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数据稀缺条件下水文频率分布模拟及应用
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作者 冯婧涵 钱龙霞 +1 位作者 唐加山 王红瑞 《北京师范大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期72-84,共13页
传统水文频率分析往往需要大量样本以保证分布的拟合效果,而我国仍有部分站点水文数据记录较少,因此本文提出小样本算法:将Jackknife方法、Bootstrap方法与水文频率分析中传统参数估计方法相结合,得到新的参数估计值,以增强传统水文频... 传统水文频率分析往往需要大量样本以保证分布的拟合效果,而我国仍有部分站点水文数据记录较少,因此本文提出小样本算法:将Jackknife方法、Bootstrap方法与水文频率分析中传统参数估计方法相结合,得到新的参数估计值,以增强传统水文频率分布的拟合效果.为验证小样本算法的优越性,以泾河流域为例,将8个站点的年最大日降水量作为原样本,利用小样本算法对不同样本量的样本进行多次再抽样,将多组再抽样样本分别进行分布的拟合,得到小样本算法的参数估计值,并通过Kolmogorov-Smirnov检验和RMSE检验结果,验证小样本算法对传统参数估计方法的改进效果.结果表明:1)在小样本情况下,该算法明显优于传统方法的拟合效果,尤其部分站点的Bootstrap方法,使用较少样本量时达到了使用较多样本量的拟合效果;2)随着样本量的减少,某些站点的传统方法所求分布不能通过检验,而小样本算法可以得到较好的结果. 展开更多
关键词 Jackknife方法 BOOTSTRAP方法 小样本算法 年最大日降水量
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基于多学科交叉融合的数学建模案例设计与分析
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作者 钱龙霞 王正新 束慧 《大学数学》 2023年第6期94-101,共8页
在多学科交叉融合背景下,以海洋环境对船舶航行安全的影响评估与航迹规划为主题设计应用案例,将评估模型与规划模型进行综合集成,能够为船舶航行提供动态的航线设计结果.该案例可以充分调动学生的学习积极性和主观能动性,使学生轻松掌... 在多学科交叉融合背景下,以海洋环境对船舶航行安全的影响评估与航迹规划为主题设计应用案例,将评估模型与规划模型进行综合集成,能够为船舶航行提供动态的航线设计结果.该案例可以充分调动学生的学习积极性和主观能动性,使学生轻松掌握评估模型和规划模型的数学原理、算法流程和应用前景,能够培养学生的科研探索能力和创新思维. 展开更多
关键词 学科交叉 应用案例 定量评估 航迹规划
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水资源风险分析理论及评估方法 被引量:21
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作者 王红瑞 钱龙霞 +1 位作者 赵自阳 王颖 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第8期980-989,共10页
通过分析开展水资源风险研究的重要意义,全面总结了水资源风险理论和评估方法。(1)从不确定性角度论述水资源风险定义;(2)从风险源和承险体角度分析水资源风险的形成要素,系统总结危险性和脆弱性的定义和数学模型;(3)论述了水资源风险... 通过分析开展水资源风险研究的重要意义,全面总结了水资源风险理论和评估方法。(1)从不确定性角度论述水资源风险定义;(2)从风险源和承险体角度分析水资源风险的形成要素,系统总结危险性和脆弱性的定义和数学模型;(3)论述了水资源风险理论模型,包括传统模型、积分模型和投入产出模型等;(4)系统论述了水资源脆弱性评估、水资源风险概率预测和水资源风险损失评估的模型和方法,讨论了各种模型的优缺点;(5)指出了影响水资源风险评估建模的重点与难点问题。 展开更多
关键词 水资源风险 风险理论模型 脆弱性评估 风险概率预测 风险损失评估
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小样本观测资料条件下的耿贝尔极值水文频率分析模型 被引量:6
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作者 钱龙霞 王红瑞 +1 位作者 张韧 焦志倩 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期41-48,共8页
气象水文要素极值预测是预防自然灾害、控制和降低灾害损失的重要基础性工作,然而传统极值水文频率分析模型需要大量样本资料,在资料稀少地区无法进行水文频率分析研究。本文构建一种小样本条件下的耿贝尔水文频率分析模型,提出最大熵... 气象水文要素极值预测是预防自然灾害、控制和降低灾害损失的重要基础性工作,然而传统极值水文频率分析模型需要大量样本资料,在资料稀少地区无法进行水文频率分析研究。本文构建一种小样本条件下的耿贝尔水文频率分析模型,提出最大熵估计方法,只需要水文变量的最小值和最大值这两个数据。耿贝尔水文频率分析模型建模步骤如下:1)首先定义耿贝尔分布熵;2)基于最大熵原理建立优化模型估计耿贝尔分布的未知参数;3)对耿贝尔分布模型进行K S拟合检验。以黄河流域4个站点的最大日降水量的水文频率分析为例,验证最大熵估计的效果,结果表明:最大熵估计的拟合效果与传统参数估计方法几乎一样,而传统参数估计方法需要大量数据。为验证最大熵估计在小样本条件下的拟合效果,共进行了33次模拟实验。结果表明最大熵估计具有如下潜力:1)当样本长度大于25时,3种参数估计方法的拟合效果几乎一致;当样本长度小于15时,最大熵估计表现出非常大的优越性,极大似然估计的拟合效果最差。2)最大熵估计对最小值准确性的敏感性小,对最大值准确性较敏感。 展开更多
关键词 小样本 分布熵 最大熵估计 取值范围 最大日降水量
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一种水文序列变异诊断耦合模型及其应用 被引量:3
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作者 钱龙霞 李汉霖 +2 位作者 汪腾 王艺玮 王红瑞 《工程科学与技术》 EI CSCD 北大核心 2021年第5期98-109,共12页
气候变化和人类活动的双重作用使得流域水文过程发生显著变化,水文序列变异诊断研究对防洪减灾、生态环境保护具有重要的科学意义和应用价值。传统水文变异诊断方法存在多点检测能力不足、主观性较强、精度较低等问题,本文建立了一种基... 气候变化和人类活动的双重作用使得流域水文过程发生显著变化,水文序列变异诊断研究对防洪减灾、生态环境保护具有重要的科学意义和应用价值。传统水文变异诊断方法存在多点检测能力不足、主观性较强、精度较低等问题,本文建立了一种基于启发式分割算法和近似熵的水文变异诊断耦合模型,主要建模步骤如下:首先,用近似熵刻画水文序列各点的动力学状态,基于数据滑动技术充分获取随着滑动窗口移动而变化的近似熵序列;其次,运用启发式分割算法依次对各点进行一分为二的迭代计算、对比,得到每个点的检验统计值和置信概率;最后,根据置信概率结果判断是否对近似熵序列进行水文动力学状态划分,确定变异点的数目和位置。利用耦合模型对窟野河温家川站1956—2019年的年径流序列进行变异诊断研究,结果表明,窟野河年径流序列在1983年和1996年发生了变异,与实际情况基本吻合。通过模拟实验,证明耦合模型具有如下潜力:1)对于强趋势变异检测性能优异,弱趋势变异时在特定滑动步长下具有良好表现。2)当设置不同的参数时,耦合模型对于弱趋势动力学结构变异检测具有较好的性能,检测误差较小。3)当样本量较高(N=4000~8000)时,权重误差均较小,耦合模型检测到的变异区间中包含设置的理想变异点,且样本量越大,检测越精确;在样本量较低(N=60~3000)时,检测的变异区间与真实变异点较接近,检测效果可以接受。 展开更多
关键词 变异诊断 近似熵 启发式分割算法 耦合模型 窟野河
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基于投影寻踪的北极东北航道自然环境风险评估 被引量:8
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作者 钱龙霞 徐青 +1 位作者 王红瑞 左萍 《北京师范大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2020年第1期57-62,共6页
北极航道自然环境风险评估研究具有重要的现实意义.为了避免主观性的影响,本文采用投影寻踪方法对北极航道自然环境风险进行评估和区划.研究结果表明:1)红军海峡、德朗海峡和维利基茨基海峡自然环境风险均呈现逐年下降趋势;2)东北航道... 北极航道自然环境风险评估研究具有重要的现实意义.为了避免主观性的影响,本文采用投影寻踪方法对北极航道自然环境风险进行评估和区划.研究结果表明:1)红军海峡、德朗海峡和维利基茨基海峡自然环境风险均呈现逐年下降趋势;2)东北航道自然风险具有"西低东高"的特点,即巴伦支海和咯拉海西部自然环境风险较低,其他区域自然环境风险较高;3) 9月自然环境风险最低,7月自然环境风险最高. 展开更多
关键词 投影寻踪 东北航道 风险评估 西低东高
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矩阵Renyi α阶熵水文序列变异诊断新方法 被引量:1
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作者 钱龙霞 王红瑞 +2 位作者 吴婉青 党素珍 宋淑红 《系统工程理论与实践》 EI CSCD 北大核心 2023年第1期295-308,共14页
水文序列的变异诊断研究能够为各类水利、土木工程规划和管理决策提供依据和参考.针对水文序列动力学结构变异难以诊断的问题,本文提出一种基于矩阵Renyi α阶熵的变异诊断方法.首先,引入矩阵Renyi α阶熵理论描述水文序列的动力学结构... 水文序列的变异诊断研究能够为各类水利、土木工程规划和管理决策提供依据和参考.针对水文序列动力学结构变异难以诊断的问题,本文提出一种基于矩阵Renyi α阶熵的变异诊断方法.首先,引入矩阵Renyi α阶熵理论描述水文序列的动力学结构;其次,利用数据滑动技术构造滑动移除矩阵Renyi α阶熵序列,用来刻画水文系统动力学结构的演变;最后,利用Pettitt检验诊断出滑动移除矩阵Renyi α阶熵序列的变异点及显著性水平.以渭河流域、洮河流域、窟野河流域和西柳沟流域的水沙序列为例开展应用研究,并与Shannon熵、Mann-Kendall检验和滑动T检验等方法进行对比分析.研究结果表明:咸阳站、状头站和红李区间年径流序列均没有发生变异,其它站年径流序列均发生了变异,变异概率大于90%;咸阳站、张家山站和状头站年输沙量序列均在20世纪80年代发生了变异,其它站点在20世纪90年代末发生变异,变异发生的概率均大于95%.通过与现有研究成果比对分析发现,本文提出的Renyi α阶熵方法的诊断结果与实际情况基本吻合,而其它方法的诊断结果与实际情形差异较大. 展开更多
关键词 矩阵Renyiα阶熵 动力学结构 数据滑动技术 变异 水沙
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一种水资源短缺风险评价耦合模型及其应用 被引量:4
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作者 钱龙霞 王红瑞 +3 位作者 党素珍 洪梅 赵自阳 邓彩云 《系统工程理论与实践》 EI CSSCI CSCD 北大核心 2021年第5期1319-1327,共9页
为了避免传统聚类方法和因子筛选方法的不足,本文提出一种水资源短缺风险评价耦合模型.首先引入《Science》上发表的聚类算法对水资源短缺风险进行聚类,确定建模样本的风险等级;其次引入一种标准化信息流方法检测风险因子与风险之间的... 为了避免传统聚类方法和因子筛选方法的不足,本文提出一种水资源短缺风险评价耦合模型.首先引入《Science》上发表的聚类算法对水资源短缺风险进行聚类,确定建模样本的风险等级;其次引入一种标准化信息流方法检测风险因子与风险之间的因果关系,筛选水资源短缺风险敏感因子;最后采用Fisher判别分析法构建水资源短缺风险等级评价模型.针对京津唐地区水资源短缺风险评价的实例研究,表明了模型的适用性.对天津市各区县2020年的水资源短缺风险等级进行评价,研究结果表明:不考虑外调水和非传统水资源时,各区县水资源短缺风险均为高风险;考虑外调水和非传统水资源时,大部分区县水资源短缺风险等级较低,但市内六区、滨海新区、津南区、武清区和蓟县仍然处于高风险状态.加大非传统水源利用力度是降低天津市水资源短缺风险的主要途径. 展开更多
关键词 水资源短缺 耦合模型 聚类算法 因果关系辨识 FISHER判别分析
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一种信息不完备条件下的水资源安全风险概率预测模型及其应用 被引量:3
9
作者 钱龙霞 王红瑞 +1 位作者 张韧 邓彩云 《应用基础与工程科学学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第5期1078-1090,共13页
建立了基于信息流和最大熵估计的水资源安全风险概率预测模型,该模型能解决信息不完备条件下传统统计模型的参数无法估计的问题.首先基于信息流思想筛选影响水资源安全风险的敏感因子;最后建立logistic风险概率预测模型,基于最大熵原理... 建立了基于信息流和最大熵估计的水资源安全风险概率预测模型,该模型能解决信息不完备条件下传统统计模型的参数无法估计的问题.首先基于信息流思想筛选影响水资源安全风险的敏感因子;最后建立logistic风险概率预测模型,基于最大熵原理估计模型的参数.2000~2014年泉州市水资源安全风险的实例分析表明了模型的适用性.泉州市水资源安全风险的主要影响因子包括人均水资源量、生态环境用水量、年降雨量、水资源开发利用率等9个指标.2020年晋江市、石狮市、丰泽区和鲤城区水资源处于极度不安全状态,其他区域水资源处于基本安全状态. 展开更多
关键词 信息不完备 信息流 最大熵原理 水资源安全风险 LOGISTIC回归 泉州
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基于M-copula的水资源短缺风险经济损失预测模型及其应用 被引量:5
10
作者 钱龙霞 王红瑞 +1 位作者 王颖 赵自阳 《应用基础与工程科学学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第4期907-917,共11页
仅使用一种常用的Gumbel Copula、Clayton Copula或Frank Copula无法刻画水文变量之间所有的相关模式和结构,引入M-Copula函数模拟供水量和用水量的联合分布,提出水资源短缺风险经济损失预测模型.比较M-Copula函数和Gumbel Copula、Clay... 仅使用一种常用的Gumbel Copula、Clayton Copula或Frank Copula无法刻画水文变量之间所有的相关模式和结构,引入M-Copula函数模拟供水量和用水量的联合分布,提出水资源短缺风险经济损失预测模型.比较M-Copula函数和Gumbel Copula、Clayton Copula和Frank Copula得到的尾部相关系数和均方误差,计算结果表明M-Copula函数显著优于Gumbel Copula、Clayton Copula和Frank Copula函数,可以全面刻画供水量和用水量之间的相关模式和结构.对天津市在丰水年(20%)、平水年(50%)、偏枯年(75%)和枯水年(95%)情景下的水资源短缺风险经济损失进行预估,结果表明:在偏枯年份和枯水年份,水资源短缺风险经济损失值分别约为108亿元和142亿元. 展开更多
关键词 相关模式 M-Copula 供水量 用水量 水资源短缺风险 经济损失 天津
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Uncertainty analysis of hydrological processes based on ARMA-GARCH model 被引量:7
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作者 WANG HongRui GAO Xiong +1 位作者 qian longxia YU Song 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS 2012年第8期2321-2331,共11页
Uncertainty analysis and risk analysis are two important areas of modern water resource management,in which accurate variance estimation is required.The traditional runoff model is established under the assumption tha... Uncertainty analysis and risk analysis are two important areas of modern water resource management,in which accurate variance estimation is required.The traditional runoff model is established under the assumption that the variance is a constant or it changes with the seasons.However,hydrological processes in the real world are often heteroscedastic,which can be tested by McLeod-Li test and Engle Lagrange multiplier test.In such cases,the GARCH model of hydrological processes is established in this article.First,the seasonal factors in the sequence are removed.Second,the traditional ARMA model is established.Then,the GARCH model is used to correct the residual.At last,the daily runoff data in 1949-2001 of Yichang Hydrological Station is taken to be an example.The result shows that compared to the traditional ARMA model,the GARCH model has the ability to predict more accurate confidence intervals under the same confidence level. 展开更多
关键词 GARCH模型 不确定性分析 水文过程 ARMA模型 拉格朗日乘数 方差估计 季节因素 水资源管理
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Ecological compensation mechanism for urban green land and its application in Shanghai, China
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作者 WANG Yan DING Xiaowen +1 位作者 qian longxia WANG Hongrui 《Frontiers of Environmental Science & Engineering》 SCIE EI CSCD 2007年第3期320-324,共5页
Urban green land compensation plays an impor-tant role in county development,ecological environment management and many other fields.The concept,methods and principles of urban green land are introduced in this paper.... Urban green land compensation plays an impor-tant role in county development,ecological environment management and many other fields.The concept,methods and principles of urban green land are introduced in this paper.According to the pay fee method,the value and ecological function of various types of urban green land were analyzed.The cost-benefit analysis method(CBAM)was used to estimate different external diseconomy benefits caused by green land loss.The authors applied CBAM to estimate such benefits in the case of Shanghai,China,and calculated the actual compensation value for green land.Results indicated that in 2002,the compensation value for the green land of Shanghai was RMB 8.58×10^(5) Yuan/hm^(2). 展开更多
关键词 urban green land compensation value cost and benefit analysis(CBA) MONETIZATION
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