面向数字孪生流域的知识平台构建关键技术

数字孪生流域中的知识平台需要支撑物理流域全映射与孪生流域可互动等应用要求。针对知识平台中的水利知识图谱、历史场景模式、业务规则、专家经验等建设内容,提出了一种基于知识图谱的数字孪生流域知识体系架构。在该架构中,利用图模型描述业务场景中实体概念间的关联关系,以事件为视角描述事件演化背后的机理与模式,以业务为导向形成业务-事件-要素间的关联网络,最终构建形成全景式耦合网络。基于全景式耦合网络,进一步建立了物理空间与数字空间、业务层与支撑层互动关联的闭环式应用架构。将此架构应用至数字孪生流域平台中,以事件为驱动,通过数据反馈形成决策闭环,从而达到支撑水利业务智能管理与决策的目的。

个人养老金制度的参与意愿、政策诉求与对策建议——基于北京市的调研数据

个人养老金制度,是我国社会保障体系建设顶层设计中的一个重要制度安排,也是多层次、多支柱养老保险体系的重要组成部分。目前,北京市作为个人养老金制度先行城市已开展此项工作。基于529份调查问卷分析发现,被访者对个人养老金充满期待,有着多样化的政策诉求。推动个人养老金制度在京落地见效,应做好城乡居民养老保险参与者、灵活就业者、青年人、外地在京就业者的政策宣传与服务;推动特定群体尽早参与、借力参与并给予差异化的财政补贴,允许家庭成员互助缴纳;探索企业(职业)年金与个人养老金账户的贯通管理,动态调整缴费上限,提高金融产品竞争力;尝试拓展社保卡“一卡通办”功能和个人所得税抵扣一体化操作,允许多种缴费方式并行,增加退出个人养老金的附加条件。

基于网格的精细化降雨径流水文模型及其在洪水预报中的应用

以正交网格降雨径流模型研究为基础,提出了用于洪水预报的精细化基于网格蓄满与超渗空间组合的降雨径流模型(Grid-XAJ-SATIN)。从模型的原理与结构、地理信息空间处理、参数空间分布估算、模型的驱动场分析、模型流域状态同化几个方面对该模型进行讨论,分析模型在湿润、半湿润流域的实际应用情况。结果表明,无论是湿润流域还是半湿润流域,所提出的精细化模型均能取得良好的模拟预报精度,且模型在输出流域出口断面流量过程的同时,可实现对流域内任意网格单元流量过程的精细预报。

基于栅格型新安江模型的中小河流精细化洪水预报

为提高中小河流洪水预报的精细化水平,以栅格型新安江模型(GXM)为基础,考虑沿程水流再分配、库塘坝蓄泄及河道特征对产汇流过程的影响,采用针对性的定量化模拟方法,并基于模型参数与下垫面特征的定量关系,对模型参数空间分布进行推衍。以安徽横江为例,对GXM的精细预报能力进行验证。结果表明:GXM不仅可以实现对屯溪出口断面洪水过程的高精度预报,也可以不经重新率定,实现对流域内部嵌套断面洪水过程的高精度预报;GXM能够预报流量、土壤含水量、流速等不同水文要素的时空分布,可为中小河流洪水防控提供丰富的预报产品。

中小河流洪水防控与应急管理关键技术的思考

在总结国内外洪水防控与应急管理关键技术问题研究成果的基础上,针对中国中小河流众多、洪水频发、灾害严重等特点,讨论了高时空分辨率雨量场构建与短临精准预报、精细与智能洪水预报、洪水实时风险评估与应急处置、水文气象数据质量控制、云平台构建及多重情景仿真等关键技术问题,探讨关键科学问题,为中小河流洪水防控与应急管理提供思路。

新安江模型和支持向量机模型实时洪水预报应用比较

选择新安江模型和支持向量机模型分别在浙江省、陕西省的4个流域进行实时洪水预报,并使用K-最近邻实时校正法对新安江模型预报结果实时校正,比较2种模型在不同流域的应用效果,其中选择确定性系数、峰现时间误差、洪峰相对误差和均方误差作为模型预报评价指标。进一步改变预报预见期并分析2种模型在不同预见期内的预报精度。研究结果表明,新安江模型和支持向量机模型在不同流域洪水预报中各有优势,支持向量机模型预报精度受降雨精度影响较大。当预报预见期较长时,新安江模型预报结果更好;随着预见期缩短,支持向量机模型预报精度显著提高,在短预见期实时预报中支持向量机模型优势更明显。在预报难度较大的半湿润半干旱流域,新安江模型和支持向量机模型在率定期和实时预报过程中均具有较高精度。

无资料小水库影响下的中型水库入库洪水模拟

为研究小水库蓄泄作用对中型水库入库洪水过程的影响,以分布式新安江模型为基础,将子流域单元内的小水库聚合为一个虚拟水库对模型汇流结构进行改造。以安徽省重点中型水库——东方红水库为例,采用不考虑小水库影响的分布式新安江模型对2014—2017年共14场发生在汛初、汛中和汛末的洪水进行模拟,结果显示,模型能够较好地模拟汛中比较大的场次洪水,对于汛末洪水的模拟效果稍差。选择发生在汛末的2015090420号和2017070101号洪水,采用考虑小水库影响的分布式新安江模型模拟上游五里源和高堨水库蓄泄对东方红入库洪水的影响,对比分析模拟结果可知,子单元流域面积内加入虚拟水库的新安江模型,在径流深、洪峰和纳什效率系数方面模拟结果均优于新安江模型,径流深相对误差分别降低了23.2%、18.4%,洪峰相对误差分别降低了52.2%、53.5%,纳什效率系数提高了0.92、0.42。

基于矩阵分解的降水时空插值方法

为了提高基于雨量站网观测值估算降水空间分布的精度,同时考虑降水的时序发展趋势和站点空间分布,将传统的插值方法(反距离权重法、普通克里金法)和Funk矩阵分解(Funk-SVD)模型结合,提出了一种基于矩阵分解的插值方法,并采用黄河流域小浪底到花园口区间2009—2012年多场降水的日观测数据进行了精度检验。结果表明,通过与Funk-SVD模型结合,反距离权重法和普通克里金法在平均绝对误差、百分误差等评价指标上的精度提升均超过15%,改善效果在周围站点分布不均匀或降水量很大的情况下尤为明显,可以大幅度减少传统方法在降水插值过程中的估计误差,提升空间估算的精度。

中小河流洪水预报智能调度平台关键技术

洪水预警预报平台以大量水文数据为支撑,针对中小河流水文气象数据缺失、异常等问题,提出多源水文气象数据质量控制技术和方法;研发云环境下具有状态和交互特征的模型封装服务技术,提供数据、算法和模型多层次按需服务;提出中小河流垂直河道淹没算法,并实现基于UE4虚拟引擎的洪水淹没可视化。基于以上关键技术,研发中小河流洪水预报智能调度平台,该平台已在示范流域安徽屯溪得到应用,并推广至南京秦淮河以及福建漳州等流域。

水文模型的服务化封装方法研究与应用

针对异构水文预报模型复用程度低、共享应用困难等问题,提出了一种水文模型服务化封装和组合方法,通过设计标准化服务描述、操作和部署等封装接口,完成对水文模型的数据-算法-模块-模型多粒度拆分与服务化封装。以栅格新安江模型为例进行模型服务化封装,并在屯溪流域进行了应用验证,验证结果表明,该方法能有效提升水文模型算法和模块的灵活组配能力,提高了模型资源的复用率,实现了面向业务应用需求驱动的模型动态配置技术,可为水文模型服务化封装及共享应用提供基础支撑。

基于时空特征挖掘的流量过程智能模拟方法

为减轻洪水灾害事件可能带来的严重后果,实现对流量的及时、准确预测,提出一种基于时空特征挖掘的流量过程智能模拟方法。该方法首先从空间角度入手,建立测站之间的拓扑结构关系;再利用图卷积网络进行空间挖掘;最后利用门控循环单元进行时序挖掘。试验结果表明,基于时空特征挖掘的流量过程智能模拟方法比基于单一特征的模拟方法效果更好。

基于DDES的离心泵蜗壳内部涡动力学研究

为研究离心泵蜗壳内部涡结构、涡演化的过程,基于DDES湍流模型和涡动力学的涡量对离心泵多工况下的旋涡运动进行非定常数值模拟。研究表明:对比外特性数值预测和试验数据,两者差值在允许的范围内,表明延迟分离涡方法的可靠性;对比涡量云图,DDES湍流模型较RNGk-ε湍流模型能清晰地看到由大旋涡破裂而成的小旋涡,能更好地模拟精细流场结构;蜗壳内的旋涡主要集中在进口和隔舌附近,旋涡随着流体一起运动,在运动的过程中,大旋涡破裂为许多小旋涡,同时涡量逐渐减小;随着流量的增加,流道内旋涡的分布范围逐渐减少,同时涡量也逐渐减小;在蜗壳第三断面处,沿径向取3个压力脉动监测点,发现随着直径的增大,压力脉动幅度逐渐减弱,同时隔舌位置的压力脉动远大于蜗壳其他位置。

基于子序列全连接和最大团的时间序列模体发现算法

针对时间序列模体发现算法计算复杂,并且无法发现多实例模体的问题,提出基于子序列全连接和最大团的时间序列模体发现(TSSJMC)算法。首先,使用快速时间序列子序列全连接算法求得所有子序列之间的距离,生成距离矩阵;然后,设置相似性阈值,将距离矩阵转化为邻接矩阵,构造子序列相似图;最后采用最大团搜索算法从相似图中搜索最大团,最大团的顶点对应的时间序列为包含最多实例的模体。在公开的时间序列数据集上进行实验,选用已有的能够发现多实例模体的Brute Force和Random Projection算法作为对比对象,分别从准确性、效率、可扩展性和鲁棒性对TSSJMC算法进行分析并获得了客观的评判结果。实验结果表明,与Random Projection算法相比,TSSJMC算法在效率、可扩展性和鲁棒性法方面均有明显优势;与Brute Force算法相比,TSSJMC算法发现的模体实例数量虽略低,但其效率和可扩展性都优于Brute Force算法。因此,TSSJMC是质量和效率相平衡的算法。

建设数字孪生秦淮河实现流域管理“四预”能力

数字孪生秦淮河通过高效获取海量流域数据,对物理流域进行网格划分,构建河流、湖泊、水库、水闸等水利对象的关联网络,形成面向业务主题的知识图谱,支撑物理流域到数字镜像空间的映射;依托多模型解耦与耦合技术,实现面向多业务场景的模型灵活组装和网格嵌套计算;通过知识驱动的“四预”智能应用,实现传统的要素预报向影响预报转变,传统的阈值预警向风险预警转变,预演过程的正向推演反向溯源,基于预演形成多个预案并选择最优预案,支撑流域精细管理和精准决策。

南水北调东线泵站(群)运行监控数据标准化研究

针对南水北调东线各梯级泵站现场运行监控数据监测方式、数据格式、采集频率等存在较大差异,造成大量监控数据无法得到有效整合利用的问题,结合南水北调东线工程远程控制、运行调度管理、泵站优化调度分析、泵站状态分析和故障诊断等业务数据需求,研究提出南水北调东线泵站(群)运行监控数据标准化的内容范围、要素单位、取用精度和采集频率及操作要点,为南水北调东线梯级泵站运行监控数据的集成和进一步应用提供技术基础。

三种机器学习模型在太湖藻华面积预测中的应用

基于2014—2018年太湖气象水文水质数据与卫星遥感数据,分别采用支持向量机(SVM)、长短记忆神经网络(LSTM)、极端梯度提升树(XGBoost)模型模拟全太湖、贡湖、南部沿岸区、中西北湖区的蓝藻水华(简称藻华)面积。结果表明:(a)XGBoost全太湖与分区藻华面积回归模型模拟效果较好,其次是SVM、LSTM回归模型;不同时间尺度下SVM、XGBoost回归模型对全太湖藻华面积模拟结果偏小,但有效模拟了藻华的发展趋势。(b)XGBoost分类模型在全太湖、中西北湖区模拟准确率较高,优于SVM、LSTM分类模型;在贡湖、南部沿岸区,3种分类模型准确率均较高。(c)以当天、提前1 d的气象水文水质因子作为全太湖与分区藻华面积模型输入,XGBoost回归与分类模型模拟精度较高、稳健性较好,预测应用情景较好。

基于时域卷积网络的水文模型

水位预测是防洪预警工作的辅助决策支持。为了进行准确的水位预测,为预防自然灾害提供科学依据,提出一种结合改进的灰狼优化(MGWO)算法与时域卷积网络(TCN)的预测模型MGWO-TCN。针对标准灰狼优化(GWO)算法存在早熟停滞的不足引入差分进化(DE)算法,扩展灰狼种群的多样性;改进灰狼种群更新时的收敛因子和变异时的变异算子,以自适应的形式对参数进行调整,提升算法的收敛速度,均衡算法的全局与局部搜索能力;利用MGWO算法对TCN的重要参数寻优,提升TCN的预测性能。将MGWO-TCN预测模型用于河流水位预测,预测结果的均方根误差(RMSE)为0.039。实验结果表明,与对比模型相比,MGWO-TCN预测模型具有更好的寻优能力和更高的预测精度。

组合式水文模型建模方法综述

近年来,模型组合已成为环境管理中的普遍概念。组合式水文模型将传统水文模型拆分、封装为组件,并集成为更灵活的模型系统,为水资源管理决策提供水文、生态、经济等方面的信息支持。首先从传统水文模型的可靠性与固有性出发,分析更具异构性与可变性的灵活的组合式水文模型的优势。然后基于物理过程和基于功能两个角度,总结了将水文模型拆分为组件的方式和类型。接着结合软件工程领域的耦合概念,归纳分析组合式水文模型建模中建模方法、建模框架及接口标准3个方面的耦合方式。最后从应用层面,对组合式水文模型的思想进行归纳,并基于事理图谱构建技术,实现水文物理机制的梳理与表达。

Collimated LaBr_3 detector response function in radioactivity analysis of nuclear waste drums

The properties of a Lanthanum bromide(LaBr3)detector and its response functions were investigated via experiments and simulations in this paper.The LaBr3detector had good relative energy resolution and higher efficiency than a high-purity germanium detector.Monte Carlo and other numerical methods were used to calculate the efficiencies of a LaBr3detector with a square collimation window.A model of the numerical method was established based on a pure geometric model that was consistent with the experimental situation.The results showed that the detector response functions calculated by these methods were in great agreement with experimental results.

多形态氚的环境行为及辐射评价系统研究进展

氚是核工业发展中向环境排放的主要放射性核素之一,且随乏燃料后处理厂、聚变堆等系统的实施,涉氚量将大幅度增加,可能会对环境和公众带来一定的辐射影响.氚形态多样、环境行为复杂且易受环境因素影响,需针对性开发评价系统对环境氚水平及公众辐射剂量进行准确评价.本文系统总结了氚基本特点、不同设施涉氚特点及氚环境行为特性,论述了氚辐射环境评价系统研发现状.在我国先进核能与后处理技术蓬勃发展背景下,在多形态氚的多介质环境迁移转化规律掌握、自主化氚辐射环境评价系统开发与验证、氚辐射环境评价标准体系建立等三个方面提出了研究建议.