基于GRU-CNN双网络输出构建BP模型的径流预测方法

提高径流预测精度是避免洪水灾害发生的重要手段,由于预测阶段并无已知有效样本,给预测工作带来难度,因此,提出以双网络输出为预测阶段提供数据参考,结合训练阶段双网络输出与真实值之间的关系,对预测阶段采用二次多变量建模实现径流预测。首先,构建GRU和CNN深度学习网络,同步输出2条径流预测序列;其次,在已知时段内,构建2条预测结果与实测值之间的多变量BP模型;最后,基于双网络输出预测值,通过确定的BP模型输出径流预测结果。经测试,该方法给预测时段提供了可靠的先验样本,高效学习了网络输出与真实值之间关系,预测精度显著提升。

绿色屋顶对屋面径流污染的控制效应

研究设计了4种屋顶:沥青屋顶、基质屋顶、草坪屋顶和模块屋顶。将种植了绿色植物的草坪屋顶和模块屋顶称为绿色屋顶,并对各屋面径流的水质进行了监测。结果表明,以沥青屋顶为对照,草坪屋顶能消减暴雨径流量50%左右。基质屋顶、草坪屋顶和模块屋顶的屋面径流中NH3-N、PO43--P和TP浓度较沥青层顶低,而NO3--N和TN浓度较高。污染物输出负荷中,除TN、NO3--N外其余污染物都有所削减,其中绿色屋顶对NH3-N、TP、TDP和PO43--P负荷的去除率分别达到75.35%、65.16%、83.02%和94.77%。草坪屋顶和模块屋顶径流中磷素主要以颗粒态存在,其颗粒态磷占总磷的88.95%和74.7%,而氮素主要以溶解态形式存在,颗粒态氮占总氮的26.88%和1.61%。

都市农业区域暴雨径流磷素输出特征研究——以上海市新场镇果园村为例

为了进一步阐明果园区小流域典型降雨磷素随径流的输出规律,并为果园区域化肥减量化提供一定的科学依据。于2009年7-8月对上海市南汇区新场镇具有代表性的都市农业区降雨径流过程进行连续监测,同步监测径流过程中总磷、磷酸盐和颗粒态磷的非点源输出过程与负荷。研究表明:3次暴雨过程的降雨量和径流量变化趋势大致相同。总磷(TP)和颗粒态磷(PP)浓度的变化趋势表现出随流量变化的特征,总磷和颗粒态磷浓度随降雨径流上升趋势极为显著,随后趋于稳定,磷输出峰值均发生在径流峰值之前。3次暴雨事件中,颗粒态磷输出的平均值分别为6.38mg/L、7.65mg/L和4.12mg/L,其对应的TP平均值分别为7.88mg/L、8.92mg/L和5.36mg/L,PP输出占TP的比例是76.9%～85.5%,颗粒态磷素流失量显著高于溶解态磷素。降雨强度对磷素的流失负荷影响显著,当降雨量为149.5mm的最强降雨时TP的输出负荷为108kg/hm2,占总输出负荷的65.69%。

滇中地区4种覆被类型地表径流的氮磷流失特征

采用径流小区研究自然降雨条件下,滇中地区4种覆被类型(荒坡灌草丛、云南松林、针阔混交林、桉树人工林)2010年雨季的径流量、泥沙输出量、氮磷流失量及动态变化特征。结果表明:年累积地表径流量和泥沙输出量荒坡灌草丛(7.14m^3/hm^2,0.06kg/hm^2)显著低于其它3种覆被类型,针阔混交林(29.38m^3/hm^2,0.31kg/hm^2)显著低于云南松林(46.26 m^3/hm^2,0.79kg/hm^2)和桉树人工林(49.18 m^3/hm^2,1.66kg/hm^2),云南松林和桉树人工林无显著差异;4种覆被类型降雨—径流呈对数关系,变率dy/dx大小顺序为荒坡灌草丛<针阔混交林<云南松林<桉树人工林;荒坡灌草丛、针阔混交林、云南松林和桉树人工林溶解性TN流失量分别为5.24,15.96,26.61,46.5g/hm^2,颗粒态TN流失量分别为8.83,8.59,69.15,88.57g/hm^2,溶解性TP流失量分别为0.19,0.90,1.52,4.89g/hm^2,颗粒态TP流失量分别为0.44,2.31,4.73,12.04g/hm^2,各覆被类型之间均存在显著性差异,其中桉树人工林氮磷流失显著高于其它覆被类型,表明结构单一的人工林控制水土流失能力较差;4种覆被类型氮磷流失量与地表径流量、泥沙输出量均呈极显著正相关关系,且以泥沙结合态为主,因此控制泥沙输出是减少研究区面源污染负荷的重要措施。

植物原位阻截铅锌矿区土壤重金属效果和配置模式研究

为了研究铅锌矿区植物原位阻截土壤废渣重金属效果和配置模式,采用多种植物栽培和径流小区收集水样测定的方法,3年生植物的研究结果表明:苎麻、苦楝、构树可降低废弃尾沙坝地表径流水中重金属Pb负荷输出9.04%～9.64%。栾树、构树、芦苇、苦楝、刺槐可降低地表径流水中重金属Cd负荷输出67.0%～75.86%,构树、高羊茅、刺槐、栾树、芦苇、狗牙根、五节芒可降低地表径流水中重金属Cu负荷输出52.64%～70.97%,刺槐、女贞可降低地表径流水中重金属Zn负荷输出74.99%～78.35%;在重金属污染林地,刺槐可降低地表径流水中重金属Pb负荷输出40.96%,苦楝可降低地表径流水中重金属Cd负荷输出60.42%。构树通过植物富集,可以使铅锌尾矿区尾沙中Pb、Cd、As、Zn的含量分别降低31.87%、41.28%、29.48%、38.45%;女贞可以使铅锌尾矿区尾沙中Pb、Cd、As、Zn的含量分别降低27.31%、39.52%、33.47%、27.59%。植物原位阻截和修复重金属机理一是植物富集了土壤中重金属,二是植物使土壤中重金属形态发生了变化,这种机理有待进一步研究。

坡地径流与溶质输出研究进展

坡耕地是我国水土流失的重要策源地,也是农业面源污染重要污染源。坡地径流和溶质输出是水土流失及其面源污染的一个重要过程,也是坡地农业生态系统水和物质循环的一个重要过程。坡地水文过程和溶质迁移转化不仅是土壤学近期的重点研究内容,也是需解决的资源环境问题之一。文章从坡地降雨水文过程的地表径流、壤中流和地下径流的输出研究,壤中流模拟研究以及坡地降雨条件下土壤溶质运移模拟等3个方面总结了国内外坡地径流与溶质输出的相关研究结论。同时指出:(1)红壤坡地地表径流、壤中流和地下径流的输出特征及规律还有待进一步研究。(2)对于土壤溶质运移模拟研究,现有成果主要是研究径流和溶质在土壤中的垂向运移,而对其输出过程却很少研究,尤其是坡面径流和土壤溶质分层输出的耦合关系还没有深入的研究。(3)土壤溶质运移理论的研究亟需从封闭的室内土柱试验扩展到野外大田观测,以获取足够的数据资料来确切地描述溶质运移过程,使理论研究与生产实际问题联系得更紧密。(4)同位素方法应用、野外长期定位试验和模拟模型是未来坡地径流与溶质输出研究需加强的几个方面。

江淮丘陵区典型农业小流域磷素输出时程变化特征

以安徽省滁州市花山流域为例,开展水量与地表径流磷素浓度同步监测,研究了江淮丘陵区典型农业小流域总磷浓度和输出负荷的时程变化特征和不同连续天数最大输出负荷占全年负荷的比例特征。研究结果表明:花山流域总磷浓度年内变化对于降雨径流过程存在响应关系,年内总磷浓度汛期普遍高于非汛期;流域总磷输出负荷在年中呈现脉冲式输出特点,且输出主要集中在夏季汛期的雨洪时段,在不到全年10%的时段内,花山流域的总磷输出负荷占到全年输出负荷的50%以上。

密云水库小流域非点源污染负荷估算研究

采用Johnes输出系数法以及SCS径流曲线和通用土壤流失方程估算法,对密云土门西沟小流域非点源污染负荷进行估算。结果表明,土门西沟小流域内附着态污染负荷的输出量是溶解态污染物输出量的3倍多,而附着态污染物输出量的大小主要由土壤侵蚀量决定,因此,控制流域内非点源污染的关键是加强该区的水土保持防治工作。Johnes输出系数法可用于观测资料比较缺乏的流域,而SCS径流曲线和通用土壤流失方程估算法除了可以估算总氮、总磷的含量外,还能分别估算出溶解态氮、磷和附着态氮、磷的量,使得防治非点源污染的措施可以更加有针对性。

滇池流域4种典型次生林径流养分输出特征及机理

2013年5-10月通过野外群落调查和室内分析的方法对滇池流域4种典型次生林(华山松林、云南松林、针阔混交林和常绿阔叶林)径流、土壤养分含量和输出量及枯落物淋溶量进行初步研究,旨在了解不同次生林径流养分含量和流失量差异及机理,研究结果表明:4种次生林,径流养分含量存在显著差异(P<0.05),且总氮、总磷、铵氮含量以常绿阔叶林最高;土壤中总氮和总磷含量随土壤深度的增加而降低,常绿阔叶林土壤铵氮含量以表层最低;4种次生林枯落物蓄积量以常绿阔叶林最大,为11.98t/hm2,云南松林最小,为7.31t/hm2;枯落物未分解层和半分解层分别在浸水4h和2h后基本达到养分淋溶饱和状态,饱和状态时枯落物总磷、总氮、铵氮淋溶量均以常绿阔叶林最大,且未分解层分别为2.47,28.06,8.06g/kg,半分解层分别为1.17,16.05,3.69g/kg,枯落物淋溶作用是导致4种次生林径流养分含量差异的主要原因,半分解层因淋溶速率大从而在次生林径流淋溶中起着最重要作用;总磷、总氮、铵氮输出量以针阔混交林最大,分别可达0.109,2.153,0.339mg/m2;常绿阔叶林因郁闭度和枯落物蓄积量大,能减小地表径流量,并有效控制总磷、总氮、铵氮等养分的流失。

基于随机动态规划的混合式抽水蓄能电站水库中长期优化调度研究

针对水库天然径流的不确定性,在描述径流随机过程的基础上,建立了混合式抽水蓄能水电站水库发电量期望值最大的中长期随机优化调度的数学模型。以发电流量和抽水时间为决策变量,采用双决策变量随机动态规划对模型进行求解。以白山混合式抽水蓄能电站为例进行实例计算,发现抽水时发电量的期望值从不抽水时的2.165×109kW·h增加到2.463×109kW·h,保证出力比不抽水时增加了约12MW,调度周期内各时段的水位也比不抽水时有所提高。将随机模型与确定性长系列法建立的模型进行了比较分析,通过实例对比发现随机模型取得的结果更优且更能反映天然径流的随机性,更符合实际。

深圳市光明新区城区径流污染负荷估算研究

针对深圳市光明新区城区径流,采用SCS径流曲线模型对其SS、COD、TN及TP等污染负荷进行了估算。结果表明,光明新区城区径流污染负荷中,SS、COD、TN、TP的污染负荷量分别为18527.8、11023.81、197.29和91.58 t,其中COD的排放负荷已超出其收纳水体茅洲河环境容量6.0倍,COD和SS的年输出系数值也明显高出同类城市,SS和COD为该地区降雨径流中的主要污染物。

不同土地类型氮磷的输出及富营养化风险分析

在自然降雨条件下研究澄江尖山河流域4种不同土地类型输出地表径流的TN、TP、NO3--N、NH4+-N及溶解态磷(DP)的特征,并利用TN/TP和Inorganic-N/DP、NO3--N/DP、NH4+-N/DP等比率对4种土地类型输出径流的养分限制性和富营养化风险进行分析。结果表明,不同土地类型在防治不同土壤养分流失的能力上存在差异,NO3--N、NH4+-N、DP的输出浓度随着径流中TN、TP浓度的增大而增大;人工林和次生林输出的径流对抚仙湖水生自养生物的生长具有磷元素限制性,坡耕地输出径流的限制性不明显或受氮、磷元素共同限制,灌草丛输出的径流表现出氮元素限制性;4种土地类型输出的径流皆存在富营养化风险,且灌草丛输出径流的风险水平最低;次生林及灌草丛输出径流的各种N/P比受降雨量调控,降雨量、产流量及产沙量对人工林输出径流的各种N/P比影响不大,但对坡耕地输出径流的各种N/P比有重要影响。

滇池流域退耕区植物群落构建对地表径流污染物的削减效应

为探索不同群落的构建在滇池流域的实际应用,以确定削减污染物最优植物群落的配置方式,该研究选取地表径流悬浮物(SS)、COD含量、总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH_4^+-N)、硝氮(NO_3^--N)六个指标作为主要的分析对象,在滇池流域退耕区开展了不同植物群落配置对地表径流污染物削减效应的试验研究。结果表明:三个植物群落对SS、COD、TN、TP、NO_3^--N在2014年和2015年间均表现出显著性的削减趋势,且三个植物群落对SS、TP和NO_3^--N的削减率均在45%以上,但并未对NH_4^+-N表现出削减效果。不同植物群落对污染物的削减效应存在一定的差异性,但是三个不同群落与年度的交互作用对SS、COD、TN、TP、NO_3^--N五个养分指标的削减并没有表现出显著的差异性。从整体上来看,三种植物群落类型中,以乔-灌-草构建的立体式植物群落对地表径流污染物的削减效果最佳。

贵州山区坡耕地钾素输入与输出研究

通过田间试验和分析测试,研究了5种水土保持措施和种植制度的钾素输入与输出规律。研究结果表明：坡耕地的钾素输入与输出与施肥、作物吸收有关,还与降水、地表径流和土壤侵蚀有密切的关系。坡耕地钾素循环体系中,钾素输入主要是降雨和施肥,共输入钾素93.12-180.26 kg/hm^2,输入的钾素全部为有效钾。钾素输出主要包括地表径流、土壤侵蚀、作物吸收3个方面,输出的钾为全钾、缓效钾、有效钾3种形态。共输出全钾658.13-1 590.01 kg/hm^2,输出有效钾19.28-32.45 kg/hm^2,输出缓效钾5.05-11.94 kg/hm^2,输出的总钾达687.34-1 634.40 kg/hm^2。坡耕地每年亏缺钾素507.08-1 541.37 kg/hm^2,各种水土保持措施和种植制度亏缺程度不一样,从高到低的排列为：农民习惯〉横坡种植〉条带种植2〉条带种植1〉工程梯化。改良的水土保持措施和种植制度由于降低了水土流失及合理施肥,减少了钾素亏缺,与农民习惯相比可减少钾素亏缺49%-67%。

太湖流域果园种植面源氮磷输出强度及其定量评估方法

以太湖流域上游地区无锡阳山地区果园种植典型区域为研究对象,通过现场试验,调查了果园种植面源氮磷输出动态变化过程,计算并分析了氮磷输出强度,构建了果园种植面源氮磷输出强度定量评估模型。结果表明:取样监测期间,果园种植径流及淋溶氮磷指标变化幅度均超过200%;果园种植面源氮磷径流输出强度与其淋溶输出的变化一致,径流总氮的输出强度最高(13.201 kg/hm^( 2)),淋溶硝酸盐输出强度最大(4.077 kg/hm^( 2));所建立的评估方程能较好地反映降雨量等环境因素对果园种植面源氮磷径流及淋溶输出强度的影响情况,模拟方程的复相关系数均在0.9左右。

典型农用地降雨径流污染物输出特征

选取常熟金泾塘地区典型农用地为研究对象,通过人工降雨研究不同降雨条件下径流污染物的输出特征,并分析径流污染对河水污染的贡献。结果表明:小强度降雨径流初期污染物输出浓度最大,而高强度降雨径流污染物输出最大浓度相对滞后;污染物TN和CODMn输出总量远大于TP和氨氮,且污染物输出总量随雨强增大而增加,但并不呈线性增长关系;径流污染输出的TN和TP对金泾塘河水污染贡献较大。

亚热带典型流域C、N沉降季节变化特征及其耦合输出过程

大气湿沉降是流域生态系统水体中碳氮的重要来源,对生态系统的健康及稳定性有很大的影响。通过对江西千烟洲典型亚热带流域降雨过程的碳、氮湿沉降和径流过程的季节性动态特征进行监测分析,探讨流域沉降、径流输出的C、N耦合及平衡关系。结果表明:千烟洲香溪流域降雨径流中碳氮浓度明显低于雨水,流域大气降水中DOC浓度和TN浓度呈极显著正相关关系。香溪河流域常规水体C∶N均值为2.81,远低于根据Redfield比率得出的适宜浮游生物生长的C∶N(6.6左右),说明外源性N输入导致该流域水体环境处于N过量的状态,长期输出会提高下游鄱阳湖水系的营养化程度。降雨过程对流域碳输入输出平衡影响较小,对氮输入输出平衡的影响较大。流域湿沉降DOC年输入量为69.41 kg hm^(-2)a^(-1),TN湿沉降通量为77.23 kg hm^(-2)a^(-1),碳氮沉降水平受区域降雨量及空气污染情况控制。香溪流域生态系统截留的沉降TN占当地氮肥年均使用量的33.13%,大气降水对亚热带流域生态系统的大量营养物质输入不容忽视。

基于LSTM网络的长江上游流域径流模拟研究

鉴于长短期记忆神经网络(LSTM)非常强大的时间序列学习能力,采用K-最近邻(K-NN)模拟生成长江上游流域内54个气象站点130年的气象数据,并采用SWAT模型对4个水文站点的径流进行模拟;然后构建了基于LSTM的多输入—多输出的智能网络,研究了其对流域径流过程的学习和模拟性能。结果表明,所建立的LSTM网络对流域径流具有很强的学习能力,且随着训练数据量增加,其模拟性能明显增加。

设计代表年法在小摊水电站保证出力计算中的应用

介绍了设计枯水年法推求年调节水电站的保证出力,在已知相应水位流量关系、正常蓄水位及死水位、设计枯水年来水等情况下,通过对枯水年径流序列进行供蓄水期的划分、径流调节、水能计算等,最后得到小摊水电站保证出力,保证出力为15.19万kW。

巨型被补偿水电站装机容量选择方法的探讨

针对巨型被补偿水电站装机容量选择问题,在分析国外已建3座巨型被补偿水电站装机容量选择方法基础上,得出采用其可靠出力按照该电站有效库容占总有效库容的比值作调节作用相当有限的径流式水电站设计,是一种巨型被补偿水电站装机容量选择的有效方法。这对巨型被补偿水电站装机容量选择有较好的参考价值。