基于物联网和GCNN-LSTM的河流水文预测方法

针对河流水文存在预测精度不高的问题,利用物联网技术设计了分布式的降雨和水文信息自动采集系统,并提出了一种基于图卷积神经网络和长短期记忆网络模型对河流水位和径流量进行预测的方法;首先通过分析确定了影响河流水文的主要因素,将流域范围内的降雨量信息组成网格化的二维图形矩阵;然后提出了GCNN-LSTM预测模型,将含有降雨信息的二维图形矩阵作为网络模型的输入,获取该流域内降雨与水文变化的时空分布特征;最后采用所提出的GCNN-LSTM预测模型对河南省周口市段颍河的历史水文数据进行训练,再利用训练后的网络对测试集数据进行预测,得到了较高精度的径流量和水位结果,径流量预测结果的RMSE、MAPE和MAE分别仅为17.09 m^(3)/s、1.68%和8.57 m^(3)/s,水位预测结果的RMSE、MAPE和MAE分别仅为0.32 m、0.65%和0.29 m,与其他几种预测方法相比表现出了优越性,对科学合理利用水资源和防洪减灾具有重要意义。

顾及时差特征的LSTM模型余水位短期预报

目前余水位预报都是采用单站方式,仅基于余水位的自相关性。针对较大范围的沿岸验潮站余水位预报,进一步结合余水位的空间强相关性和站间余水位的时差信息,以“预测站-辅助站”验潮站组的形式,由历史同步余水位数据训练多变量LSTM(long short-term memory)长短期记忆网络模型,实现预测站的余水位预报。渤海沿岸四个长期验潮站的实例分析表明:所提的预报方法因增加利用了时域上的时差信息,预报精度优于三类单站方法,并显著增大了预报时长。方法可用于解决大范围航海动态水位保障中的余水位预报问题。

GNSS-IR测量水位的精度评估和站点对比:以中国南海北部和日本南部站点为例

通过南海北部和日本多个实例,量化分析影响近岸全球卫星导航系统干涉反射计(GNSS-IR)反演潮位或风暴潮过程效果的主要影响因素。结果表明:接收机所能接收的卫星信号波段数量、反射信号功率对反演的时间分辨率和精度影响巨大。研究以中国香港HKQT站点为例量化多模多频GNSS-IR监测风暴潮的优势,同时展示日本J425站点在潮位站空缺地区记录完整风暴潮波形的能力。分别针对卫星信号接受波段、硬件配置、台站架设位置和架设高度等因素,对未来架设具有测量海平面能力的近岸GNSS站点提供具体的指导意见。

数值模拟法确定临江地区地下室抗浮设防水位

临江地区地下水渗流十分复杂,地下室抗浮水位确定难度较大。通过工程实例,利用数字模拟法建立地质模型和渗流场,分析场地地下水渗流特征和地下水位的变化特征,并结合场地工程地质条件、水文地质条件和地形地貌,综合确定地下室抗浮设防水位,并通过区域地下水位长期监测孔与场地内水位监测孔的监测数据加以验证。工程实践成果表明,采用该方法确定的抗浮设防水位是安全可行的。

高水位长期浸泡背景下堤防土体工程边坡稳定性研究

考虑到堤防在汛期会受到高水位长期浸泡等不利影响,为了研究堤防土体工程的边坡稳定性,设计水库稳定性试验,构建砂槽模型。通过高水位的长期浸泡和水位的突然下降,对堤防边坡的稳定性进行监测。结果表明,堤防长期暴露在高水位下时,由整个断面形成的土体强度会在短时间内迅速下降,堤后水流出逸点均位于堤脚附近;主体为黏性土的堤防模型迎水坡更容易发生较大的渗透破坏。

基于改进注意力机制的LSTM水位预测模型研究

为了进一步提高水位预测的准确性,本文提出一种融入改进注意力机制的长短期记忆网络(Long Short Time Memory,LSTM)预测模型。该模型将输入序列拆分为时间序列和特征序列,在LSTM网络模型前引入注意力机制对两个序列分别进行注意力计算,然后再进行融合,LSTM网络能够根据重要程度自适应地选择最重要的输入特征,注意力机制层的参数通过竞争随机搜索算法获取,从而进一步增强了模型的鲁棒性。最后在鄱阳湖的水位数据上进行预测实验,结果表明:相对于支持向量回归(SVR)、LSTM等模型,本文提出基于改进注意力机制的LSTM模型具有更好的预测精度,可为水位预测和水资源的精准调度提供技术支持。

基于时间卷积网络的长江下荆江航道水位预测

航道水位的精准预测对保障船舶通航安全具有重要意义。以长江下荆江航道为研究区域,采用2019—2020年水文时间序列数据为训练集,2021年数据为验证集,构建基于时间卷积网络(TCN)的长江下荆江水位变化预测模型,并与基于长短时记忆神经网络(LSTM)和支持向量机(SVM)的水位预测模型进行计算精度的对比。结果表明:不同站点TCN对应的最优输入时间窗口存在一定差异,监利站、调弦口站及石首站的最优输入时间窗口分别为前2 d、前2 d和前3 d;TCN在2021年下荆江各站点水位预测结果的纳什系数(ENS)和决定系数(R^(2))均高于0.995,均方根误差(ERMS)小于0.21 m,整体预测效果优于LSTM,两者预测精度均较高,均显著优于SVM;但随着预测时间尺度的增加,水位预测精度整体呈下降趋势;TCN模型各站点枯水期大部分时段的水位预测绝对误差小于0.2 m,这表明TCN在航道水位预测领域具有较好的应用潜力。通过分析TCN在航道水位预测中的适用性和优越性,可为长江航道水位预测精度提升和船舶安全通航提供技术支撑。

海洋大气环境对封套防护材料性能影响

目的探究铝塑型封套防护材料在湿热海洋大气自然环境贮存条件下性能衰退规律。方法通过优化铺层结构,采用SiO_(x)蒸镀双向拉伸聚酯膜作为外增强层,PA6共挤EVOH双向拉伸膜作为内增强层制备新型封套防护材料。在海洋大气环境试验站库内、棚下2种贮存条件下开展贮存试验,跟踪测试水蒸气透过率、氧气透过率、剥离力、拉断力和表面电阻率等关键性能,建立时间-性能影响曲线,同时记录材料内部湿度曲线和内置的金属圆片的锈蚀状态,以此评价海洋大气环境对铝塑型封套防护材料性能影响趋势。结果在经过180 d的贮存后,水蒸气透过率仍小于0.3 g/(cm^(2)·24 h),自研的新型封套防护材料在库内和棚下贮存环境下的阻湿能力分别提高了29.8%和31.5%,且剥离力和拉断力未发生明显降低,表面电阻率处于10^(9)~10^(11)Ω。结论通过降低水分子与外增强层分子的相互作用,可有效提高封套防护材料的阻隔能力,验证了多级防潮理念的科学性。

基于长时间序列遥感数据的鄱阳湖水面面积监测分析

国产高分辨率卫星的快速发展可有效弥补遥感湖泊监测中影像分辨率不足的问题,更加及时、准确地实现湖泊动态监测。利用1996~2012年155景Landsat影像和2013~2016年34景GF影像为数据源,结合湖口站水位监测数据,分别选用改进的归一化差异水体指数MNDWI和归一化差异水体指数NDWI方法提取卫星遥感影像的水体信息,同时采用统计分析的方法建立了4个时间段的鄱阳湖水体面积-水位关系模型。结果表明:在空间上,鄱阳湖水体面积整体呈现缓慢缩小的趋势;在时间上,除秋季鄱阳湖面积有明显下降趋势外,其他季节整体趋势变化不大;经验证,鄱阳湖四季水体面积-水位呈现二次函数关系。

嵌套短期弃电风险的水光互补中长期优化调度研究

传统水光互补中长期调度模型未考虑光电的短期随机波动性,忽略了短期弃电风险,由此制订的调度规则难以有效协调光电消纳与流域水资源综合管理。本文提出嵌套短期弃电风险的水光互补中长期优化调度方法。首先,分析水电与光电联合运行过程中可能产生的弃电情形,并对弃电损失进行量化;其次,基于日调度模型的多情景分析制订中长期弃电损失函数,以定量表征水电出力与光伏弃电率之间的关系;最后,将弃电损失函数嵌套在中长期优化调度模型中,推导互补系统的适应性调度规则,识别水库年末消落水位关键控制因子。以龙羊峡水光互补工程为实例,研究表明:(1)弃电损失函数呈S形,水电出力过低或过高均不利于光电消纳;(2)月末水位/库容为输出变量、可用能量为输入变量的调度函数能较好地指导水光互补中长期调度;(3)互补情景下水库年末消落水位受年初水位、当年水流入能和当年水电站发电量显著影响,而受光伏年发电量影响较小。

过去40年太湖剧烈的湖泊物理环境变化及其潜在生态环境意义

过去40年,全球气候变暖、辐射变暗和变亮、风速减弱、气候异常波动等自然环境变化以及筑坝建闸、岸堤硬质化和调水引流等强烈人类活动势必会深刻改变太湖湖泊物理环境和过程,驱动湖泊生态系统演化.基于历史文献、档案数据以及气象水文和透明度等长期观测数据,本文系统梳理了太湖气温、水温、风速、水位和透明度等物理环境空间分布和长期变化特征,探讨了气温和风速、水位和透明度相互协同作用机制及其潜在生态环境意义.受全球变化和城市化等影响,过去40年太湖气温和水温呈现显著升高趋势,而近地面风速则表现为持续下降,湖泊增温和风速下降有利于藻类生长和蓝藻水华漂浮聚集,某种程度上增加了蓝藻水华出现频次和集聚的面积.为防洪和满足流域日益增长的水资源需求,闸坝管控和调水引流使太湖水位呈现缓慢增加趋势,而入湖污染物增加和富营养化则造成水体透明度逐渐下降,致使透明度与水位(水深)的比值明显降低,减少了湖底可利用光强,恶化水下光环境,在一定程度上驱动了太湖水生植被和草型生态系统退化.湖泊物理环境长期变化逐渐拓展了太湖藻型生境空间而压缩了草型生境空间,加剧了草型生态系统向藻型生态系统转化和增强了藻型生态系统的自我长期维持.太湖湖泊物理环境的显著变化也会部分抵消流域营养盐削减和湖体营养盐下降对藻类生物量和蓝藻水华的控制,增加了太湖蓝藻水华防控和湖泊富营养化治理的难度.这意味着未来流域控源截污需要更加严格的标准,而湖泊水位等物理环境的有效管控是应对藻华加剧和恢复草型生态系统的适应性管理策略.

Seq2Seq模型的短期水位预测

为有效预测未来一定时间内的连续水位,提出了基于序列到序列(Seq2Seq)的短期水位预测模型,并使用一个长短期记忆神经网络(LSTM)作为编码层,将历史水位序列编码为一个上下文向量,使用另一个LSTM作为解码层,将上下文向量解码来预测目标水位序列。以流溪河为研究对象,针对不同预测长度分别建立水位预测模型,并与LSTM模型和人工神经网络(ANN)模型进行了对比。结果表明:Seq2Seq模型对连续6 h、12 h和24 h水位预测的纳什效率系数最高分别为0.93、0.90和0.85;当预测长度为6 h时,LSTM和Seq2Seq模型预测结果相似,ANN模型精度较低;当预测长度为12 h和24 h时,Seq2Seq模型相比LSTM模型和ANN模型预测效果更好,收敛速度更快。

海平面长期变化对推算多年一遇极值水位的影响

利用乳山口24a的年极值高、低水位和年平均海平面,分析讨论了平均海平面长期变化对推算多年一遇极值水位的影响。同时讨论了消除平均海平面中长期变化的途径。比较了消除平均海平面长期变化和保留这种变化情况下推算出的两种多年一遇极值水位,可以发现,对多年一遇高水位来说,保留平均海平面长期变化所得结果高于消除了的,而对多年一遇低水位而言,情况正好相反。

论三峡水库泥沙淤积的控制──处理三峡水库泥沙的策略与措施

本文专门论述三峡水库泥沙淤积的控制，它是解决三峡工程泥沙问题的关键之一．首先介绍了根据多年研究，提出的利用水库长期使用方法，控制库容淤积，从而能保证绝大部分防洪库容和调节库容．其次提出按照水库淤积和回水的相互作用，利用防洪限制水位控制库尾回水抬高、特别是重庆市洪水位抬高，以尽可能减少中、后期淹没．第三、着重阐述了在三峡水库泥沙研究中为了增加水库航深，首次提出航运控制调度的概念，以限制枯水期水位消落，增加其航深．在此基础上从水库淤积控制角度论述了三峡水库运用水位的选择．

高位钻场煤层注水防尘技术

针对松软、低透气性、底板起伏大煤层注水防尘效果差的问题,提出了高位钻场煤层注水防尘技术方案.根据11 071工作面煤层实际特点,确定了合理的钻场间距.每个钻场设计了20个钻孔,分为主要钻孔和辅助钻孔,其中主要钻孔湿润工作面前方大部分煤体,辅助钻孔主要湿润高位钻场周围煤体.此外,根据理论分析、计算及实践经验,确定了钻孔技术参数和注水工艺参数.通过分析现场测定注水前后粉尘浓度的数据表明:实施高位钻场煤层注水技术后,工作面各工序产生的粉尘量大幅降低,工作面及平巷的劳动环境显著改善.该成果对松软低透煤层注水防尘具有一定的参考价值和指导意义.

乌鲁木齐“4.24”短时降水和冰雹中小尺度特征对比分析

利用常规资料以及NCEP再分析、微波辐射计、风廓线雷达、GPS大气可降水量及卫星红外云图资料,对2016年4月24日清晨和傍晚乌鲁木齐分别出现的短时降水和冰雹天气进行对比分析。结果表明:(1)短时降水和冰雹天气均与500 hPa中纬度低槽东移有关,短时降水发生在500 hPa槽底偏西急流、低层偏北气流形势下;冰雹发生在高、低空一致西北急流形势下。(2)在低空急流触发下产生短时降水,降水期间存在远距离水汽输送;乌鲁木齐前期短时降水是冰雹发生前低层增湿的主要原因,低空急流向底层下传是冰雹触发的关键因子。(3)短时降水和冰雹均发生在中尺度对流云团TBB梯度最大处;冰雹云内上升气流异常强盛,其温度和水汽密度廓线陡升较短时降水期间更加剧烈。

地铁车站抗浮设计方法探讨

地铁车站抗浮设计是地铁设计的重要内容,对工程造价影响较大,但在设计参数、抗浮计算等方面一直存在争议。从工作经验出发,结合最新规范、专家意见,系统介绍了地铁车站抗浮设计涉及的抗浮水位选取、抗浮计算、抗浮措施等,阐述了个人对分歧的看法及原因,并根据地铁工程的特点,针对地铁车站抗浮设计时容易出现的问题提出了自己的方法和建议。

寸滩站年最高水位预测模型研究

寸滩水文站是长江上游的主要控制站,分析可知,从20世纪70年代开始,由于年降水量的减少和气温的下降,年最高水位也呈逐渐下降的趋势.本文将灰色系统理论与马尔科夫链理论相结合,以1940年至2003年寸滩站年最高水位序列为研究对象,建立灰色马尔科夫预测模型.从预测结果看出,所建灰色模型大体反映了年最高水位的下降趋势,而经过马尔科夫模型对预测误差进行修正后,模型预测精度提高,计算值与实际值吻合良好.对其他站年最高水位的模拟分析表明,模型精度能满足年最高水位预报要求.说明灰色马尔科夫模型可以应用于长期预报中.

贵州省福泉市大湾磷矿地下水动态研究

以贵州省2020年矿产资源大精查项目——福泉市大湾磷矿为研究场地,通过对钻孔地下水位动态长期监测及综合研究,揭示磷矿区的矿床地下水动态特征。研究结果表明,远离开采区的地下水动态与气象密切相关,成因属气象型,但矿山集中开采区及相邻地带区域地下水逐年下降,气象因素对地下水动态影响退居其次,反映出磷矿区地下水动态主要受矿山开采矿井抽排水控制,矿床充水含水层处于长期连续的疏干状态。研究成果对未来大湾磷矿开采抽排水设计,矿山防治水,以及保障矿山安全生产具有指导意义。

利用地下流体观测井水位预测海南及邻区中强震发生时间

利用海南地下流体观测井水位资料,选择适合长期、中短期地震异常提取方法,对海南及邻区M 4.0以上地震发生前水位异常进行分析,依据统计资料,提出预测海南及邻区中强震发生时间的指标与方法。