小型水库预报预警系统研发与应用

针对小型水库洪水预报预警研究不足问题,以构建的分布式水文模型、缺资料地区参数移植技术,以及小型水库防洪预警方式与指标体系、预警方案编制等为支撑,利用Java语言、Vue技术、ElementUI组件、EChart组件、Spring Boot、JSON数据交互等技术,设计开发了一套基于B/S架构的标准化、通用型小型水库预报预警系统。介绍了系统的设计模式及功能结构,阐述了基础信息展示、洪水预报、防洪调度、洪水预警、数据管理、基础空间地理分析等主要系统模块的设计,以及系统开发关键技术。以在安徽省的应用为例,展示了系统具备的可靠性、灵活性与实用性。

基于Vine Copula的梯级水库短期发电调度风险估计

基于能准确描述高维变量相关关系的Vine Copula,考虑短期径流预报误差的空间相关性,构建了梯级水库短期发电调度风险估计模型,并将模型应用于长江上游溪洛渡、向家坝和三峡水库,分析了径流预报误差带来的单一水库、梯级水库短期发电调度风险。结果表明:基于C-vine Copula构建的联合分布能较好地描述屏山站、朱沱站、寸滩站和武隆站的日径流预报误差特性;随着水库可调节安全区间范围增大,单一水库发电量不足风险率、弃水风险率均越来越小,梯级水库发电量不足、弃水联合风险率和同现风险率越来越小,即水库调节库容越大,其承担的风险也就越小。

基于机器学习的碳酸盐岩油藏地层压力预测

地层压力涉及到开发方式、配产配注等调整,是油田开发过程中极为重要的参数。但获取地层压力需要关井进行压力恢复,操作繁琐,数值模拟法工作量大且计算耗时,现有公式法不太适合采用复杂工作制度的碳酸盐岩油藏。基于相关性计算和主成分分析等数据预处理过程,结合精英策略遗传算法和支持向量回归模型(SEGA-SVR),建立了基于数据驱动的地层压力预测模型。SEGA-SVR模型在训练集决策系数得分为0.97,均方根误差为0.04;测试集决策系数得分0.95,均方根误差为0.05,对邻区验证井也有较好的表现。SEGA-SVR模型的性能与SVR模型相比有了很大提高,与其他机器学习模型相比,总体来说表现最优。研究结果表明,SEGA-SVR模型无需关井即可预测实时地层压力,且通过遗传算法调参省时省力,数据驱动的方式可更好适应复杂情况。同时该模型具有较好的泛化性和稳定性,预测效果较好,为碳酸盐岩油田地层压力预测提供了新方法。

小型水库洪水预报模型研究及应用

针对缺资料地区小型水库入库洪水预报难的问题,构建了一种小型水库入库洪水预报模型,其产流模块采用SCS模型,汇流模块采用地貌瞬时单位线,模型参数基于高精度地形地貌数据确定,不依赖于实测流量资料进行模型参数率定,并在安徽省永堌水库进行了应用。采用1818号台风“温比亚”期间永堌水库强降雨洪水进行了验证分析,应用结果表明,构建的模型对该场次洪水过程两次洪峰模拟值与专家反推的入库洪峰较为一致,相对误差分别为3.2%和-11.8%,均在±20%以内,峰现时差均为0,径流深模拟相对误差为-19.2%,确定性系数为0.949,说明建立的小型水库入库洪水预报模型对本次降雨洪水模拟效果较好,对其他小型水库入库洪水预报具有较好的参考和借鉴意义。

基于集合Kalman滤波的中长期径流预报

为降低中长期径流预报的不确定性,增加水电站水库的发电效益,针对现有方法侧重于提高单一预报模型确定性预报结果的准确性以降低径流预报不确定性的问题,提出一种基于集合Kalman滤波的入库径流确定性预报方法。以旬为预见期的锦西水库实例验证结果表明:相比传统的单一预报模型和传统的信息融合预报模型,基于集合Kalman滤波的中长期径流预报可使RMSE降低4.78 m^(3)/s,合格率可提高0.56%,且更有效地降低了汛期预报的不确定性,得到了更加准确、可靠的确定性径流预报结果,可为开展流域梯级水电站优化调度提供技术支持。

顺北油气田断溶体油藏产量预测模型研究及应用

Arps递减曲线方程是油气田开发初期产量预测中应用较为普遍的方法,基本是参考类似油藏拟合参数以定压差生产为开发政策指导进行产量预测,对于顺北断溶体油藏地层压力下降明显,且储集层在地饱压差内的非线性流动特征明显,存在唯一的非线性惯性阻力,无法通过描述线性流动特征的采油指数来表征,存在误差较大、产量预测结果单一的缺点。通过分析顺北油气田产量递减特征,基于物质平衡原理,构建动态储量模型,结合顺北油气田通用产能方程和产能评价指标成果,形成了新的断溶体油藏弹性驱产量预测方法,用于指导断溶体油藏弹性驱开发阶段的生产管理,有更高的适应性和准确率,也为断溶体油藏开展产能建设方案经济评价优化、指导油井开发政策奠定了基础、提供多开发政策方案决策支撑。

基于VIC模型的三峡库区流域小时尺度实时洪水预报

VIC模型在流域面积大于3 000 km^(2)的大型流域日或月尺度洪水模拟中表现出良好的适用性,而在大型流域小时尺度实时洪水预报过程中的适用性尚未得到验证。以三峡库区大型流域为例,通过建立小时尺度VIC分布式洪水预报模型,构建三峡库区流域实时滚动洪水预报方案,将VIC分布式洪水预报模型实地化部署并应用于2022及2023年三峡库区实时洪水预报。结果表明:VIC模型应用于2014—2021年三峡库区各子流域历史洪水模拟,率定期和验证期的洪量、洪峰平均合格率均在80%以上,确定性系数均值在0.70以上,构建的VIC分布式洪水预报模型在三峡库区及其子流域洪水模拟中表现出良好的适用性;在2022及2023年三峡库区4场典型洪水的实时洪水预报中,径流深和洪峰的平均相对误差达到16.3%和5.0%,重点产流区产流量平均相对误差为7.8%,能够准确把握库区重点产流区的洪量及来水过程,因此VIC模型在大型流域小时尺度实时洪水预报中具有较大的应用潜力。

基于改进储备池计算的高精度扭秤动力学状态预测方法

在空间引力波探测任务中,超高精度惯性传感器在入轨之前必须经过地面测试与评价,悬丝扭秤是地面测试的首选装置。为了获得悬丝扭秤的精确动力学模型,以减小其固有系统误差,提出了一种基于改进储备池计算(RC)的扭秤动力学预测模型。所提模型利用注意力机制强化时间序列数据的长期依赖特征,并通过贝叶斯优化算法定位模型最优超参数空间,提高了动力学模型的预测精度。在实验室收集的扭秤转角时序数据上验证了所提方法的有效性,相较于传统RC的模型预测误差平均降低40%以上,可以为惯性传感器的地面测试提供可靠的动力学参考。

山西省汾河水库防洪调度优化模型在天气预报洪水中的应用

针对气象预报的汾河水库入库洪水过程,对汾河水库开展防洪调度优化设计,有利于延长汾河水库防洪预案实施时间,有效减轻防洪压力。采用汾河水库防洪调度优化模型,将蓝色、黄色、橙色、红色预警级暴雨导致的汾河水库入库洪水过程进行了防洪调度优化,与原调度结果相比较,调度优化方案分别将区域蓝色、黄色、橙色和红色预警级暴雨导致的汾河水库入库洪水的下泄流量峰值分别削减了170.0 m~3/s、50.0 m~3/s、50.0 m~3/s和155.8 m~3/s,当遭遇红色预警暴雨导致的入库洪水时,汾河水库大坝安全风险由原调度方案的一级风险降低至二级。汾河水库防洪调度优化方案可有效减缓天气预报洪水情形下水库及下游的防洪压力。

李家岩水库施工期洪水预报方案编制

针对李家岩水库施工期洪水预报方案编制的技术路线和相关成果进行总结。根据李家岩水情测报系统站网选取预报依据站,结合流域地形及水系进行分块和划分计算单元,选择三水源新安江水文模型进行模型参数率定,对铁索站10场次洪水的模拟结果进行统计分析,并初步确定预报方案精度等级达到乙等。开发实时洪水预报功能进行方案验证分析并提出相关应用改进建议。由于收集的历史洪水资料年限及数量均没有达到规范要求,且存在雨量站资料缺失、水文控制站流量精度难以校核、流域未建代表性蒸发站等问题,会在一定程度上影响模型参数率定及其预报精度。期望该预报方案在实际应用中通过进一步积累洪水资料,能进行定期修订并达到较好成效。

湖泊型水库环库实时洪水预报方法研究

湖泊型水库的修建,改变了水库坝址控制流域的下垫面和河流水系结构,进而影响流域产汇流机制。针对湖泊型水库环库周边流域产汇流特点,构建了包含库面不透水产流区、环库破碎产流区的组合洪水预报模型,提出了不同分区的产汇流计算方法。以响洪甸水库为例,进行洪水模拟效果的对比分析,结果表明:组合洪水预报模型的精度显著高于整体新安江模型,确定性系数提升0.1,洪量相对误差降低5.3%,洪峰相对误差降低2.8%;组合预报模型的不透水面积,产流和汇流等相关模型参数,更为符合碎片化小流域产汇流的特性,并能较好地反映入库洪水的组成;水库水面的直接产流占有较大比重,是地表、壤中、地下径流之外的第4种径流组分。此方法可为湖泊型水库流域的实时洪水预报提供模型支撑,具备较好的应用前景。

Z气田深层储集层地球物理预测

储集层的精细刻画对于油气勘探开发具有重要意义。Z气田储层埋深大,砂岩阻抗与泥岩阻抗叠置,表现为“暗点”特征,利用常规地震较难识别储集层。本文采用基于优势道叠加技术实现Z气田深层储集层的刻画。首先,利用正演分析深层储集层的地震响应特征,明确物性差是“暗点”储集层形成的主要因素;然后,从研究目的层的井旁叠前道集出发,分析其AVO特征及不同角度范围的地震相位的稳定性,确定能准确反映储集层的相位稳定的优势角度地震道;最后,基于优势角度地震道进行部分叠加,得到岩性敏感三维数据体,实现深层储集层的刻画。通过3°~15°近道叠加-90°相移地震数据,可以较好地表征Z气田H3a储集层展布,为后续井位部署提供地球物理支撑。研究表明,优势道叠加技术可以较好表征深层河道储集层的空间展布,对相似油气田的储集层刻画具有一定的指导意义。

基于气象水文耦合的水库实时洪水预报方法

以水库实时洪水预报为研究对象,针对中小流域预见期短,流域天然预见期难以满足水利工程生产要求的问题,研究水库实时洪水预报方法,构建基于气象水文耦合的水库实时洪水预报模型。首先,采用短时临近外推技术及STMAS-WAF中尺度天气模式,建立24 h降水预报模型;然后将气象预报成果耦合至水文预报,实现气象水文的时空尺度匹配;最后建立基于来水预报成果反馈的降水预报修正方法,根据前期规律滚动修正未来24 h降水预报成果,将修正后的降水预报输入水文模型,实时预测水库来水,使水文模型从源头上实现准确输入,实现高精度长预见期的水库实时洪水预报,解决了传统水文模型预见期不足的问题。以新安江水库为例开展了模型的实例研究,编制新安江水库气象水文耦合预报方案,进行水库实时洪水预报,并探讨不同降雨输入形式对预报精度的影响,研究结果表明:基于气象水文耦合的水库实时洪水预报方法考虑了气象水文的双向反馈,将新安江水库实时洪水预报预见期从6 h左右提升至18 h,确保18 h预见期内预报精度在80%以上。与不考虑降水预报及使用未修正降水预报的2种传统方法的有效预见期相比,新方法的有效预见期分别提升了200%和29%,有效延长了水库实时洪水预报预见期,提高了洪水预报服务能力,给水库实时洪水预报提供了一种行之有效的方法。

基于改进时序胶囊网络的油藏生产动态分析模型

我国许多油田的主力开发区块已逐渐进入高含水期,地下油藏复杂,含水量逐步上升,产油量下降。提高对现阶段油田开发生产规律和开采状况的准确认识,对研究油田生产动态变化规律以及制定油田开发策略具有重要意义。针对油田生产动态变化规律的问题,本文提出一种基于改进时序胶囊预测的油藏动态分析模型。首先,应用双向门控循环单元来捕捉油田数据中的时序特征,提升模型对时序信息的建模能力;其次,用多头注意力深度卷积层捕捉初级时序特征信息,高效地提取序列的长距离依赖关系和复杂特征表示;最后,在动态路由算法中引入注意力机制,让高级胶囊更好地关注重要特征,从而提高信息传递的效率和准确性。为验证本文模型有效性,将油田的时序数据作为输入,通过改进胶囊网络模型输出预测日产油量。将改进的胶囊网络与ResNet、LeNet5等9种模型进行对比。实验结果表明,改进后的胶囊网络的预测精度更高,可达到94.5%。

基于SST的桓仁水库中长期入库径流预报研究

将浑江流域与海洋表面温度(SST)的多极耦合中长期预测方法相结合,建立了桓仁水库中长期入库预报模型,并根据模型模拟,确定与浑江流域径流相关度较高的影响因子。选取浑江流域1988—2017年径流资料进行模型参数率定,利用2018、2019年径流资料对模型进行检验。结果表明,模型预报结果与实际情况较为吻合,预报误差较低。本预报模型可为浑江流域中长期径流预报工作提供新的思路和方法。

南大水库智慧水利预测预警信息化系统建设

以提升小型水库管理水平和预警能力,减轻洪水灾害为目标,针对南大水库在建工程的信息化系统缺失,搭建防洪“四预”系统、水量调配管理系统的架构,进行水情、环境和工程情况监测,并基于此系统对库区降雨预报统计分析、短期水情预报、水量预测、预报成果管理及预报成果展示,进行智慧化水力调配。

发挥水文预报在防洪减灾中的作用探索

水文预报是利用已知的水文要素做出科学预测并发布预报的技术,应用于国民经济、企业生产和水库调度等领域。水库利用防洪库容拦蓄洪水,削减进入下游河道的洪峰流量,库存水量发电,达到兴利除害的目的。利用水文预报的成果开展水库调度、防洪减灾的效果显著。现结合生产实际情况,充分说明水文预报在防洪减灾方面的作用。

临兴气田石炭-二叠储层反演预测方法研究

油气层受砂体展布控制,在含气面积圈定中可以充分利用地震储层横向预测成果。针对临兴气田岩性气藏特点,通过与地震地质一体化相结合,采用精细目标处理、叠后多种技术方法预测砂体的空间展布和有效储层的分布。在储层预测方法研究中,强化物理分析,应用地震波形分类、纵波阻抗反演技术预测砂体厚度与平面分布,为有利含气储层的圈定提供依据。

基于流溪河模型的水库洪水预报方案

中国是世界上洪水灾害发生最频繁的国家之一。建立准确可靠的洪水预报程序是应对洪涝灾害的关键。中国南方的某水库流域属于亚热带季风气候,春季雨水较多,夏季暴雨集中,秋季有台风。坝址洪水多为中小型洪水,具有典型的山洪上升陡、下降缓的特点。为了探索流溪河模型在某水库洪水预测中的适用性,基于DEM、土地利用和土壤类型数据,建立了水库流溪河预测模型,并选取1个典型的洪水事件,利用粒子群优化算法对参数进行优化,并通过模拟其他洪水验证了模型的准确性。

入库口湿地干湿状态影响下的洪水模拟研究

水利工程的修建直接影响了流域水文响应过程,增加了流域洪水模拟的难度和不确定性。本文以新立城湿地为研究对象,建立特征指标体系将历史洪水按照湿地蓄水状态划分为湿地干旱、湿润状态下洪水,分析湿地干湿状态下入库洪水的水文特征,通过调整新安江水文模型参数以概化入库口湿地的影响,对入库洪水进行模拟。研究结果表明,采用前期雨量和洪水出现次数可较好地将湿地蓄水状态划分为干旱、湿润两种状态,考虑湿地干湿状态影响后新安江模型对湿地干旱、湿润状态下两类洪水的模拟效果均较好,洪水模拟精度可达甲级水平,能较为准确地模拟出入库口湿地干湿状态影响下流域入库洪水,可为同类其他流域水文建模提供思路。