鄱阳湖流域水沙变化及出湖水沙模拟研究

自20世纪50年代以来,鄱阳湖流域气候发生显著变化,人类活动日益频繁,降水、产流能力和产沙能力都发生了明显变化。基于鄱阳湖流域“五河”入湖控制站以及湖口水文站数据,运用Mann-Kendall检验法和双累积曲线法确定了年输沙量突变时间点,再利用累积量斜率变化分析法量化降水、产流能力和产沙能力对鄱阳湖入湖沙量的影响;在此基础上,提出了变分模态分解、LSTM神经网络和完全逐步抽样技术等多方法耦合的水沙模拟模型及其评价方法,并建立了研究区域鄱阳湖湖口站水沙模拟模型。研究结果表明:不论是“五河”入湖沙量变化,还是湖区泥沙淤积量变化,以降水变化为代表的气候变化因素对其影响较小,主要影响还是来自人类活动因素;但在具体的变化规律上却存在差异,人类活动对入湖沙量的贡献率呈上升趋势,但对同期鄱阳湖湖区淤积沙量的影响贡献率则呈现先降后升的趋势。水沙模拟分析表明,湖口站出湖月径流量、出湖月输沙量的模拟过程与实测过程较为吻合,取得了较高模拟精度,湖口、星子站水位对模拟精度的提升贡献较小。

金沙江下游水库蓄水期生态流量研究

金沙江下游的乌东德、白鹤滩水库已于近年来投入运用,汛末蓄水期金沙江下游水库对坝下“长江上游珍稀特有鱼类国家级自然保护区”生态流量的影响日益突出。为减轻可能存在的影响,需合理制定水库蓄水期最小下泄流量。本文从金沙江下游最小及适宜生态流量计算出发,系统归纳了屏山水文站生态流量的现有研究成果,结合溪洛渡、向家坝水库实际运行数据,得到了具有实际可操作性的金沙江下游水库蓄水期生态流量,溪洛渡、向家坝水库8月、9月的合理生态流量分别为6080 m^(3)/s、6098 m^(3)/s。研究结果可为金沙江下游水库生态监测及管理工作提供参考。

徐六泾深槽稳定性对中俄东线天然气管道长江盾构隧道的影响分析

在长江口徐六泾节点河段修建中俄东线天然气管道工程长江盾构隧道,其河床演变规律、尤其是徐六泾深槽的稳定性是工程设计关注点之一。采用实测资料分析结合物理模型试验的方法研究了徐六泾深槽的稳定性及其对长江盾构隧道的影响。结果表明:徐六泾节点河段基本具备建设过江隧道的宏观河势条件,2001~2018年河段总体呈冲刷且以冲槽为主;徐六泾深槽存在进一步冲刷下切并向下游发展的趋势,且河床具备形成相当规模局部冲刷坑的条件,需从工程设计及运行维护等方面予以考虑;隧道设计最深点隧顶高程按-60.2 m控制基本合理。

洞庭湖三口洪峰流量和水位变异特性分析

近几十年来,受荆江裁弯、葛洲坝工程运用、三峡水库拦蓄调度、洞庭湖治理以及长江上游水土保持措施等因素的综合影响,洞庭湖三口(松滋口、太平口和藕池口)的水文情势发生了显著变化,给湖区防洪、水资源、水生态、水环境等造成一系列影响.为了深入认识三口洪水发生的复杂变化,本文采用水文变异诊断系统和Zivot-Andrews结构突变单位根检验方法,对三口各水文站点的年最大洪峰流量和年最高洪峰水位序列进行变异诊断,并对其变异特性和变异原因进行分析.结果表明,各站点洪峰流量序列的变异具有较好的一致性;受分流能力变化和上游来流变化的影响,三口各站点的洪峰流量多呈现方向向下的趋势变异;受到洪道冲刷、流量减小、顶托减弱、洪道上下游落差增大的影响,三口各站点洪峰水位在2004年均发生方向向下的跳跃变异.

变化环境下洞庭湖洪水变异规律及防洪安全评价研究展望

在全球气候变化和高强度的人类活动影响下,许多流域和地区的天然水文序列的一致性遭到破坏。对于洞庭湖流域,其洪水要素序列发生了明显变异,使得基于一致性的洪水频率计算方法不再满足实际需求,也无法作为防洪安全评价的主要依据。研究适用于变化环境的非一致性洪水的防洪安全评价方法变得尤为重要。围绕变化环境下的水文变异问题,首先梳理总结了相关研究成果和主要方法,然后综述了非一致性洪水频率计算的研究进展和区域水安全评价的基本方法,并重点对目前研究中存在的不足进行了说明。在此基础上,围绕如何探索变化环境下洞庭湖洪水规律识别和科学防洪安全评价问题,指出了未来研究需要重点关注和解决的科学问题。

趋势变异条件下非一致性洪水频率计算方法的择优比较分析——以洞庭湖区弥陀寺站为例

受到全球气候变化和大规模人类活动等变化环境的影响,特别是长江三峡水库、葛洲坝电站等大型水电工程的兴建,洞庭湖区各站点的洪水序列发生了变异,并引发了洪水频率分布的非一致性问题。以洞庭湖区内弥陀寺站为例,采用线性趋势、非线性趋势、小波分析及希尔伯特-黄变换四种考虑趋势变异的非一致性洪水频率计算方法推求了年最大洪峰流量的频率分布,并进行了四种方法的择优比较分析。结果显示弥陀寺站年最大洪峰流量序列的均值存在显著下降趋势变异,四种方法推求的过去和现状条件下频率曲线的差异较小,而对未来时期的预测差异较大;经择优度计算与比较分析,基于非线性趋势方法所得结果为最优,且进一步得出年最大洪峰流量的频率分布在过去、现状和未来三个时期存在显著的差异,将直接影响洞庭湖区内弥陀寺站附近堤防的安全评价和区域防洪规划。

基于Opencv的双目视觉智能防撞系统

为避免与运动物体的碰撞,利用Matlab工具箱、Opencv图像处理技术、立体视觉原理和高斯混合模型理论,设计了基于Opencv的双目视觉智能防撞系统,该系统不仅实现了对目标区域的实时监控,同时通过图像算法进行目标识别与测距、测速,若结果显示与目标可能发生碰撞,则进行预警。实验结果证明了本系统的理论,增强了监控的智能性、提高了检测的准确性,具有一定的实用价值。

长江上游ECMWF降水和径流预报产品评估

欧洲中期天气预报中心近年发布了季节性的GloFAS Seasonal径流和SEAS5降水集合预报产品。选取长江上游6个控制站的径流预报及4个分区的面雨量预报为研究对象,通过计算分析AUC、ROCSS和可靠性等指标,评估了这2种产品对于长江上游水库群蓄水期的枯水情景的预报能力。结果表明:2种产品提前一个月判断枯水雨情的效果较好,但产品倾向过度预测枯水事件发生的可能性,在实际生产运用中需得到重视。研究成果可为基于中长期预报的长江上游水库群提前蓄水调度提供科学依据与技术支撑。

路径-维度GraphOLAP大规模多维网络并行分析框架

现实生活中,大量数据都可以使用多维网络进行建模.如何更好地对多维网络进行分析,是研究人员关注的重点.OLAP(联机分析处理)技术已被证实是对多维关系数据进行分析的有效工具,但应用OLAP技术管理与分析多维网络数据以支持有效决策,仍是一项巨大的挑战.设计并提出了一种图立方体模型:路径-维度立方体,并针对提出的立方体模型将物化过程划分为关系路径物化与关联维度物化两部分,分别提出了物化策略,并基于Spark框架设计了相关算法.在此基础上,针对网络数据设计并细化了相关的Graph OLAP(图联机分析处理)操作,丰富了框架的分析角度,提高了对多维网络的分析能力.最后,在Spark上实现了相关算法,通过对多个真实应用场景中的数据构建多维网络,在分析框架上进行了分析,实验结果表明,所提出的图立方体模型和物化算法具有一定的有效性和可扩展性.

三峡水库修建后长江中游城陵矶至九江河道冲淤变化研究

长江中游城陵矶至九江河段为典型分汊河道,分析该河段在三峡工程蓄水后的冲淤变化,对预测该河段河床演变发展有重要意义。根据2003~2016年城陵矶-九江河段实测水文地形等原型观测资料及冲淤量计算成果,对河道冲淤量、冲淤强度、河床冲淤分布和冲刷形态变化等方面从沿时和沿程上进行全面分析,发现河段整体呈持续冲刷态势,近年来冲刷强度显著增强,冲刷主要部位在枯水河槽,冲刷形式以深泓纵向下切为主,沿程以西塞山为界,上段整体表现为"槽冲滩淤",下段表现为"滩槽均冲"。

基于Microsoft Planetary Computer的三峡库区汉丰湖水域变化分析

汉丰湖是三峡工程后治理库区消落带、兴建水位调节坝形成的人工湖泊。本研究基于Microsoft Planetary Computer(MPC)遥感数据处理平台,以1984—2020年Global Surface Water全球地表水数据集为数据源分析了汉丰湖的水域变化特征,该数据集基于长时序的卫星影像图,利用专家系统将影像栅格划分为水体与非水体。结果表明:汉丰湖水域较天然河道面积明显增加,在发生变化的水域中,23.5%为新增永久性水域,仅有0.05%的永久性水域消失,61.8%为新增季节性水域,湖泊季节性特征明显。以2020年为例,季节性水域变化的湖面占总水域面积的68%。本研究结果证实了开州水位调节坝建设有效减小了三峡水库水位由175 m变动至145 m引起的开州库区消落面积,验证了基于MPC平台开展水体长期变化监测的可行性,为Google Earth Engine、PIE-Engine等同类平台的良好补充。

1959-2020年洞庭湖四水洪水情势变异特性及归因分析

近几十年来,湖南四水(湘江、资水、沅江、澧水)的水文情势发生了显著改变,对湖区调洪与区域防洪产生了一定的影响。为深入认识四水洪水情势发生的复杂变化,采用水文变异诊断系统对近60 a(1959-2020年)来洞庭湖四水出口控制水文站点的年最大洪峰流量序列、年最高洪峰水位序列进行了变异特性及归因分析。结果表明:湘潭站洪峰、水位序列未发生变异;受降水突变式跃升的影响,桃江站洪峰流量、洪峰水位序列在1987年发生向上的跳跃变异;因站点断面的水位流量关系发生了变化,桃源站年最高洪峰水位序列在1989年发生向上的跳跃变异;因江垭、皂市水库联合调度的影响,石门水文站年最大洪峰流量序列在2003年发生向下的跳跃变异。

关键水文信息对三峡水库调度决策的重要性分析

城陵矶(莲花塘)水位为三峡水库调度决策的重要指标,采用随机森林算法建立三峡水库出库决策模拟模型,分析三峡水库历史运行数据,从多角度对三峡水库调度所采用的水文信息,如月份、水库水位、城陵矶水位、预报入库流量等,进行排名与判断其价值,并重点分析城陵矶水位对三峡水库调度决策的影响。研究表明,所采用的随机森林模型能够合理地模拟三峡水库的出库决策,汛期的模拟效果要好于非汛期,可能是汛期调度决策受到预报入库流量、城陵矶水位的影响更加直接;无论是全年、汛期还是非汛期,水文信息的重要性排名均为预报入库流量、城陵矶水位、水库水位、月份;预报入库流量在汛期的重要性高于非汛期。

三峡水库蓄水期不同调度方案对洞庭湖出口水位的影响

洞庭湖水情受到长江和四水的综合影响,因此三峡水库蓄水运行必将对洞庭湖出口水位产生影响。通过构建模型对洞庭湖出口的水位过程进行模拟,以三峡出库日均流量、洞庭湖四水合成日均流量为输入,城陵矶站日水位过程为输出,以量化和分析城陵矶水位变化受三峡水库调度的影响。通过三峡入库流量代替出库流量,还原自然状态下的水位过程,并根据各调度方案计算的出库流量模拟各调度方案下城陵矶的水位变化过程。对比各调度方案下三峡水库蓄泄水对洞庭湖出口水位的影响可以发现:各蓄水方案对洞庭湖出口水位都造成了一定的影响,起蓄时间较早的方案影响时间较长,整体上平均水位变化也较大,但起蓄后水位变化较为平缓;起蓄时间较晚的方案影响时间较短,整体上平均水位变化相对较小,但起蓄后水位变化较为剧烈。考虑到不同年份和不同来水类型情况对洞庭湖出口水位的影响存在差异,各蓄水方案的优劣需要具体分析和讨论。

基于相关系数的水文序列分段趋势识别方法

分段趋势变异是非一致性水文序列的一种重要变异形式。本文提出一种基于相关系数的水文序列分段趋势变异识别方法(简称'R识别法'),并对分段趋势变异的显著性进行评价。统计实验结果表明:R识别法对不含有分段趋势序列的误检率非常低,对含有不同类型分段趋势序列及折点前后子序列趋势变异程度不同的序列,正检率较高,说明R识别法对分段趋势折点具有针对性且识别精度高。运用R识别法对洞庭湖三口五站年最大洪峰流量序列进行分段趋势识别与检验,结果表明沙道观站、管家铺站和康家岗站序列均存在不同时间点不同形式的分段趋势变异,总体表现为洪峰流量减少,其主要与三峡水库的径流调节和下荆江裁弯有关。

RADS数据集在长江上游水库蓄水调度中的应用前景

长江上游水库蓄水集中在8~10月,此期正值雨季后期,若水库不能在降水集中的雨季结束前蓄至一定水位,将严重影响水库兴利目标的实现。为优化现有蓄水调度方案,该文选用德州农工大学Rainy And Dry Season(RADS)数据集,长系列的雨季划分资料,分析了长江上游雨季结束时间特征。结果表明,RADS与现有全国、长江上游雨季特征的研究结果较为一致,数据集在研究区域适用性较好。乌江流域的雨季结束时间波动范围明显较大,需重视乌江流域的中长期水文气象预报,以提前预警流域雨季较早结束的情况。而对于乌江、岷江大渡河流域水库联合调度方案所规定的9月1日与10月1日的起蓄时间,1961~2007年中曾出现过雨季更早结束的情况,即对于这两个流域的水库而言,统筹考虑防洪任务与预报水情,蓄水时间可考虑进一步提前。