“分解-校正-集成”模式下基于深度信念网络模型的径流预测

精准的短期径流预测可为流域内水资源规划、防洪调度及抗旱减灾工作提供重要的科学依据。为减小模型的系统误差,提高径流预测精度,在“分解-集成”模式的基础上提出“分解-校正-集成”框架,构建EEMD-DBN-EnKF、VMD-DBN-EnKF模型。利用集合卡尔曼滤波数据同化算法对偏离实测径流过大的分量校正以降低分解子序列在预测中产生的系统误差,并与未修正的EEMD-DBN、VMD-DBN模型及单一DBN模型进行了对比分析。结果表明:基于模态分解的组合模型较单一模型RMSE减小了至少23%,NSE与R^(2)增加了21%以上;基于径流分量校正的组合模型相较于模态分解的组合模型各评价系数有所提升,其中VMD-DBN-EnKF预测模型误差最小,效果最优,NSE与R^(2)达到0.89以上,其次依次为EEMD-DBN-EnKF>VMD-DBN>EEMD-DBN。综上“分解-校正-集成”模式的预测框架在玛纳斯河流域具有良好的适用性,可为玛纳斯河径流短期预报提供技术支持。

南疆典型灌区春播前表层土壤含水率空间分布研究

采用7种插值方法(反距离权重法、径向基函数法、全局多项式法、局部多项式法、普通克里金法、泛克里金法、经验贝叶斯克里金法)对小海子灌区(南疆典型灌区)土壤含水率进行空间分布特征评估。结果表明:(1)研究区表层土壤含水率介于4.99%~24.99%,变异系数为27.6%,属于中等变异,且具有中等的空间自相关性,指数模型拟合变异函数的效果较好。(2)对于同时受结构性因素与随机性因素影响的小海子灌区,将确定性插值径向基函数法应用于土壤含水率插值的精度较高。(3)通过对灌区表层土壤含水率空间分布图的分析,发现小海子灌区春播前土壤含水率在空间上呈现出西南高、东北低的规律,且受地下水位及灌溉措施影响较大;表层土壤含水率大于15%的面积占总面积的64.9%,从整体上看,灌区西南部与中部的土壤含水率已达到播种要求,东北部地区达到“干播湿出”的播种要求,灌区可安排相应的春播活动。

玛纳斯河不同峰量组合下的融雪洪水风险分析

以玛纳斯河肯斯瓦特出山口水文站控制流域为研究区,考虑变异条件下的频率结构特征,基于Copula函数建立洪水峰量联合分布,推求各峰量相互作用下的风险概率,构建了风险评估模型。结果表明:混合分布能较好地反映变异条件下的洪水变量频率分布;基于Gumbel Copula函数建立的峰量联合分布能很好地描述洪水组合特性。在玛纳斯河500年一遇峰量两变量防洪设计标准下,联合风险与同现风险均达到最小值,洪水发生概率较低,因此选择频率较为接近的峰量设计标准,既能保证洪水发生的低风险概率,又符合工程险情的实际需要。

博尔塔拉河源流区径流对气候变化的响应及预测

冰川径流是西北干旱区径流的主要组成部分,研究未来气候变化对冰川径流的影响对西北干旱区径流至关重要。以博尔塔拉河上游源流区为研究区,构建嵌入冰川模块的SWAT模型,模拟温泉水文站1972-2018年月径流过程,并在此基础上研究了气候变化情景下(RCP4.5和RCP8.5)未来(2020-2050年)气候变化对冰川径流的影响。结果表明:SWAT模型能够很好地模拟源流区径流变化过程,在整个模拟期间,径流数据的纳什系数(NSE)为0.82,偏差百分比(PBIAS)为-3.22%,均方根误差与实测值标准差的比值(RSR)为0.42,决定性系数(R^(2))为0.84,模型性能评定为优。根据CMIP5气候模式2种情景的模拟结果,2种情景模拟未来总径流都呈现出增加趋势,分别将以0.31×10^(8) m^(3)·(10a)-1和0.40×10^(8) m^(3)·(10a)-1的速度继续增加,冰川径流占比较历史时期的27.61%分别提升了4.84%和9.38%。冰川径流增加是径流量增加的主要原因。通过相关性分析发现,随着气温的升高,冰川消融时间提前,冰川消融加速,冰川积累时间减少,导致冰川面积进一步的缩减。研究结果可为博河地区水文资料历史变化、未来演变趋势和预防气候变化带来的潜在风险提供依据。

新疆气象干旱过程识别及多维变量联合分布特征分析

【目的】新疆是我国典型的干旱区,境内干旱灾害频发,缓解其严峻的干旱形势迫在眉睫;为揭示新疆气象干旱特征并探究其干旱重现期,【方法】采用1960-2021年新疆60个气象站点逐日气象数据,选取气象干旱综合指数(MCI)作为干旱评价指标进行干旱等级的划分,基于游程理论识别干旱过程并提取3个典型干旱特征变量,分析新疆近62年来发生干旱过程的时间变化趋势和各等级干旱日数的空间分布特征,通过优选得出的Copula函数构建干旱特征变量的二维、三维联合分布函数模型,推求干旱重现期。【结果】结果表明:在年际变化上新疆干旱过程数量呈现减少趋势,1960-2021年北疆发生干旱过程总数较南疆高,在春季新疆易发生干旱过程,且易发生春夏连旱;随着干旱等级的增加,干旱日数显著减少,旱情呈现出北疆重于南疆的空间分布特征;广义极值分布函数能较好的拟合干旱强度和干旱历时,威布尔分布函数拟合干旱峰值的效果最佳,Gumbel Copula函数拟合干旱强度-历时的二维联合分布时效果较好,Clayton Copula函数在干旱历时-峰值和强度-峰值的二维联合分布及三维联合分布中拟合效果最佳。【结论】Copula函数能较好地描述新疆多维干旱特征变量的联合分布,新疆发生长历时、高强度的极端干旱事件的概率相对较小,发生短历时、低强度的干旱过程概率相对较大,研究成果可为干旱风险评估提供技术支持。

基于CMIP6多模式的和田河流域未来气候变化预估

气候系统模式是对历史和未来气候模拟最广泛有效的工具,但存在一定的不足和局限性,使其无法直接用以预估未来气候变化。本文采用基于分位数映射的日偏差校正(DBC)、多模式集合(MME)平均和基于皮尔逊r相关系数的加权集合(r-MME)平均方法,以1971—2000年为基准期,评估6种气候模式在和田河流域的适用性;运用r-MME方法对未来SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下各模式的偏差校正结果进行集合,分析未来近期(2021—2050年)、远期(2061—2090年)日最高、最低气温以及降水的时空演变特征。结果表明:基于DBC的r-MME融合方法能够综合考虑各模式的优势,可大幅提高气候模式模拟的精度,年均最高气温、最低气温和降水量与实测序列的相关系数分别达到0.918、0.821和0.878;3种情景下的气温和降水均呈现增加趋势,其中低强迫SSP1-2.6情景下的增幅最小,远期年最高气温、最低气温和降水的平均增量分别为2.830、2.523℃和46.412 mm,高强迫SSP5-8.5情景下的增幅最大,远期年最高气温、最低气温和降水的平均增量为5.697、6.452℃和93.206 mm;同时,未来温差的逐渐减少使得流域“暖湿化”现象更加明显。该研究结果可为未来气候变化下和田河流域经济发展和生态文明建设,以及水资源预测提供重要的理论依据。

基于模糊集对分析的新疆水资源脆弱性评价

为科学评价新疆维吾尔自治区的水资源脆弱性状况,基于自然、人为和承载力3个子系统构建水资源脆弱性评价指标体系,通过模糊集对分析模型从时空维度对新疆15个地区(州、市)的水资源脆弱性进行评价,并利用五元引力减法集对势识别其目标层发展趋势。结果表明:空间分布上,水资源脆弱性呈现出东疆较强、南疆次之、北疆较弱的规律;时间趋势上,19.03%的地区脆弱性等级呈上升趋势,18.88%的地区较为稳定,62.09%的地区呈下降趋势,总体上脆弱性状况有所改善,但需对水资源脆弱性状况发展态势恒为偏反势的乌鲁木齐市、哈密市和昌吉回族自治州以及出现反势态势的喀什地区给予密切关注和调控。研究结果可为新疆水资源的高效利用和优化管理提供理论依据。

考虑融雪洪水跳跃变异的水库极限防洪风险复核

采用Pettitt非参数检验法和Mann-Kendall非参数趋势检验法分析肯斯瓦特水库年最大洪峰流量序列非一致性,确定序列变异形式,利用“分解-合成”理论进行一致性修正,得到过去、现状两种条件下年最大洪峰流量序列,将其作为水库入库融雪洪水过程,根据水库防洪调度规则进行调洪演算,并通过频率分析法对两种条件下水库极限防洪风险率进行分析计算。结果表明:年最大洪峰流量序列在1993年发生变异,序列整体上升趋势不显著,跳跃变异为序列主要变异形式;根据两种条件下水库坝前最高库水位,以校核洪水位Z d=993.35 m为水库极限防洪风险控制指标,过去条件下肯斯瓦特水库极限防洪风险率为0.23123%,而现状条件下为0.35458%,两种条件下复核后的肯斯瓦特水库极限防洪风险率均大于5000年一遇的校核标准0.02%。

三工河流域平原区蒸发量变化特征及影响因素

采用线性倾向估计、滑动平均和Mann-Kendall非参数统计检验等方法,分析了三工河流域平原区1981-2012年蒸发量变化特征及主要影响因子,并通过多元相关模型定量给出了各气象因子对蒸发量变化的贡献程度。结果表明:三工河流域平原区近32 a蒸发量呈显著下降趋势,春夏秋冬四季的蒸发量也呈显著减少的趋势。春季和夏季蒸发量的大幅减少对年蒸发量减少的贡献率较大,冬季蒸发量在1985年和1989年发生突变。影响蒸发量的因子中,降水、日照时数、相对湿度、风速和气压均呈下降趋势,其中日照时数、相对湿度和风速下降趋势显著,而气温上升趋势明显。以1981-1990年为基准期,1991-2000年风速和日照时数减少对蒸发量减少的贡献率分别为85.27%、20.70%,其它影响因素对蒸发量减少的贡献率为-5.97%;而2001-2012年风速和日照时数的减少对蒸发量减少的贡献率分别为52.32%和39.91%,其它影响因素的贡献率为7.77%。

三维电子地图的设计开发与研究

该文根据相关专业知识,利用GPS、全站仪等先进测量仪器,对校园地物、地貌进行精确定位,生成底图;利用Photoshop、3DS MAX以及VR-Platform等交叉学科知识,并利用Photoshop对图片进行处理,在3DS MAX环境下对建筑物进行建模和材质贴图,在VR-Platform平台中完成校园地物、地貌的模拟,构建三维电子地图。

紫荆关流域降雨径流变化趋势的分析

为了探讨紫荆关流域降雨与径流变化的规律，采用Mann—Kendall秩次相关检验法对紫荆关流域1956～2005年长系列降雨、径流资料进行了分析，并给出了降雨变化对径流变化贡献程度的定量描述方法。结果表明：紫荆关流域年径流量有明显的下降趋势，年降雨量有下降的趋势，但不显著；年降雨量与年径流量有一致的变化趋势，且二者变化过程关系密切，降雨是影响径流变化的主要因素，其贡献程度达到了39．68％；由于受到非降雨因素的影响，二者的相关性随着年代的推移呈减弱的趋势变化。

降水及人类活动对阜平流域径流的影响

为了研究近年来气候变化和人类活动影响条件下的阜平流域径流的演变规律,采用5 a滑动平均法和线性回归法,对阜平流域径流量、变化趋势及影响因素进行了分析,并利用降水径流经验统计模型估算了降水变化和人类活动对流域年径流量的影响程度。结果表明:降水量与径流量有一致性的变化趋势,降水量下降的趋势不明显,而径流量呈显著减少的趋势;1969—1979年、1980—1989年、1990—1999年、2000—2005年,受人类活动影响所减少的年均径流量分别占径流总减少量的21.04%、46.05%、58.30%、54.93%,受降水变化影响所减少的年均径流量分别占径流总减少量的78.96%、53.95%、41.70%、45.07%;随着年代的推移,人类活动对径流的影响逐渐增大,而降水变化的影响逐渐减小,20世纪80年代以后,人类活动导致径流量减少的贡献率要大于降水因素。

融雪洪水跳跃变异对其参数估计不确定性影响分析

利用Pettitt非参数检验法和Mann-Kendall非参数趋势检验法,分析年最大洪峰流量序列的非一致性,确定序列的变异形式,采用"分解-合成"理论对其进行一致性修正,得到过去、现状两种条件下年最大洪峰流量序列,根据贝叶斯理论对序列一致性修正前后参数不确定性进行估计,并对其预报区间优良性进行评价。研究结果表明:年最大洪峰流量序列变异点发生在1993年,序列整体上升趋势不显著,在1957-1993年子序列呈显著下降趋势,而1994-2006年子序列变化趋势不显著,跳跃变异为序列主要变异形式;给出了实测、还原及还现序列参数后验分布估计值及95%置信区间,将其结合优化适线法进行P-Ⅲ型频率分析,得到修正前后设计频率年最大洪峰流量预报区间估计值;还原、还现序列与实测序列相比,预报区间覆盖率均提高24%,平均带宽分别减少39. 59%、23. 17%,平均偏移幅度分别减少28. 45%、11. 39%。通过对非一致性年最大洪峰流量序列还原/还现计算,可减小参数估计不确定性对其计算产生的影响,从而提高预报区间的可靠性。

基于OBE教育理念的农业水利工程专业教育改革研究

OBE教育理念是一种以成果为导向,然后反向设计相宜的教育模式来确保毕业生达到相应能力及其水平的工程教育模式。文章以石河子大学农业水利工程专业为例,提出了基于“成果导向”的工程类专业教育教学改革方案,探究了工程专业人才培养目标、如何培养工程专业人才、如何保障教学质量等相关内容,推动了农业水利工程专业教学改革,形成了成果导向的闭环教学模式。

大清河流域产汇流特性变化趋势及影响因素

以大清河水系紫荆关流域和阜平流域1956-2005年的暴雨洪水资料为基础,利用Mann-Kendall秩次相关检验法研究了流域内产汇流特性的变化规律及其影响因素。结果表明:次洪量和径流系数呈下降趋势,洪峰滞时和汇流单位线峰现时间呈上升趋势。降水量的变化对大清河流域的产汇流规律有直接的影响,但下垫面的变化在一定程度上影响了流域的产汇流规律,引起产汇流特性的变化。

新工科背景下测量学课程教学优化

为了适应社会需求,培养专业学生对测量学综合应用的能力,文章首先分析了测量学课程理论教学和实践教学中存在的问题,然后从理论课程、实践环节、课后评价考核三个方面进行了探究,提出了新工科背景下测量学课程教学优化的措施方案。

基于“卓越工程师计划2.0”的人才培养模式

为了提升学生的综合素质,文章从建立相契合的遴选机制、构建相符合的课程体系、完善相适应的实践教学体系、建设相适宜的师资队伍四个方面论述了基于“卓越工程师计划2.0”的人才培养模式。

面向“新工科”的农业水利工程专业改造升级路径

文章结合石河子大学农业水利工程专业实际,在分析“新工科”建设背景的基础上阐述了农业水利工程专业建设存在的问题及解决思路,然后提出了面向“新工科”的农业水利工程专业改造升级路径。

Karhunen-Loeve展开在土性各向异性随机场模拟中的应用研究

研究了Karhunen-Loeve(简称KL)展开在土性参数随机场模拟中的应用,分析了KL展开的特点,针对不规则区域和任意类型协方差函数提出了积分方程的Galerkin数值解法,模拟了土壤渗透系数各向异性随机场。分析结果表明:较低阶Karhunen-Loeve展开能够较好描述随机场的空间结构,与转动带法相比,KL展开法在模拟随机场的各向异性特性方面更具优势;与谱展开法相比,KL展开法具有更优的收敛性。

基于GAMLSS模型的玛纳斯河设计年径流分析

玛纳斯河年径流在气候变化影响下发生了变异,传统径流频率分析方法的一致性假设遭到破坏,本文根据玛纳斯河上游出山口1956—2014年水文气象资料,采用遥相关分析法,并基于GAMLSS理论分别建立以时间、气候因子为协变量的时变矩模型,将其拟合效果与传统P-Ⅲ分布进行对比分析,利用最优分布模型进行年径流量设计。结果表明:北大西洋涛动指数(NAO)作为气候影响因子与年径流序列相关系数为-0.322,遥联性最佳;以累积气温亏损值、降雨量、NAO为协变量的LOGNO分布模型为最优分布模型,有效地描述了在气候变化影响下玛纳斯河年径流动态变化特征,并在不同设计保证率下设计年径流比传统P-Ⅲ分布偏大3.08%~16.10%,各月径流设计值与P-Ⅲ分布相差较大。其研究结果为玛纳斯河水资源的高效利用及科学管理提供参考依据。