基于ArcGIS的流域水文特征分析

水文模型始终是水文科学研究的重要手段与方法之一。数字高程模型(DEM)是构成GIS的基础数据,利用DEM可以提取流域的许多重要水文特征参数。通过对DEM流域水文特征信息提取的基本原理与实现手段的研究,应用地理信息系统软件ArcGIS 9.3所提供的水文分析工具箱实现了流域水文特征信息的提取。通过提取结果与原始区域影像图的对比,证实通过DEM数据提取的流域水文特征信息与实际河流水系特征基本吻合。因此,应用DEM提取流域水文特征信息的方法是可行且有效的。

景观空间结构分析在城市水系规划中的应用

作为城市重要的生态基础设施,河流与水系的功能正常发挥与否取决于其结构特征以及格局的完善程度,而水系规划对城市河流结构与水系格局的改善具有关键作用。运用景观生态学关于廊道与网络的分析方法,将河流与水系看作水景观元素中的廊道和网络,通过计算和比较水系规划前后河流廊道与水系网络的一些指标,反映河流结构和水系网络特征的变化情况,以此评价水系规划的科学性和合理性,揭示水系规划在改善城市河流廊道的空间结构和提高水系网络的连接度方面的景观生态学本质;并以太仓市水系规划为例进行了研究。结果表明,规划后全市水系网络的连结数与最大可能连结数之比(γ)和网络中实际环路数与最大可能出现环路的比值(α)指数值分别比现状提高了30%和119%,河流廊道的空间结构得到了明显改善。对四个水利片区的研究发现各区的γ和α值具有较为明显的空间差异,γ和α值表现为现状指标值越低、城市化影响越强烈的地区,规划后其值提高的幅度越大。

流域水量调控非恒定流数值计算模型

中国逐步建成由渠道、水库、闸门、泵站等以及与自然水系组成的较为完备水资源调配工程体系,但是如何分析这些工程联控与水流运动特性的相互作用机制成为研究重点和难点.在分析了闸堰、倒虹吸、水泵、渡槽、隧道和涵洞等建筑物调控机制的基础上,详细推导了与非恒定流计算模型无缝耦合的流域水量调控建筑物的计算模式,提出并建立了耦合多类型建筑物作用下的流域水量调控非恒定流数值计算模型,能连续模拟复杂水系系统中边界条件变化情景下的水位和流量时空过程.该模型对经典算例中的树状或环状河网及闸堰调控作用的水流过程进行了模拟,结果表明具有较好稳定性和较高精度,能够应用于水资源调度、水力过渡过程研究等方面.

混合智能算法在引水冲污方案优选中的应用

考虑水质、经济和生态环境影响等因素,建立佛山水道的引水规划优化模型。利用河网水环境数学模型模拟多组引水冲污方案的水质,将输入输出数据作为样本用于人工训练神经网络;将训练好的网络嵌入遗传算法,形成混合智能算法,求解引水规划优化模型。结果表明,混合智能算法能够自动求出不同引水流量下的最优方案,精度较高,无需人工试算,运算速度快,不必对遗传算法与河网模型进行接口处理,具有普遍适用性,为求解耦合复杂模拟模型的优化问题提供了一种理想的工具。

桥梁工程跨河水准测量设计与实践

系统地分析和总结桥梁工程跨河水准测量的基本理论、方法和技术要点,对各种跨河水准测量方法的适用条件及其优缺点进行分析比较。最后,以某特大型桥梁工程的三角高程跨河水准测量为例进行了验证。

基于人工神经网络模拟弯槽段水内冰冰塞厚度分布

寒冷地区河流冬季常因冰塞问题而成灾,因此对冰塞所涉及的相关问题进行预测和预报对于防灾减灾具有重要的意义。稳封期的平衡冰塞厚度无论对于上游水位的升高还是对后期的开河均具有直接的和重要的影响,用分析型或确定型模型描述非常复杂的河冰过程所导致的冰塞厚度有相当的困难,因此冰塞体厚度描述较多采用的是经验公式,且基本为断面平均厚度。基于人工神经网络的非线形映射特征,尝试将其用于实验室中弯槽段的冰塞厚度分布预测,对数值结果的计算表明,在实际工程中可以采用该方法进行模拟预测。

耗散性流域灌区河网提取的渠系分级挖深与预制流域耦合方法

针对环状灌区渠系与平原区高差变化不明显这两种因素交织作用下的灌区高精度河网提取难题,基于地表径流漫流模型基本原理,利用ArcSWAT平台的河网提取和流域划分模块,在原始DEM和实测河网的基础上,提出了河网提取的渠系分级挖深与预制流域耦合方法,并在具有耗散特性的玛纳斯河流域进行了应用。结果表明,该方法提高了灌区河网模拟和子流域划分精度,为分布式水文模型在灌区的推广应用提供了可供参考的前处理技术手段。

CART集成学习方法估算平原河网区不透水面覆盖度

快速扩展的不透水面已成为影响高密度河网生态系统的主要因素。以平原河网城市的典型区域苏锡常地区为研究区,提出了一种基于分类与回归树(classification and regression tree,CART)集成学习的不透水面覆盖度(impervious surface percentage,ISP)遥感估算方法,利用Landsat TM数据构建多源特征集,采用变精度粗糙集进行数据约简,以获取CART决策树的最佳属性变量,结果优于传统的单一CART方法,但得到的初始估算结果中ISP高值区低估现象较为严重,借助温度植被干旱指数(temperature vegetation dryness index,TVDI)与ISP的相关性,寻找后处理规则对其进行改善。实验结果表明,经变精度粗糙集进行属性约简和TVDI后处理的CART集成学习方法估算精度明显提高,ISP估算值与ISP参考值之间的均方根误差为10.0%,决定系数为0.89,可用于平原河网地区ISP的估算。

松滋河堵支并流整治措施研究

松滋河是荆江分流入洞庭湖的最主要河流,由于分汊众多,水流分散,河道淤积,防洪形势不断恶化。因此堵支并流,缩短河道岸线就是一项可供选择的整治措施。本文采用一维可视化河网水流泥沙数学模型,对松滋河中支堵支并流,并进行河道疏浚的整治措施进行了研究。研究结果说明,该项措施可以做到不抬高上游水位,下游水位基本维持现状,疏浚河段能够长期维持,堵支疏浚整治措施基本可行。

双隐含层BP神经网络模型在老哈河水质预测中的应用

为了快速准确预测老哈河水质,采用老哈河2011-2015年水质监测数据,运用拉格朗日插值法补充缺失值,分别对化学需氧量、生化需氧量、高锰酸盐指数和总磷浓度建立Levenberg-Marquardt优化的双隐含层BP神经网络模型,利用2011-2014的数据建立训练网络,以2015年的数据进行验证与测试。结果表明:五日生化需氧量预测模型,第一隐含层节点数为4,第二隐含层节点数为12时,决定系数0.751 6(P=0.000 3),平均相对误差25.73%;化学需氧量预测模型,第一隐含层节点数为12,第二隐含层节点数为10时,决定系数0.887 5(P<0.000 1),平均相对误差27.69%;高锰酸盐预测模型,第一隐含层节点数为6,第二隐含层节点数为3时,决定系数0.854 7(P<0.000 1),平均相对误差28.90%;总磷预测模型,第一隐含层节点数为12,第二隐含层节点数为12时,决定系数0.889 2(P<0.000 1),平均相对误差17.94%。应用拉格朗日插值法对缺失数据进行补充后建立的双隐含层BP神经网络模型相对误差均小于28.90%,模型的预测效果较好,其中总磷浓度预测效果最好。通过拉格朗日插值,可以建立老哈河赤峰段甸子点位污染指标的双隐含层人工神经网络模型进行水质预测。

长兴岛引清调水与不冲流速关系研究

平原河网做为城市雨污水的排水通道,由于自身缺乏水动力,水环境恶化速度快。为维持水环境良好,河网需定期引清调水。调水过程流量的大小决定了调水效率和是否会引起河道冲刷,为此,需合理确定引、排水流量。本文以长兴岛河网为例,采用Mike21数学软件建立了长兴岛二维河网模型,对引清调水过程进行水动力计算;同时根据长兴岛河道原状土不冲流速物理模型试验结果,对比流速分布,拟定合适的限制流量。根据计算结果,排水时流量可控制在50~60 m^3/s以内,引水过程流量可控制在50 m^3/s以内,同时,在超过不冲流速的局部河段采取护底或护坡措施。

交汇河道水沙运动与河床响应研究进展

汇流是平原河网常见的河道形态,河网交汇处伴随着水流、含沙量、地形、水温、生态和环境等的突变,是控制水、沙、污染物输移的重要节点,因此了解汇流处水、沙等物质输移和特殊床面形态对日益恶化的河网水环境的综合治理有非常重要的理论和实际意义。笔者主要从交汇河道的特殊水流结构、泥沙运动规律以及河床对水沙运动的响应分别进行概述和总结,提出了目前交汇河道研究中存在的一些问题,并对交汇河道水沙运动与河床响应研究的研究方向提出了展望。

试论古代城市与河流的关系——以古都洛阳为例

河流对于一个城市选址和发展有着至关重要的地位,处理好河流与城市发展的关系,才能使这个城市接受历史的考验。洛阳作为中国古代最著名的大都市之一,它的兴衰与其洛阳盆地的河流网的关系有着密切的联系。东周时期洛阳城市的兴起,汉魏时期洛阳城市的发展,隋唐时期洛阳城市的繁荣,以及后代洛阳城市的衰败,都与河流水源有着密不可分的联系。

近50年杭—嘉—湖平原水系时空变化

基于1960s、1980s和2000s地形图水系数据，采用河网密度、水面率、河网发育系数、干流面积长度比和盒维数等指标，对杭嘉湖地区近50年水系空间分布和时间演化进行了研究。结果表明：（1）杭嘉湖地区1960s．2000s期间水系长度和面积呈衰减趋势。近50年河流长度减少了11023．33km，衰减了38．67％，水面积减小了151．58km^2，衰减了18．83％，且这种趋势在加剧；r2）支流发育系数呈下降的趋势，河网随着城市化的发展逐渐主干化。1960s二级支流发育系数为1-41，至1980s下降到1-35，下降了3．9％；1980s．2000s期间急剧下降至0．15，下降了88．6％；（3）水系变化的空间差异明显，河网密集的南部区水系衰减最为剧烈；（4）在不同下垫面条件下水系变化有各自特点。城市区水面率较小，约4．9％～9．4％，1960s以来水面率、河网密度呈减小的趋势，伴随城市化过程出现较重要的城市防洪疏浚、新挖河道工程。河网区河网密集，约2．1—5-3kin／km2，支流下降明显，干流有增加趋势以致河网主干化。典型湖区水面率较大，约17．8％～19．7％，水系格局变化相对不明显。

河网多尺度Morphing的变换方法研究

本文基于Morphing连续变形技术的一种技术探讨河网的多尺度变换方法,主要涉及对应河流间的Morphing变换和无对应河流的河流删除这两类问题。本文首先对两个不同比例尺的对应河网进行河流匹配,确定河流的对应情况,然后以较大比例尺河网向较小比例尺河网变化的方式进行河网的多尺度变换。对于在两个不同比例尺河网中对应存在的河流,采用顾及交汇点信息及河流结构信息的形状内插方法进行Morphing变换;对于仅在较大比例尺河网中存在而在较小比例尺河网中不存在的河流,则以河流的干支总长作为其重要性标准,进而依据给定的变换程度参数删除重要性较小的河流。最后,通过实验分析与对比,验证了本文方法能够有效改善河流间的Morphing变换效果,提高河流选取的准确性。