实现,包括剖面分析、冲淤分析、坡比分析、深泓分析、抛区设计等,重点研究了防汛应急抢险过程中快速进行河势分析的技术。结合地理信息系统(GIS)技术进行算法研究和系统开发,充分利用了GIS技术的空间分析功能和属性管理优势,可以满足相关部门对河势分析及应急抢险的要求。

滨海平原区可能最大洪水计算研究

平原河网区受城市区域空间交错、河湖蓄滞洪区联通、水利工程密布等因素的影响,瞬时单位线、经验公式等传统方法推及可能最大洪水(PMF)存在很大的局限性。为弥补传统方法在平原河网地区的适用性问题,尝试使用水动力洪水演进模型法,并综合考虑水库溃坝、可能最大降雨(PMP)、海洋风暴潮等不同叠加因素的影响,选取典型区域(江苏省连云港市西陬山地区某厂址附近区域)研究多种组合条件下平原河网区域的洪水演进过程,及在特定区域内产生的可能最大洪水,以期为平原河网地区可能最大洪水位的推求及工程设计提供参考。

水文等值线图特征要素提取研究

阐述了特征要素对水文等值线图网格化的重要性。通过比较分析两种经典的数学形态学骨架提取算法的应用效果,认为最大数字圆盘定义的骨架更接近于水文等值线图的特征要素分布。针对由最大数字圆盘算法得到的骨架线存在的一些不足,对其作消噪、粘合和细化等进一步改进处理。对相关结构元素的形状和大小给出建议。

水文山流域土壤水δ18O空间分布异质性研究

流域非饱和带和土壤层的空间异质性是构成水文过程非线性的主要根源,也是水文实验研究中的薄弱环节,特别是其空间分布,传统研究集中于等值线类型的定性描述。研究通过实验流域土壤水δ18O这一非饱和带的主要空间变量,结合传统统计和地统计方法分析不同深度土层δ18O的变化机制和分布空间的分布变异情况,为地统计学方法对水文参数空间变异定量的应用提供数据基础。研究结果显示:15 cm土层土壤水δ18O半方差函数空间模型从纯金模型到高斯和指数模型,再回到纯块金模型,变化剧烈。通过蒸发分馏估算其蒸发强度,得到45cm土层最强(11%),且有关离散性质的极差、标准差和偏度差绝对值也都以45cm土层为最大。说明了在这非饱和带过程中,起关键作用的不是所想象的表面土层,而是中部土层,在水文山实验流域则是地面下的45cm土层;45cm土层的δ18O符合高斯模型和指数模型,且高斯模型中块金与基台值之比C0/(C0+C1)接近于零,说明在下渗、蒸发、迁移以及和土壤中原有δ18O融合后,形成更强的空间自相关性。80cm深度参与"混合"机制的是46d前降雨的"老水",其δ18O的空间自相关性变化则呈现明显滞后性,48 h后才呈现出空间的相关性。可见,经典统计学点参数变量和地统计学区域化变量方法在流域水文参数空间定量方面的有效性,同时在流域水文机制方面出现有意外的、特别是与传统概念相悖的现象。

地表水资源可利用量计算原则

水资源可利用量为水资源合理开发利用的最大可利用阈值．研究水资源可利用量可以为充分利用当地水资源、进行水资源开发利用潜力分析及水资源承载能力研究提供基础依据,为水资源的科学管理、合理配置、高效利用和节约保护提供决策条件,从而实现水资源可持续利用和社会经济的可持续发展．文中从讨论地表水资源可利用量的概念出发,着重研究分析了地表水资源可利用量的特征和计算原则,并阐述了研究地表水资源可利用量的意义．

辽河河道最小生态流量研究

在维持河流水体生存的临界条件和河道断面形态特性的基础上,对最小生态流量的内涵和意义、计算方法以及临界点的成因进行分析.选取辽河不同河道的控制断面,从生态需水最基本的层次即水量的角度出发,计算河道的最小生态流量百分率,并分析其特点,初步建立了辽河河道最小生态流量控制标准.

国内外关于气候变化对水的影响的研究进展

简要介绍了由WMO、UNESCO、UNDP和IAHS等一些国际组织发起并推动开展的气候变化国际合作研究计划和我国自20世纪90年代以来先后开展实施的国家科技攻关计划等重大气候变化研究项目的基本情况。综述了气候变化的事实、情景及其对水利的影响评价等方面的研究成果。最后,针对目前我国水利的实际情况,指出"十二五"期间应在8个方面进一步加强对气候变化的研究。

城市浅水湖泊生态系统健康与保护研究

针对我国东部平原地区淡水湖泊资源丰富,且多为中小型浅水湖,受到社会经济快速发展的影响,城市化率高,人类干扰强烈,境内湖泊面临着富营养化、服务功能丧失等生态环境问题,以太湖流域东南部苏州市吴江区的湖泊群为例,在分析浅水湖泊特征的基础上,提出这一类型湖泊生态健康的概念框架,构建湖泊水生态健康评价体系,选择生态因子、环境因子、人类活动干扰与生态建设4个要素共12个指标描述湖泊健康水平,并分析其原因。结果表明:水环境质量的恶化与人类对湖泊资源的粗放式开发是造成湖泊生态功能失衡的主要原因。以评价结果为指导,制定典型湖泊三白荡的生态修复与建设的措施与方法,旨在为湖泊生态系统管理与修复提供科学依据。

黄河下游河道最小生态流量研究

河道最小生态流量是指为了防止河道水体断流,即维持河流水体生存所应具有的最小流量(水量)。最小生态需水量计算方法应立足河流形态,将水位～水面宽曲线变形点与维持一定生境(主要包括平均水深、流速等)综合考虑来确定临界流量。本文在建立基于河流形状的河道最小生态流量计算方法体系的基础上,选取花园口、高村、利津3个控制断面对黄河下游河道最小生态流量进行了率定。结果表明,黄河下游花园口、高村、利津3个控制断面的最小生态流量分别为170m3/s,140m3/s,154m3/s,是多年平均天然流量的8.9%,7.4%,7.9%;3个控制断面在最小流量下的水面宽率分别为35.8%,20.6%,40%;平均水深分别为0.47m,0.87m,1.02m;流速分别为0.76m/s,0.40m/s,0.81m/s。由于国际上研究的河流集水面积远比黄河流域小得多,就最小生态流量与天然流量的比率来看,黄河流域下游河道的最小生态流量要较国际上已有的研究成果低一些。

南水北调中线交叉建筑物洪水风险估算模型研究

南水北调中线工程运行阶段的风险是工程管理者关注的焦点之一。以往的研究只单纯考虑水文不确定性或工程结构不确定性,研究结果也只提供交叉建筑物在其设计基准期内的风险概率,不能给出不同洪水条件下的工程风险,对运行阶段的风险管理意义不大。通过综合考虑水文不确定性和工程结构不确定性,提出适用于交叉建筑物在各种洪水条件下的失效风险计算模型,该模型可以给出交叉建筑物在各种洪水条件下的失效风险。以河南省境内湍河梁式渡槽为例,建立渡槽失效故障树以及各种失效模式的极限状态,给出了一套可适用于渡槽水毁失效风险估算的方法。