基于遥感指数与深度学习的黄河冰凌遥感监测识别分析

黄河流域特殊的地理位置和环境因素造就了其复杂的凌情特征,及时准确掌握凌汛期间冰凌变化规律与特点是凌汛监测防治的关键任务。卫星遥感可实现黄河冰凌的大范围快速提取,目前常用的方法有遥感指数与深度学习两类,为验证和对比不同方法对黄河冰凌遥感监测识别的有效性,基于Sentinel-2遥感数据,利用归一化积雪指数及其改进形式和U^(2)-Net等三种方法对2023年黄河宁蒙段冰凌进行遥感提取。结果表明:NDSI、MNDSI、U^(2)-Net三种方法的结果分类精度分别为83.42%、87.98%和92.01%;Kappa系数分别为0.88、0.90和0.97;三种方法均对冰凌有较好的提取效果,但指数法对于流凌、清沟等其他类型的识别效果较差,浅滩处提取的边界较为杂乱,U^(2)-Net可以精确区分出清沟,提取冰凌边界的效果更好。

控制性供水湖泊旱限水位确定方法——以洱海为例

旱限水位作为干旱预警以及工程抗预案的重要指标和依据,对科学指导湖泊开展抗旱调度具有重要的作用。本文针对控制性供水湖泊的特征,在充分考虑湖泊自身生态健康稳定的同时,结合湖泊兴利调节逆序递推计算,提出了一种控制性供水湖泊旱限水位计算方法,以洱海为例,验证了该方法的合理性。结果表明:通过设定旱限水位,在考虑湖泊最小生态需求的基础上,通过在干旱前期预留水量,可有效缓解干旱年份的湖泊周边地区的严重缺水情况;在设置旱限水位后,连旱最不利年份下洱海环湖供水缺水量减少1023万m^(3),引洱入宾农业灌溉用水减少1016万m^(3),环湖城市供水、引洱入宾灌溉严重缺水月数分别减少11、10个,低于最低生态水位月数减少15个。本研究为水旱灾害防御部门制定湖泊旱限水位、指导湖泊开展抗旱调度提供了一套通用算法,能够为干旱防御决策提供科学依据和技术支撑。

基于GRO优化的VMD-HKELM月蒸发量预测方法研究

水面蒸发预测对于水库水量预测、区域水量平衡分析和水资源量核算等具有重要意义。水面蒸发量预测影响因素众多,并最终体现在随时间变化的蒸发量监测数据中。为此,基于淘金热(GRO)算法优化变分模态分解(VMD)-混合核极限学习机(HKELM)提出两种方案。方案Ⅰ先对月蒸发量时间序列分解,后划分训练集、测试集;方案Ⅱ先对月蒸发量划分训练集、测试集,再进行时间序列分解。通过一种新型元启发式算法对分解技术VMD、预测器HKELM超参数进行目标寻优并建立多种模型,采用云南省龙潭寨、西洋街水文站月蒸发量预测实例对方案Ⅰ、方案Ⅱ各模型进行检验。结果表明:方案Ⅰ各模型性能优于方案Ⅱ,各模型的拟合精度和预测精度总体上随分解分量数的增加而提高,但方案Ⅰ使用了测试集信息,导致预测精度虚高;方案Ⅱ各模型具有较好的预测精度和稳健性能,其用于月蒸发量时间序列预测是可行的,反映出客观真实的预测效果,具有较好的实用价值和意义。

泰安市蒸发量变化趋势分析与基于神经网络的预测

蒸发量是水文特征里的一个重要指标,为科学准确地分析及预测泰安市蒸发量的特点和走势,利用泰安市黄前水库、东周水库、大汶口和戴村坝4个代表性水文观测站1985—2021年的调查数据,通过Mann-Kendall检验法、滑动t检验法检测其突变特征后,使用R/S分析法预测未来蒸发量变化趋势。使用泰安站2005—2022年蒸发量日值观测数据,通过Neural-Prophet算法耦合Optuna算法建模进行蒸发量的预测,并与其他预测模型的评价指标做出比较。结果表明:泰安市年及各季的蒸发量都呈现出明显的减少趋势,且在今后的一段时期内,大部分区域都将延续这样的发展态势。模型给出的预测数据准确率很高,符合要求,可以利用到日常生产及科研指导中,为蒸发量的预测提供了一种新途径。

非接触式雷达波测流系统在桑干河七一灌区中的应用

为了提高水文测流的效率和时效,开发无人值守自动测流系统非常必要。基于自动化控制理论,设计了非接触雷达波测流系统。该系统使用非接触式雷达波流速仪作为水面流速的测量传感器,能自动完成测流过程,具备优良的差错控制和系统辅助管理功能,可有效应对七一灌区无人值守的流量自动测量难题。

岳城水库库区分布式水文模型构建与应用

岳城水库是漳卫南运河的重要控制性水利枢纽工程,对流域防洪调度和水资源配置具有重要控制作用。岳城水库2023年以前主要依据坝前水位反推入库流量开展防洪调度,2016年“7·19”和2021年“7·21”洪水表明,观台站至岳城水库坝址区间约300 km2面积的产流占入库洪量30%以上。因此,建立库区分布式水文模型预报入库洪水过程和洪水量级,以改进和提高岳城水库调度,具有重要应用推广价值。

基于GAS算法的卵砾石粒径自动识别应用研究

粒径和级配是表征床面组成的重要指标,基于GAS粒径自动识别技术可自动识别粗粒床面粒径并生成级配曲线,能够大幅提高现场采样和分析的效率。为了验证GAS的分割效果,采用GAS提供的默认参数进行分割,同时应用ImageJ软件手动分割进行验证。结果表明:GAS级配曲线的相对误差为5.7%,相关系数为0.992。另外,采用单参数和多参数敏感性分析法来标准化参数调整方案,gre、can1和can2对GAS提取的级配曲线和特征粒径有显著影响,其中gre起主导作用,而can1和can2控制着砾石边界的检测完整性。

青海湖温跃层特征及其影响因素研究

2021年6月、8月、9月在青海湖布设监测垂线,连续垂向监测水深和水温,计算青海湖热力分层参数,分析青海湖温跃层时空变化特征及主要影响因素。结果表明:青海湖水体水温时空分布存在明显差异,垂直剖面平均水温8月>9月>6月,垂向温差8月最大;水体垂直剖面均出现明显的温跃层,近岸浅水区无分层现象,水温垂直方向呈现正温分布;温跃层深度从6月到9月逐渐增大,8月温跃层厚度最大,强度最高,9月温跃层厚度变薄,强度变小;监测期间温跃层深度与透明度呈正相关(r=0.801),与表层水温为负相关关系(r=-0.162),透明度和表层水温是影响湖泊温跃层的重要因素。

甘州区二坝水库水位流量监测状况与洪水调度方式研究

以甘肃二坝水库为研究对象,综合水库大坝历史防洪与除险加固情况、水库水位流量监测现状,参考2022年二坝水库控制运行计划成果资料,采用列表试算法,以1h为调洪计算时段,对校核及设计洪水进行调节计算,求得最高洪水位和相应最大下泄流量。在此基础上,结合调洪计算成果,针对正常蓄水期、防汛期、主汛期和末汛期不同阶段制定具体的洪水调度方式,以保证水库安全渡汛。

DetSegNet:一种基于检测和分割的高精度水尺水位检测网络

为了克服传统水位测量方法中水位边缘粗糙和检测精度不足的问题,提出了一种高精度的水尺水位检测网络——DetSegNet。DetSegNet在网络结构、损失函数等方面对YOLOv4和DeepLabv3+算法进行了改进,并将水尺刻度识别、水体区域分割、水位线检测和水位值计算等模块进行有效结合,实现了对水尺与水体交界区域的高效定位和精确分割。实验结果表明,DetSegNet在水尺图像数据集上的检测精度和速度均优于传统的检测方法;现场测试表明,DetSegNet的水位检测误差小于1 cm,满足水文监测的精度要求。

呼图壁河石门水文站测次精简分析

以新疆呼图壁河流域的代表站石门水文站为例,综合流域水情实际及水文站测验断面状况,在原有观测项目及测次基础上,提出测次精简调整方案,从流量观测和悬移质泥沙方面对测次精简依据分析。结果可知:在满足流量测验和推算径流量精度原则下,结合实际情况,主要对每年4-9月的测验项目进行测次调整。将原有的流量测次65次、悬移质单沙测次221次和悬移质输沙率测次19次,调整为流量测次47次、悬移质单沙测次148次和悬移质输沙率测次14次,实现测次精简。精简依据科学合理,不影响水文测验最终成果。可极大减轻测站人员工作任务,提高测报工作效率。

太原夏季短时强降水与闪电的关系及应用

利用太原地区夏季三维闪电定位系统的2017—2021年闪电数据、小时降水量及国家站10 min降水量,分析短时强降水日的闪电特征,并将短时强降水站点与前1 h的闪电密度进行空间叠加。结果表明,短时强降水日闪电以负闪为主。负闪密度远大于正闪密度,且有明显的空间差异,负闪密度中心主要位于尖草坪北部和阳曲县南部。闪电频数峰值比10 min降水量峰值提前10~60 min,且闪电频数峰值(大于等于50次/10 min)及其后的20 min内闪电频数陡降其峰值的一半或以上,这对短时强降水有更好的指示作用。短时强降水站点与前1 h的闪电高密度区有很好的对应关系,且大多分布在闪电密度梯度相对较大的地区。当太原地区闪电频数大于100次/h时,闪电密度大于等于0.1次/km2·h对短时强降水落区预警命准率较高。

基于商用微波链路反演降雨的空间插值方法对比研究

为探究适宜于商用微波链路降雨监测数据的空间插值方法,基于无线微波雨衰特性经验模型,分析不同线状降雨数据转换为点状降雨数据情景下,反距离权重法、克里金法和趋势面法对降雨空间插值的反演精度。研究结果表明:微波链路越密集,条数越多,其趋势的一致性越好;在微波线状数据转换为点状数据的五种情景中,将微波链路以200m为间隔概化为具体的降雨监测点时,空间插值效果较好;趋势面法的空间插值效果较好,反距离权重法次之,克里金法最差。研究结果明晰了线状降雨数据转换为格网型空间数据的原则,为商用微波链路组网构建空间二维雨量场提供了支撑,对提高线状降雨监测产品兼容性具有重要意义。

复杂环境下结合EMD的GPS-IR水位反演方法

利用法国布雷斯特(Brest)港BRST测站和英国塞文大桥监测系统GNSS双频观测数据,分别在静态和高动态环境下进行GPS-IR水位反演,探究传统GNSS监测系统进行水位反演的可行性与精度.结果表明:L1波段反演精度高于L2波段;在静态场景下,GPS-IR水位反演结果与验潮站数据相关系数大于0.98,在高动态场景下,桥梁GPS-IR水位反演精度稍低.利用经验模态分解(EMD)方法对算法进行改进,提高了在桥梁复杂环境下GPS-IR水位反演结果的精度,均方根误差(RMSE)相比经典方法降低约50%.本文方法提高了GPS-IR技术在不同水域环境下的适用性,在水位监测中具有很好的应用前景.

基于数字图像处理技术的粒径筛分方法综述

非固结颗粒的粒度分布在河床或海床稳定性分析、沉积物输移以及沿海扩散等方面发挥着重要作用。随着图像处理技术的发展涌现出了许多数字图像筛分方法。本文依据数据处理结果的维度将数字图像筛分方法分为二维数字图像粒径筛分方法和三维数字图像粒径筛分方法。首先,根据二维数字图像粒径筛分方法所依赖的核心算法将其进行了分类并总结了每种方法的适用性和不足。其次,分析了三维数字图像粒径筛分方法并总结了其存在的不足。最后,依据各个方法优缺点提出了“几何”粒度筛分方法和“人工智能”粒度筛分方法相融合的新构想,即前者为后者提供标记训练集,经过训练后后者可以快速适应新环境的数字筛分任务。

H-ADCP在沿海川东港闸水文站的比测率定研究

通过分析率定H-ADCP与流速仪及移动ADCP之间的关系,分析确定H-ADCP在沿海挡潮闸川东港闸水文站的应用范围,以实现范围内的流量报汛和整编应用,达到流量实时在线的目的。经过比测率定,得到代表流速V_(cp)和断面平均流速V的关系公式:V=1.050Vcp,同时根据规范进行高水上延及低水下延,最终确定H-ADCP代表流速应用范围为0.10~1.61m/s。

FFZ-01Z型自动蒸发器比测分析与提高精度的可行方法

将兴化水位站FFZ-01Z自动蒸发器自动监测数据与E601水面蒸发器人工观测数据(245组)进行比测分析,论证自动蒸发器的可靠性。为提高自动蒸发监测数据的精度,基于数理统计,对汛期的数据采用一元线性回归分析,非汛期的数据采用偏态分布拟合,通过同频率求得对应的理论值。结果表明:处理后的数据平均绝对误差为0,期望值符合人工观测序列,有良好相关性且可减小离散程度,能够满足自动监测需求,该方法为解决精度问题提供一种可行思路。

兰溪桥水库1963—2021年降水时空演变规律分析

根据兰溪桥水库1963—2021年的逐月降水量,采用气候倾向率法、滑动平均法、Mann-Kendall检验法对兰溪桥水库的年降水量以及四季降水量的趋势性和突变点进行分析。研究表明兰溪桥水库年降水量气候倾向率为21.41 mm/10 a,总体呈现上升趋势,且上升趋势不显著。年降水量存在突变性,突变点在2000年。降雨量年内分配不均,春、夏降雨多,秋、冬降雨少。春、夏季降雨量占全年降雨量的81%,秋冬只占19%。

托克逊站HHSW-NUG-1型自动在线光电测沙仪比测分析

为提升水文泥沙测验自动化水平,加强新技术使用,基于托克逊水文站测验断面基本情况,在分析河道径流泥沙特性的基础上,采用人工比测的方式,建立同位置点自动测沙仪含沙量与人工含沙量关系,采用自动测沙仪示值与断面平均含沙量建立相关关系进行率定分析,提出HHSW-NUG-1型自动在线光电测沙仪在托克逊水文站测验中数据准确,性能稳定,完全可以替代人工采样方法,可为该仪器在新疆河流测验中的使用提供借鉴。

视频测流技术在汤溪水文站的应用研究

该文介绍了武大AiFlow视频测流技术在汤溪水文站的应用结果,以汤溪水文站2023年10月—2024年1月走航式ADCP实测结果与武大AiFlow视频测流数据进行率定分析,结果表明:断面流量系统误差为0.08%,随机不确定度为13.50%,关系曲线检验中的符号检验、适线检验、偏离数值检验均合格,符合《水文资料整编规范》(SL/T 247—2020)的规定要求,实现了水库出库流量的自动化监测需求,为现代化水文站建设及智慧水利数字孪生系统发展提供了有力支持。