水文站知识图谱构建研究

在水文新技术研究与应用中,知识图谱为水文站非结构化数据集成、分析及应用等提供了框架,具有较大的应用价值。以国家基本水文站——寸滩水文站为例,综合运用自然语言处理及人工智能模型,探究水文站知识图谱构建全过程。水文命名实体识别采用ALBERT+BiLSTM+CRF组合模型,关系识别采用ALBERT+BiGRU+ATTENTION组合模型和模式匹配结合方式,以关系型数据库中寸滩水文站信息为补充,通过模型抽取与人工辅助相结合的方式,构建完成寸滩水文站的三元组信息并存储到Neo4j图数据库中,得到寸滩水文站可视化知识图谱。结果表明:寸滩站可视化知识图谱使实体上下位关系、属性及其约束等更加清晰,相关知识的查询更加便利。

三峡水库运用前后进出库水沙变化分析

根据三峡水库蓄水前后实测水沙资料,对三峡水库近期进出库水沙变化进行了较为系统的分析。结果表明:上世纪90年代以来,三峡水库进出库水沙均有所减小,其中输沙量减小更为明显;蓄水运用后三峡水库汛期进出库水量、沙量占全年的比例仍分别维持在76%以上和96%以上,但从年内分配变化上看,汛期进库水、沙量占全年的比例均呈减少趋势,汛期出库水量比例呈减少趋势,出库沙量比例呈增大趋势;三峡水库蓄水运用后9-10月份进出库水沙量减小较多,而枯水期2-4月份进出库流量均呈增大趋势。

基于Generalized LASSO模型的长江寸滩站年均径流突变研究

为了区分水文时间序列的趋势和跳跃变异,将基于L_1范数正则化技术的generalized LASSO模型应用于水文序列变异识别。经过识别,发现长江寸滩水文站年平均流量序列在1969年发生了向下的均值跃变。此外,趋势分析表明无论是跃变前后的子序列还是剔除跳跃成分的整个序列,均未检出显著的趋势,这说明对寸滩水文站年平均流量序列的跳跃变异假设是合理的。基于generalized LASSO模型的结果与其他突变检测方法结果进行比较,所得结论是一致的。

长江上游寸滩站卵石推移质输沙规律研究

以长江上游寸滩水文站14 a实测的卵石推移质输沙率资料为基础,对常见的卵石起动和输沙率公式进行验证。计算结果发现:各公式精度不高,不能准确反映寸滩站卵石推移质输沙规律。对实测资料进行分析整理,引入了以卵石粒径本身为变量的系数,建立了卵石起动流速公式,并对以流速为主要参数的推移质输沙率公式进行修正,建立了适合寸滩站的卵石推移质输沙率公式。验证结果表明所提出的公式具有较好的精度。

基于小波理论枯水期径流事件规律分析

采用复Morlet小波函数对长江上游寸滩水文站1950~2006年枯水极值事件1、3、7、15、30、60、90 d枯水流量系列年际变化与出现日期进行了距平、小波分析,揭示了寸滩水文站枯水极值事件变化多时间尺度的复杂结构,并根据主周期对未来变化进行了预测。结果表明,57 a来寸滩站1、7、30、60 d枯水流量系列总体上呈上升趋势,上升趋势率分别为3.31、3.88、5.33、6.25(m3.s-1)/10 a,1、7、30、60 d枯水流量系列均在2月达到极小值的比例最高,均存在6~8、10~12 a的2类尺度的周期变化规律,在尺度6~8 a中存在着9个循环交替,枯水流量持续长度呈现减弱的趋势,2007~2016年枯水流量持续高频,呈增加的趋势。

BPPR网络模型在寸滩站洪水预报中的应用

以寸滩站为例，针对建立复杂区间入流河段洪水预报系统是水文预报领域的难点、峰值预报精度是洪水预报过程的关键，采用BPPR网络模型，构建了寸滩站BPPR洪水预报模型，并预报了寸滩站2008～2010年的洪水过程。结果表明，该模型对洪峰的映射及洪水过程的模拟精度较高，预报效果理想。

三峡水库调洪运用对寸滩站水位流量关系影响

2010年7月,长江上游发生1987年以来最大洪水,长江中下游防洪形势较为紧张,三峡水库实施了自蓄水以来的首次大幅度拦洪削峰调度运用。针对重庆地区的淹没究竟是上游来水影响还是三峡水库调度运用回水所致这一焦点问题,选择近年寸滩站发生较大洪水的年份与历年综合水位流量关系线进行对比分析;再通过建立三峡水库动力学模型,模拟以流量为参数的三峡坝前水位与寸滩水位的关系,结果表明,三峡水库防洪调度运用不会对重庆的防洪产生较大影响。

长江上游寸滩站2010年“7.19”洪水预报分析

2010年7月长江上游控制站寸滩站出现1987年以来的最大洪水,洪峰流量达64 900 m3/s,是长江三峡水库建成以来的最大洪水。寸滩水文站是三峡水库的入库站,其洪水预报的时效性和精度直接影响三峡水库调度运用,长江中下游及重庆市的防汛。影响寸滩水文站洪水水位流量预报的因素较多,既受上游各干支流大江河来水组成的影响,也受下游三峡水库回水顶托的影响。在认真分析影响寸滩站洪水流量的各种因素,及时掌握水雨情资料的条件下,2010年寸滩洪水预报取得了较满意的成果。对2010年寸滩的洪水预报进行分析,为以后的洪水预报积累经验,以便更好地服务于长江防汛和三峡水库调度。

三峡水库蓄水初期寸滩站洪水预报方法研究

寸滩站作为长江上游重要控制站,承担着上游防汛和三峡蓄水的双重任务。基于三峡蓄水初期寸滩站水力学特性发生改变和该时段“高水位、低流量”现象,发现Q≤25000m^(3)/s时,寸滩受顶托显著,Z-Q关系线发生“左偏”。在此变化条件下,分别研究了平水期、涨水期的水位、流量预报方法,即先由河道演算的流量查询预报综合线得到水位预报,进而通过水位反查报汛综合线(或绳套、临时关系线)获得流量预报。平水期,依适用条件采用落差指数或多元门限回归开展预报,成果基本能够满足防汛和蓄水需求;涨水期,以“嘉陵江2021年第3号洪水”寸滩预报为例,分析了洪水组成、Z-Q关系绳套化、洪峰水位流量错时出现、水库实时调度和下游顶托等多种因素,采用多源、多尺度水文气象耦合与预报调度一体化辅以主客观融合的人工校正技术实时预警预报,支撑长江上游水库群联合调度,降低寸滩水位约1~2.5 m.研究可为长江上游秋汛防洪和保障三峡蓄水提供支撑。

1956~2018年长江上游寸滩站径流演变特征

厘清流域径流变化特征可为水资源利用开发、水环境污染整治和水旱灾害防治等提供重要的理论基础。基于1956~2018年长江上游寸滩水文站日径流资料,采用线性回归、Mann-Kendall突变检验、小波分析等多种方法,对近60 a长江上游径流的年内年际变化、突变性和周期性进行分析。结果表明:寸滩站径流主要集中在7~9月,约占全年的51.98%,且年际变化差异较大;年均径流以10.6 m^(3)/(s·a)的速率呈不显著减小趋势,该变化主要受夏季和秋季径流变化的影响;受夏季径流变化的影响,年均径流在1968年发生突变,突变后径流相对减少7.8%;年均径流变化的第一和第二主周期分别为28 a和14 a,第一主周期主要受秋季径流的影响,第二主周期主要受夏季径流的影响。研究成果可为流域水资源合理开发利用、生态规划和洪涝灾害防控等提供参考。

影响寸滩水位流量关系的水力因素探讨

寸滩水文站水位流量关系变化不仅影响重庆附近防洪形势,亦关系到三峡水库入库洪峰和水量计算的准确性。重点分析了洪水峰型、洪水形态、河道断面变化及三峡水库坝前水位等影响因素,选取长江上游多场历史典型洪水,基于实况比较及数值模拟手段,量化分析了不同水力因素影响下寸滩水文站水位流量关系的变化规律,为保障重庆市主城区和长江流域的防洪安全提供了技术支撑。

长江上游“12·7”洪水特征预报分析

2012年7月下旬长江上游出现一次强降雨过程,长江宜宾至长寿段全线超保证水位,其中,长江朱沱站出现1954年建站以来的最大洪水,洪峰流量达56 500 m3/s;长江寸滩站出现仅次于1981年的大洪水,洪峰流量达67 300 m3/s。介绍了此次洪水的发展过程和洪峰流量组成,参考洪水量级类似的"91·8"洪水和"10·7"洪水,通过洪水实况比较,对2012年长江上游最大洪水和特征及预报进行了分析,针对目前还存在的问题提出了建议,为以后的洪水预报提供借鉴,以便更好地服务于长江防汛和三峡水库调度。

基于水流功率的推移质输沙率推求方法探讨

基于水流功率的概念,从推移质泥沙运动受力平衡的原理出发,建立了推移质输沙率与水流功率的相关关系。以长江寸滩水文站实测推移质资料为例,研究了推移质输沙率与水流功率相关法的整编效果。与传统过程线法及水力因素法的比较结果表明,基于该方法建立的推移质输沙率与水流功率之间具有良好的关系,计算精度满足有关规范要求,适应性良好,且该方法可使相关关系的指数大幅降低,减少了定线的随意性。

梯级水库群运行后寸滩枯水径流水文变异特性研究

为定量分析梯级水库群蓄水运行后对寸滩枯水期(11~4月)水文变异特性的影响,采用水文变异指标法和变化范围法(IHA/RVA)对1954~2021年寸滩站枯水期日平均流量序列的水文变异特征进行了分析,并采用重标极差R/S法对IHA指标的趋势性进行了分析。结果表明:(1)梯级水库运行后,寸滩枯水期有11个IHA指标发生高度改变,4个指标发生中度改变,9个指标发生低度改变;主要表现为枯水期月均流量和最小流量不断提升;极大流量和极小流量的发生时间提前;流量逆转次数增加。(2)水库群运行前所有IHA指标表现为无偏游走或均值回复的两种状态;而库群运行后有9个指标转变为有偏游走的持续发展趋势。(3)未来寸滩枯水期1、2月流量、最小30 d流量、最大流量和流量逆转次数将持续增加;极大和极小流量发生时间将呈均值回复的发展趋势。

全球升温1.5℃和2.0℃对长江寸滩站以上流域径流的影响

基于多领域间影响模型比较计划推荐使用的4个全球气候模式GCM数据(GFDL、Had、IPSL和MIROC),分别驱动SWIM、SWAT、HBV和VIC水文模型模拟长江寸滩站以上流域径流量,研究全球升温1. 5℃和2. 0℃情景下研究区径流量变化。研究表明:(1)在全球升温1. 5℃时,水文模型和GCMs模拟的年径流量增幅分别在5. 5%～8. 3%和3. 5%～11. 4%之间;在全球升温2. 0℃时,水文模型模拟的径流量增幅在4. 8%～6. 7%,IPSL模拟的年径流量呈微弱减少趋势,HAD和MIROC模拟的年径流量分别增加6. 7%和19%。来自GCMs的不确定性分别是来自水文模型的2. 6和2. 1倍;(2)在两个不同升温条件下,月径流量集合平均的占比与基准期各月径流量的占比表现出高度一致性,但是升温1. 5℃和2. 0℃时的月最大径流量占比分别为47. 8%和40. 5%,表明在未来升温时段内,月径流量占比变化并不显著,但是极端月径流的变化较大;(3)全球升温1. 5℃时,枯、丰水期日径流量增幅分别为3%和10%,但枯、丰水期径流贡献率变化幅度都不大。全球升温2. 0℃时,枯、丰水期增幅分别为3. 6%和8%,但枯、丰水期径流贡献率都呈下降趋势。全球升温1. 5℃和2. 0℃时,50年一遇(P=2%)的洪水流量,将分别比基准期增加26. 3%和20. 7%。基准期50年一遇的洪水将可能变成20年一遇,多年平均最大日径流量较基准期也有增加。