基于BP神经网络的人机联合率定SWMM研究

为解决雨洪管理模型(SWMM)在率定过程中参数复杂、过程繁琐等问题。以西宁市某地块为例建立SWMM模型,利用Morris筛选法进行参数灵敏度分析,并根据灵敏度分析的结果进行人工率定;另外利用BP神经网络对模型进行率定,并结合参数灵敏度对其进行优化。对3种率定方案进行分析,结果表明:水文水力模块参数的相对灵敏度基本一致,其中灵敏度较大的参数为子汇水区面积(Area)、不透水率(Imperv)和不透水区洼地蓄积量(Destore-Imperv),并且不同降雨条件下模型参数的灵敏度存在差异。经过优化后的BP神经网络参数率定方法的模型模拟效果最好,纳什系数最大。结合灵敏度优化BP神经网络的人机联合率定方法一方面能提高BP神经网络率定的准确性,另一方面又能提高传统人工率定的效率。

HSPF在热带沿海流域水文模拟中的应用

[目的]探究HSPF模型在热带沿海流域的适用性和不确定性,为该模型在不同流域和地区的应用提供科学参考。[方法]以位于热带沿海地区的三亚河流域为例,建立HSPF模型,选取2017—2019年径流量对模型进行率定和验证;通过Morris筛选法分析了水文过程中8个参数的敏感度,并与国内外研究不同流域的参数敏感度相对大小进行对比;同时利用MC-LHS方法对不同降雨量下模型的不确定性进行分析。[结果] HSPF模型能够很好地模拟研究区域实际的水文过程,率定期和验证期的NSE分别为0.93和0.98,相对误差(R_(e))分别为0.87%和0.21%;地下水日消退系数为最敏感参数,而下层土壤蒸发系数和地下水出流中进入深层的比例对径流模拟的影响几乎可以忽略。[结论]参数敏感度相对大小体现空间差异性。模型模拟的不确定性与降雨量之间的相关性明显。降雨量越大,模型模拟的不确定性和置信区间就越大,模型就越不稳定。

基于Landsat 8数据的沙湖叶绿素a反演研究

本文以武汉沙湖水体为研究对象,以“3S”技术为支撑,基于Landsat 8遥感影像数据与实测水质数据,根据各波段反射率的相关性,分析与研究了遥感影像数据的适宜波段,采用回归分析的方法,建立适合沙湖水体的叶绿素a浓度遥感反演模型。反演结果表明,以第4波段建立的多项式回归反演模型效果较好,其平均误差为7.28%,Landsat 8影像数据能有效用于沙湖叶绿素a浓度的监测,在空间分布上也呈现一定的空间格局形态,并显示沙湖西北角(新生路泵站)污染相对严重,与沙湖实际情况基本吻合,因此将Landsat 8影像数据应用于内陆湖泊水体叶绿素a浓度反演具有一定的可行性。

基于多普勒超声波流量计的城市河渠流速测量研究

选择实用的测量方法对减少城市河渠剖面流速的测量误差十分关键。多普勒流量计采用多点测量的方法,对城市河渠的剖面流速进行分析,研究城市河渠剖面垂向流速的实际分布规律。经研究发现,针对不同的应用场合,垂向流速的分布适合采用对数和抛物线两种曲线进行的分段拟合,且分界点相对水深宜在0.6~0.85范围内,此时相关系数可达到0.95。采用两点法与预测法相结合的方式获取垂向平均流速,两种方法都具有较好的精度,可获得较为准确的明渠剖面流速,对工程实际应用具有一定的指导和参考价值。

基于双参数监测的供水管网漏损实验研究

针对管网的漏损问题进行了实验研究,通过模拟不同工况下的漏水情况,对干管和支管发生漏水前后的压力和流量进行了在线监测,并分析了双参数的变化情况。结果表明,当供水管网的某一管段发生漏水时,漏点上游的流量会增大,下游的流量会减小,而上下游管段的压力均变小。调节阀门导致的流量与压力变化与漏水点引起的变化对管网的影响不同,且不同位置的漏水对干管、支管流量的影响也不同。研究结果可为判断实际供水管网漏水,以及定位漏损点提供参考。

供水管网DMA分区在实际案例中的研究

通过实地考察选择独立封闭的供水区域,以单个DMA区域为最小研究单元,结合GIS、SCADA系统和水力模型,分析了统计学法、经验法、比值法和水力模型等漏损评估方法在DMA分区案例中的应用,以及基于DMA分区水力模型在优化调度、管网改造等方面的应用。结果表明:采用统计学法评估真实漏损并不适合于案例中的情景;采用经验法、比值法和水力模型均能对区域的新增漏损进行预警,且经验法还可以粗略评估区域的漏损程度,使用水力模型可仿真模拟供水管网的运行状态,为管网改造、优化调度等提供科学、安全的依据。

供水管网水力模型的建立与校核结果分析

采用Water GEMS软件对自行搭建的供水管网进行模拟,利用压力传感器和超声波流量计实时监测管网的节点压力和用户流量,并将上游节点压力和用户用水量导入模拟软件,通过调节仿真模型中的参数来校核管网压力,使整个管网的模拟压力与实测压力具有较高的拟合度,从而实现对管网压力的实时模拟,为预测爆管、优化调度、降低漏损等提供依据。结果表明:利用Water GEMS软件可以快速搭建供水管网压力模型,通过逐段校核,利用压力模拟供水管网的实际运行可以达到较高的拟合精度。

湖北省南河干流水生态修复方案探讨

江河水生态修复是汉江生态经济带建设的重要组成部分,南河为汉江中游右岸一级支流,干流落差大,水能资源丰富,河流开发以水能资源开发为主,但对河流的水生态也造成了严重的影响。本文以湖北省南河为研究对象,分析了南河干流水生态现状及存在的主要问题,为有效改善并修复南河的水生态问题提出了水生态修复措施,以保障南河流域的永续发展,此方案也可为山区性河流的水生态问题提供一定的借鉴和参考。

城市水系统模拟理论与实践

明确了城市“自然-社会”二元水循环过程和基本要素,基于城市水系统5.0理论完善了以水循环过程为核心的城市水系统理论框架,构建了包含自然-社会水循环、社会水文、水生态模块的多尺度综合城市水系统模型(water system modeling and assessment tool-urban,WASMAT-URBAN),并应用于城市、小流域、汇水区尺度,模拟结果验证了模型的可用性和模拟精度。该理论框架和模型可为海绵城市建设的规划设计、建设改造、模拟评估提供理论基础和模拟方法。

基于多种水环境模型耦合的TMDL评估研究

在海绵城市建设背景下,通过构建汇水区和河湖水量水质耦合模型,模拟评估在受纳水体镇江金山湖的水环境质量达标情况下,各个汇水区所能分配的最大日负荷总量(TMDL)。耦合的多种水环境模型包括高度开发区域汇水区模型(PCSWMM)、低度开发区域汇水区模型(HSPF)、河湖模型(EFDC)。模型通过采集到的水量和水质数据进行率定及验证后,评估海绵城市建设条件下TMDL的変化情况。汇水区模型模拟结果显示,通过海绵城市建设,对面源污染物COD、NH_(3)-N和TP负荷的削减率分别可达到90%、67%和63%以上。汇水区和河湖水量水质耦合模型对金山湖水质的模拟结果显示,各水质指标现状负荷已达到目标负荷,无需额外削减。

子汇水区分割对SWMM低影响开发模拟的影响研究

低影响开发(LID)设施在我国海绵城市建设中被广泛使用,在规划和设计阶段利用雨水管理模型(SWMM)评价其效果是工程界普遍做法。SWMM可以采用两种方法实现LID设施的模拟,一是在子汇水区内添加一种或者多种LID设施,取代等量的子汇水区内非LID面积,二是用单一的LID设施占据全部的子汇水区。基于SWMM地表径流演算原理,通过分析单个子汇水区在不同情况下分割形成的子面积几何属性差异所造成的水文过程变化,发现前一种方法的子汇水区分割会影响到整体水文效应,进而干扰对LID设施效果的定量分析。后一种方法不存在子面积调整的问题,但也应确保LID添加前后模型网络结构不变,排除由于子汇水区调整可能带来的不利影响。

人工神经网络和SWMM在降雨径流模拟中的应用对比

降雨径流的精确模拟一直是水文研究领域的重点问题之一,为探究人工神经网络在城市降雨径流模拟中的适用性,选取西宁市某小区为研究对象,以当前降雨量、累积降雨量和前一时段的流量为输入,以当前流量为输出,分别建立径向基神经网络和小波神经网络进行模拟,并与SWMM的模拟结果进行对比。另外,通过SWMM输出结果训练神经网络替代模型。结果表明,径向基神经网络和小波神经网络对降雨径流的模拟精度较高,能够真实模拟实际径流过程,适用于复杂的城市降雨径流过程模拟。另外,证实了径向基神经网络和小波神经网络模型作为SWMM替代模型的适用性。