基于集成学习与深度学习的洪水径流预报研究

深度学习模型凭借其对水文因素间复杂作用的优秀处理能力,在水文预报领域得到了一定的应用,然而,针对集成学习与深度学习耦合模型的研究仍有所缺失。通过融合集成学习AdaBoost算法与深度学习Informer模型,提出了一种组合模型,称为AdaBoost-Informer模型,以提高洪水径流预报的精度。该模型以历史雨量和径流数据作为数据输入,将具备长时序依赖捕获能力的Informer作为集成学习的弱预测器,使用网格搜索法进行超参数调优,使用AdaBoost集成学习算法对弱预测器进行加权组合得到强预测器。在浙江省椒江流域的应用分析表明:对比Random Forest、AdaBoost、Transformer、Informer等模型,AdaBoost-Informer模型表现最佳,RMSE为62.08 m^(3)/s,MAE为23.83 m^(3)/s,NSE为0.980,预报合格率为100%。所提模型可有效提高洪水预报精度,为防汛抢险和防洪系统调度提供决策依据。

滨海平原区可能最大洪水计算研究

平原河网区受城市区域空间交错、河湖蓄滞洪区联通、水利工程密布等因素的影响,瞬时单位线、经验公式等传统方法推及可能最大洪水(PMF)存在很大的局限性。为弥补传统方法在平原河网地区的适用性问题,尝试使用水动力洪水演进模型法,并综合考虑水库溃坝、可能最大降雨(PMP)、海洋风暴潮等不同叠加因素的影响,选取典型区域(江苏省连云港市西陬山地区某厂址附近区域)研究多种组合条件下平原河网区域的洪水演进过程,及在特定区域内产生的可能最大洪水,以期为平原河网地区可能最大洪水位的推求及工程设计提供参考。

廉江河综合治理工程设计洪水地区组成分析

廉江河综合治理工程采用“上蓄、中疏、下拓”的防洪体系,利用上游新村水闸进行调蓄,使公园水闸-新村水闸段满足安全泄量要求。考虑新村水闸调蓄作用影响,通过“区间同频、新村相应”和“区间相应、新村同频”两种不利洪水组合进行下游控制断面的洪水计算分析,选取对工程更为不利的较大者作为控制断面设计洪峰流量。计算方法可为无资料地区洪水地区组合分析提供参考。

长江中下游分汊河道洪枯期主支汊易位机制探讨

分汊河段广泛存在于自然界的河流中,其主支汊易位关系到河势、防洪、供水及航运等诸多方面。本文以长江中下游分汊河道为对象,采用水文变异与河道演变分析等方法,分析了主支汊洪枯期交替分类与区域特征,剖析了主支汊洪枯易位主导因素,探讨了洪枯转换下分汊河道主支汊易位机制。研究表明:长江中下游主支汊洪枯交替型河段主要集中在中游宜都至黄石河段,洪枯非交替型河段主要集中在苇源口河段以下,中游河段流量、含沙量、水位、水面比降等条件有利于洪枯期主支汊易位的形成;驱动因素分析表明,主支汊洪枯易位类型主要有主支汊分流比差异小、洪枯期汊道来流条件差异大和洪枯期主支汊过流能力差异大三种;洪水主汊上游有高水位下吸纳主流的阶梯式边滩、洪枯水流惯性差异明显和“大水趋直、小水坐弯”等情况,易导致主支汊易位。

深圳河流域城市洪涝风险分析

日益严峻的城市洪涝灾害严重威胁着城市安全和可持续发展,准确评估城市洪涝风险对于保护人民群众生命财产安全至关重要。本研究基于元胞自动机洪水模拟模型构建深圳河流域洪涝仿真模型,采用综合主观层次分析法和客观权重赋权法的博弈论组合赋权法对各指标赋权,评估和预测不同降雨情景下深圳河流域城市洪涝风险。结果表明:深圳河流域城市洪涝高风险区存在典型的时空差异,随着暴雨重现期的增加,面积占比从2年一遇的0.20%增加到100年一遇的0.82%;中低风险区面积占比从2年一遇的67.4%减少到100年一遇的64.7%。研究结果可有效识别深圳河流域洪涝风险分布,为完善深圳河流域洪涝综合防治体系,提升城市洪涝防御能力和韧性提供借鉴与参考。

起推潮位对小清河水面线计算的影响分析

以小清河为例,分析了末端起推潮位对水面线计算的影响。通过分析潮位与小清河洪水组合关系,分别按恒定流静水位、恒定流动水位2种方案进行小清河水面线计算。结果表明:既定的河道条件下,潮水回水段水位变化受潮水动水位过程影响较大;但同一断面处最高水位的差异较小,动水位过程对最高水位的影响不大。考虑到防洪、防潮安全及其他不确定性因素,推荐采用恒定流静水位方案确定工程规模。

基于Copula函数的赣江中下游洪水遭遇组合分析

洪水遭遇组合对揭示流域洪水规律、防洪调度和洪水管理具有重要意义。以赣江流域为例,采用Copula函数构建下游外洲站和中游峡江站洪水的联合概率分布,进而推求条件概率分布、条件最可能值和置信区间,分析赣江中下游洪水遭遇组合规律。结果表明,赣江下游外洲站与中游峡江站发生同频率洪水的可能性很大,概率为81.57%~83.01%;给定赣江下游外洲站洪峰流量取值时,中游峡江站洪峰流量条件最可能值与实际值拟合效果总体较好,且实际值基本上在90%置信区间内,区间合理可靠;中游峡江站最可能发生的洪水重现期均略小于下游外洲站洪水重现期,偏小4.0%~6.6%;下游外洲站洪水重现期为100 a时,中游峡江站洪水重现期的最可能值为94 a,90%置信区间为[39,184]年。研究成果可以提升对赣江流域洪水规律的认识,为流域防洪减灾提供参考。

基于同频率法的清江上游干流洪水组合分析

清江上游地区干支流水情复杂,且存在已建控制性调蓄工程。为确定清江姚家平水利枢纽防洪库容需求,利用同频率法分析了湖北省恩施市上游清江干流多区间洪水组合。结果表明,清江上游干流共有4种组合洪水工况:①大龙潭坝址与姚家平坝址发生同频率洪水,上区间发生相应洪水;②大龙潭坝址与上区间发生同频率洪水,姚家平坝址发生相应洪水;③大龙潭坝址相应洪水与姚家平坝址发生同频率洪水,上区间发生相应洪水;④大龙潭坝址相应洪水与上区间发生同频率洪水,姚家平坝址发生相应洪水。最后选取了有代表性的1982年7月、1989年7月、1996年7月洪水作为洪水地区组成分析的典型代表,推求了不同情况下姚家平水利枢纽坝址设计洪水。研究成果可为恩施市城区防洪调度提供参考。

变权组合预测模型在洪水预报中的应用

【目的】研究洪水预报的多模型组合预报模式,丰富洪水预报的方式方法。【方法】将最优非负可变加权系数的组合预测方法应用于洪水预报中,分别建立最优加权组合预测模型和最优非负可变加权系数组合预测模型,以新安江模型、萨克拉门托模型、水箱模型和陕北模型为例进行组合预报,并用东洋河1982年8月的一场洪水实测流量值对2种组合模型进行了实例验证和比较。【结果】最优非负可变加权系数组合预测模型的3种误差指标均方误差(MSE)、平均绝对误差(MAE)和平均绝对百分比误差(MAPE)分别为18.394 0,51.317 2和0.131 4,明显小于最优加权组合预测模型的28.110 7,108.816 7和0.268 9,且前者的确定性系数(DC)为0.961 3,明显大于后者的0.909 5,表明应用最优非负可变加权系数组合预测模型的预测结果优于定权重的最优加权组合预测模型的预测结果。【结论】考虑变权重的最优组合预测能进一步提高洪水预测的精度。

甬江扩建油码头对所在河段的行洪影响分析

近年来甬江尾闾段修建了不少码头,它们对河口段行洪排涝产生了很大影响.本文采用平面二维水沙数值模拟的方法,以某拟扩建油码头为例,对油码头扩建前、后不同工况条件下该河段的水流及河床冲淤特性进行数值模拟,分析了工程修建后对洪水位、洪水河势及栈桥区冲淤的影响.结果表明,扩建油码头后洪水水力要素发生一定变化,码头上游水位略有壅高,下游水位降落;码头迎流段流速减小,相应背流段流速加大;水流动力轴线略向左岸偏移,但河势依旧稳定;栈桥头部有局部冲刷,码头上下游滩地微量淤积.可以利用落潮流进行航道疏浚清淤与边滩清淤整治,但须防止边滩持续淤积可能带来的河势调整.

乌苏里江下游浮游动物群落结构及在河流健康评价中的地位

2010年5月(春季)、7月(夏季)、10月(秋季)对乌苏里江下游浮游动物的群落结构、季节变动、多样性及在河流健康评价中的地位进行了调查与研究,旨为乌苏里江渔业资源增殖放流提供背景资料。结果表明,乌苏里江下游(海青-乌苏镇江段)以原生动物(数量占87.7%)和轮虫(生物量占68.4%)为主,趋向小型化,且浮游动物的多样性较为丰富,为乌苏里江下游大麻哈鱼等许多名优水产动物的繁殖、育肥提供丰富的饵料基础。浮游动物个体较小、数量多、代谢活动强烈、繁殖迅速、易于散布,能对水体提供快速的早期反映;是食物网的重要基础环节,在水域生态系统的物质循环与能量流动中占有重要地位,是河流水生生物资源的重要组成部分,是河流健康评价的重要指标之一。

基于MIKE11模型的平原感潮河网城市防洪规划研究

平原感潮河网城市人口众多,经济发达,河道湖泊密布。随着近年来城市化的快速发展,城市防洪压力与日俱增。以海门市为研究对象,运用MIKE11模型对研究区域内河网及水工建筑物进行概化,在100年一遇降雨与潮位组合情况下,模拟计算现状和规划工况条件下区域内主干河道的最高水位,对比防洪规划实施前后研究区域内主要河道的水位变化情况,分析防洪规划带来的有利影响。计算结果表明在平原感潮河网城市的防洪规划中,MIKE11模型具有一定的应用价值。在改、扩、新建主干河道和沿江闸站等工程措施下,区域排水能力加大,并阻止长江高潮位的顶托倒灌,河道100年一遇设计水位明显降低。

黄河源区可能最大洪水研究

以唐乃亥水文站所控制的黄河源区为研究对象,根据暴雨的物理成因,通过相似过程代换法得到组合暴雨过程,将组合暴雨过程极大化后推求流域可能最大降水过程。在分离出基流和融雪径流后,将黄河源区划分为9个计算单元,各单元采用初损后损法进行产流计算、单位线法进行汇流计算、马斯京根法进行河道洪水演算,建立模拟雨雪混合补给型洪水的水文模型。以流域可能最大降水过程、可能最大融雪流量过程作为模型输入,得到唐乃亥水文站的可能最大洪水。

江湖洪水不同遭遇对城陵矶水位影响的实验研究

城陵矶位于长江干流和洞庭湖出流汇合处,因此影响城陵矶洪水位的因素除了河床淤积、洪水特性等以外,洞庭湖出流与长江干流的不同遭遇也起着非常重要的作用。采用模型实验的方法,研究了不同遭遇、不同流量、不同螺山水位下城陵矶河段水位的变化。结果表明:在城陵矶断面,当监利来水流量超过洞庭湖出流时,主流靠左岸;当监利来水流量少于洞庭湖出流时,主流靠右岸。洞庭湖出流与长江干流来水流量的不同遭遇对城陵矶断面水位的影响非常显著。当监利来水流量占螺山流量的百分比为55%左右时,城陵矶断面水位最高,即此时长江干流来水流量和洞庭湖出流相互之间顶托消耗能量达到最大值。在中水流量下,当监利来水流量占螺山流量的百分比为55%左右时,城陵矶断面左右岸水位差达到最小值。

宝达码头扩建对甬江河段行洪影响分析

以宁波市甬江河段右岸拟扩建的宝达码头为例,通过数值模拟方法,分析研究了不同洪潮组合在不同边界条件下码头栈桥上下游水流的流态、壅水高度及河床冲淤强度。并通过对比码头栈桥扩建前后河段的水位、河势、栈桥区冲淤等变化,分析了宝达码头的扩建对甬江河段行洪的影响。

系统非线性组合预测方法及在黄河凌汛预测中应用

为了提高预测的精度,尤其是冰凌中长期预测的精度,基于工程模糊集、人工神经网络、遗传算法与组合预测理论,提出了系统非线性组合预测方法,给出了黄河内蒙段冰凌三种单一预测模型的非线性组合预测值.结果表明,所建立的非线性组合预测方法物理意义明确,数学推导过程严谨,预测精度高于任意单一预测模型.

大气环流系统组合性异常与极端天气气候事件发生

根据2008年1月我国南方发生的持续严重雨雪冰冻灾害、1998年长江流域的特大洪涝灾害和2009/2010年冬季云南的极端干旱灾害的分析结果,再次强调指出,对于一些小概率的极端天气气候事件的发生,大气环流系统的组合性异常起着极其重要的作用。对于2008年的严重雨雪冰冻灾害的发生,多个大气环流系统的组合性异常包括:乌拉尔山阻塞高压和贝加尔湖-巴尔喀什湖的横槽,这为不断有冷空气从西路向南爆发提供了条件;东亚和日本地区的高度正异常使得北方冷空气的势力不是很强,适于锋面在我国南岭及其以北地区较长时间停留,为持续降水确立了背景;西太平洋副高偏强和偏西也对冷空气的向南推进起了阻挡作用;印-缅槽的持续偏强和西太平洋副高的偏强共同使暖湿空气源源不断地输送到华南地区,有利持续降水的发生,为冰冻造成了条件。对于1998年夏季长江流域的特大洪涝的发生,多个环流系统的异常包括:夏季西南季风涌的活动,西太平洋副热带高压活动,北方冷空气活动和青藏高原对流系统东传的共同作用。对于2009/2010年冬季云南的极端干旱灾害的发生,多个环流系统的异常包括:对流层高层中东地区副热带西风急流减弱,影响Rossby波的活动,不利于青藏高原-孟加拉湾槽的建立;西太平洋副热带高压偏强、位置略为偏南,对低层水汽输入云南起到抑制作用;NAO的负异常所导致的遥相关波列异常,使得东亚北方冷空气活动偏东,不易到达云南地区,还使得南支槽偏弱,暖湿气流也不易到达云南地区。ENSO虽然对中国天气气候变化有相当重要的影响,但并非每次异常天气气候事件的发生都是它的直接影响。对于ENSO影响必须具体分析,才能决定它在异常事件、特别是极端天气气候事件中的确切作用。

河道洪水反向演算问题的研究

河道洪水反向演算在河库联合调度中具有重要意义,为此,利用运动波方程的差分解证明了马斯京根法在求解河道洪水反向演算中的不稳定性;基于河道汇流单位线原理,提出了解决河道洪水反向演算的断面流量相关法。实例研究中采用多场洪水联立求解率定参数,利用镜像影射法求解矛盾方程组,取得了满意的模拟和验证计算成果;在此基础上,提出了基于断面流量相关法的进一步研究课题。

黄泛区粉砂土静力特性的试验研究

以河南开封地区粉砂土为研究对象,研究其静力特性,进行了固结试验、液塑限试验和直接剪切试验。试验结果表明,粉砂土的压缩系数为0.3 MPa-1,属中等压缩性土。粉砂土液限为15.3%,塑限为10.1%,塑性指数为5.2,属于含砂低液限粉土。粉砂土的内摩擦角为35.3°,黏聚力为7.5 kPa。并选取沙漠地区风积沙,及豫东平原区和南京地区广泛分布的黏性土为代表,与研究中黄泛区粉砂土的静力特性做比较。

条件概率组合法在洪水组合问题中的应用

为研究水库下游存在区间入流的防洪系统在洪水组合后所带来的防洪风险,考虑到出库洪水与区间洪水之间的相关关系,以雅砻江和九龙河流域为例,在分析两流域洪水特性的基础上,采用条件概率组合法计算两流域洪水组合后下游安全区的防洪风险率及洪水分布函数,求得设计防洪标准所对应洪水发生的概率,计算结果更符合实际情况,为锦屏一级水电站水库高效安全运行和水库下游防洪安全措施的制定提供了重要依据。