“灰绿”协同措施对银川市合流制溢流污染的影响EI北大核心CSCD

针对合流制管网系统在雨天溢流污染严重,造成城市水体黑臭现象的问题,以银川市某高密度城区合流制管网系统为例,基于SWMM模型,在短历时设计降雨和长历时设计降雨两种条件下,模拟分析了合流制溢流(CSO)调蓄池、雨污管道混错接改造、绿化带海绵化改造等“灰绿”协同措施对CSO污染的影响。结果表明:CSO调蓄池、雨污管道混错接改造、绿化带海绵化改造及“灰绿”措施结合4种方案在短历时、长历时设计降雨条件下,随着降水量的增加,溢流水量及溢流污染物负荷均增加,溢流削减率均逐渐减小,其中“灰绿”措施结合方案对溢流污染的削减效果最为显著;重现期小于5 a时,溢流水量削减率与溢流污染物负荷削减率基本达到80%;降雨条件为中雨时,污染物负荷削减率基本达到75%;重现期为20 a时,溢流水量削减率及TSS、COD、TP、NH^(+)_(4)-N负荷削减率分别达到64%、70%、70%、70%、70%;降雨条件为大雨时,溢流水量削减率及TSS、COD、TP、NH^(+)_(4)-N负荷削减率分别达到28%、32%、26%、31%、33%。     

基于水质目标管理的涑水河水环境容量研究

应用水质目标管理技术方法,研究涑水河水环境容量计算及分配,污染负荷削减等关键技术,实现涑水河污染物减排。建立涑水河水动力水质模型,结合实际监测资料,进行模型率定和验证,并对涑水河在95%、75%、50%保证率下,各断面COD、NH_3—N水环境容量的研究。COD水环境容量在95%、75%、50%频率年分别为:-6802.037、-5891.560、-5203.764 t/a;NH_3—N水环境容量在95%、75%、50%频率年分别为:-3328.943、-2070.057、-1821.376 t/a。需要对其进行污染物削减,确定涑水河污染物的削减量,COD在特枯年、枯水年和平水年削减量分别2103.75、1926.58、1702.33 t/a;NH_3—N削减量分别是927.07、605.31、546.29 t/a。将水质目标管理技术运用在涑水河水环境容量研究中,为流域环境水质改善提供技术支撑。     

渗透铺装对降雨径流水文水质调控效果分析

以宜兴市海绵城市示范区域为研究对象,通过SWMM软件对研究区域概化、建模,根据实际监测数据对模型真实度进行验证。模拟了重现期分别为3a、5a、10a、15a、50a、100a暴雨强度下渗透铺装对降雨地表径流产生的水文、水质效果,并分析渗透铺装对城市雨水系统生态性的影响。结果表明:采用渗透铺装对降雨径流量的削减可达19.74%,径流系数平均降低21.93%,径流削减作用总体随降雨强度增大而增大,但增幅较小,调控效果较为显著且稳定。对常规污染物负荷(SS、COD、TN、TP)可分别减少24.12%、23.79%、22.81%、21.90%,削减作用明显,且对径流量及负荷浓度峰现时间产生一定迟滞效果。研究对渗透铺装的效果进行科学评价,可对工程设计提供一定参考意见。     

洪泽湖流域污染负荷削减对生境质量的影响

运用InVEST生境质量模型分析了1980—2020年洪泽湖流域生境质量时空变化特征,通过Johnes输出系数模型计算不同情景下污染负荷输出量,利用回归模型建立污染负荷与生境质量关系,预测流域污染负荷削减措施对生境质量的改善效果。结果表明：洪泽湖流域生境质量逐年恶化,空间上呈“南优北差、东优西差”分布格局;流域污染负荷输出呈逐年上升趋势,且污染负荷在差生境质量区域有明显集聚效应,污染负荷与生境质量呈显著负相关;在自然发展(污染负荷无削减)情景下,2030年流域生境质量平均值与2020年相比较将降低1.0%～2.4%;根据流域污染负荷削减目标,在污染负荷削减率为8%情景下,流域生境质量平均值较自然发展情景提升0.9%～2.2%,在污染负荷削减率为18%情景下,流域生境质量平均值较自然发展情景提升1.3%～2.7%,流域污染负荷削减对于提高生境质量具有显著效果。     

生态沟渠对黄河流域城市雨水径流调控效果的研究

为探究生态沟渠对城市雨水径流量的调控效果及水质的净化作用，构建生态沟渠试验装置，研究不同重现期下生态沟渠对径流量的削减作用，以及不同径流污染物浓度下生态沟渠对径流污染物的去除作用。以黄河流域中段西安市未央区未央湖附近区域为研究对象，建立SWMM模型对生态沟渠建设前后的城市水文以及水质参数进行对比，分析其对城市水环境的影响。结果表明：生态沟渠在重现期为1 a、3 a、5 a的降雨条件下，径流量平均削减率依次为71.80%、51.67%、47.15%,污染物的去除效果在不同进水污染物浓度下变化幅度较大。模拟结果表明：在3种重现期条件下，构建生态沟渠后，雨水峰值流量均有所削减，对应的削减量依次为3.34 m³/s、2.98 m³/s、3.03 m³/s;峰值时间分别延迟了3 min、3 min、5 min;降雨后期不同重现期的污染物负荷削减率由大到小依次为：1 a>3 a>5 a。研究结果能够为黄河流域城市规划中生态沟渠的建设提供数据支撑。     

顺义新城温榆河水资源利用工程受水区水环境容量分析

根据"引温济潮"工程受水区河段水文情势和水质现状,对不同的水体分别运用河流一维水质模型和湖库均匀混合模型,对受水区的水环境容量进行研究,以便为受水区的水质安全和生态安全提供科学的依据。研究结果表明:城北减河段CODCr和NH3-N的现状水体环境容量分别为680.36t/a和57.66t/a;潮白河段CODCr和NH3-N的现状水体环境容量分别为7240.80t/a和224.65t/a。对比现状与设计条件,工程受水区潮白河段化学需氧量严重超出河段的水环境容量,理论削减量达379.09t/a。因此,要使工程受水区水体功能恢复,必须采取有效措施削减污染负荷。     

率水流域非点源污染分析及施肥措施模拟

率水流域周边农业用地施用的大量化肥为流域内非点源负荷主要来源之一,研究该流域内不同施肥措施对其下游千岛湖水体中氮磷污染控制具有重要意义。通过搭建率水流域SWAT模型,设置化肥减量,粪肥替代和深层施肥3种施肥情景,探究其对流域非点源污染输出的响应特征。结果表明:化肥减量50%可减少约9. 77%的总氮负荷和4. 42%的总磷负荷,粪肥替代化肥对于氮磷负荷的削减率较低,深层施肥的总氮负荷削减率远低于总磷,化肥减量和深层施肥联合措施可分别降低10. 11%和3. 38%的总氮、总磷负荷,即为流域内施肥措施的最佳方案,同时基于SWAT模型的施肥情景模拟对削减流域非点源污染具有参考意义。     

红枫湖流域非点源污染时空分布及管理措施

为分析红枫湖流域非点源污染状况及非点源污染防控措施效果,利用该流域典型子流域的水量和水质数据对SWAT模型的径流和水质参数进行率定和验证,采用验证后的模型模拟了2001—2015年流域氨氮、总氮和总磷的时空分布特征,并分析了不同管理措施对非点源污染的削减效果。结果表明:SWAT模型在红枫湖流域具有良好的适用性;氨氮、总氮、总磷负荷主要集中在4—9月,分别占全年负荷的88.49%、83.74%和97.36%,西南部和东北部的子流域氮磷流失较大,是非点源污染的关键源区;化肥削减、退耕还林还草措施能有效削减非点源污染,尤其是总磷污染,实施综合管理措施对氮磷污染削减的效果更佳。     

基于HYDRUS-1D生物滞留设施雨水径流水文调控模拟EI北大核心CSCD

为研究生物滞留设施水文调控效能,基于HYDRUS-1D建立生物滞留设施模型,通过物模试验数据率定模型参数,验证模型可靠性;利用验证后的模型开展模拟试验,采用径流总量和峰值削减率及产流和峰现延迟时间定量分析水力负荷参数、蓄水层高度和初始含水率对生物滞留设施水文调控效应的影响。结果表明:所建模型模拟值与实测值的均方根误差最高仅为0.134,相对误差为-2.28%~7.59%,纳什效率系数和决定系数均在0.8以上,模拟结果可靠;综合考虑水力负荷参数,汇流比小于10∶1的生物滞留设施对于重现期小于1a并且降雨时长小于120 min的降雨过程有较好的调控效果,随着汇流比、重现期和降雨时长的增加,设施水文调控效果不断削弱;增加蓄水层高度会提升生物滞留设施水文调控效果,当蓄水层高度由0 cm增加至25 cm时,径流总量和峰值削减率分别增加86.16%和96.74%,产流和峰现延迟时间分别为57.8 min和36.0 min;初始含水率的增大会降低设施水文调控效果,其径流总量和峰值削减率变化范围分别为49.32%~54.11%和22.84%~45.37%,产流和峰现延迟时间变化范围分别为24.1~25.0 min和1.0~2.5 min。     

自适应多相关短期负荷预测

本文应用自适应和多相关原理提出一个短期负荷预测的方法，根据系统负荷在不同周期的相 关性，对时差日相关，日相关和周相关负荷时间序列建立三个相同形式的一阶线性递推负荷 模型，三个估计负荷按最佳的比例进行加权合成得最佳的负荷预报值。模型参数根据最近29 天样本进行计算，这样不仅内存需求少，而且样本每日更新，使递推的参数能自适应地反应 季节特点和近期负荷变化趋势，因而提高了预报的精度。为了使建立的模型残差负荷部分更 好的接近平稳随机过程，对样本数据进行了适当的平滑处理。 本算法使用国内某网的样本数据测试，连续预报28天负荷，每日的平均误差小于3%，连续预 报240天负荷，每月的平均误差小于2.3%。由于算法简单，内存容量小，精度能和人工预报 相当，因此是一个可以试用的算法。     

基于双指数联合模型的土壤含水量反演 -- 以河北省为例

针对温度植被干旱指数特征空间的非线性现象,研究以Modis数据为数据源,以河北省为研究区,通过引入表观热惯量,提出双指数联合(DICIM)的土壤含水量反演模型用以改进TVDI指数特征空间的非线性问题。研究分别采用TVDI和DICIM模型对6月上中旬的土壤含水量进行反演,对比低植被区土壤含水量反演的空间差异性,并通过误差统计验证模型的反演能力。结果表明:在低植被区,DICIM模型反演的土壤含水量比TVDI反演的土壤含水量特征明显,反演值更加接近于实测值。经误差统计分析发现基于DICIM模型反演的10cm深度的土壤含水量值相比于TVDI指数反演的土壤含水量值平均绝对误差低0.26%～0.50%,均方根误差低0.28%～0.73%,相对均方根误差低0.73%～5.54%,平均相对误差低1.31%～3.27%,且基于DICIM模型的反演值与10cm深度土壤含水量实测值的相关系数R值都在0.65左右。可见,提出的DICIM模型综合了ATI和TVDI模型的优势,提高了TVDI指数的反演能力。     

基于GA-Elman神经网络模型的年径流预测

针对传统神经网络模型静态性及训练算法易陷入局部极值的缺陷,为了实现神经网络训练全局寻优,提高模拟精度,并使网络结构能动态反映年径流系列的时变特性,本文以年降雨及气温作为输入因子、年径流量为模型预测对象,结合遗传算法和Elman神经网络各自的优点,采用遗传算法对网络权值阈值全局优化,通过二者的耦合构建了GA-Elman年径流预测模型。利用构皮滩站1961—2015年的径流系列对模型进行了训练及测试,并对各模型预测性能比较分析。结果表明:GA-Elman模型预测平均相对误差5.29%、均方根误差55.81 mm,效果良好,对于径流预测具有实用价值;神经网络模型预测精度优于基于线性方法的模型,预测平均相对误差从12.01%降至7.07%以下;采用遗传算法改进神经网络权值阈值优化过程,预测平均相对误差从7.07%降低到5.29%,可明显提高模型泛化能力,从而改善径流预测效果。     

青藏高原羌塘内流区降水时空特征

利用8套卫星反演与模式模拟的降水资料及地面实测降水数据,分析了羌塘内流区2001—2015年的降水时空分布特征,评估了卫星反演与模式模拟降水资料在羌塘内流区的适用性。结果表明:GSMaP_Gauge降水资料在羌塘内流区表现出更好的适用性,其月数据与地面实测降水数据的相关系数达到0.95,相对误差、平均绝对误差和均方根误差最低;羌塘内流区降水空间格局整体上呈现自东南向西北、由南向北逐渐减少的分布规律;2001—2015年,内流区年降水量总体呈现增加趋势,GSMaP_Gauge年降水量更接近于内流区真实情况;年降水主要集中在夏季,占全年降水的59%以上。     

A rapid forecasting method for mountain flood disaster based on machine learning algorithmsEI北大核心CSCD

基于高精度水动力模型与机器学习技术,运用极限随机树(ERT)及KNN算法,构建了高分辨率山洪灾害快速预报模型。利用确定系数、平均绝对误差和均方根误差3种指标评估模型的整体可靠性,同时,截取流域出口断面流量验证模型的预报性能。结果表明:所建模型预报结果与水动力模型模拟结果淹没范围基本一致,流域淹没范围平均相对误差低于5%,模型整体稳定可靠;流域出口断面流量平均相对误差低于10%,断面平均水深、流速平均相对误差低于5%,模型预报性能良好;模型可在10s内完成最大淹没情况计算并输出淹没范围图,能为紧急决策提供足够的前置时间,协助决策者更好地采取应对措施。     

基于人工电场算法优化的大型灌区径流预测模型研究

针对水文预报中径流预测数据序列具有非线性和非平稳性等特点,将一种新型智能优化算法——人工电场算法AEFA与LSTM神经网络结合进行参数优化,建立AEFA-LSTM预测模型,并以赵口大型灌区涡河玄武水文站实测年径流量作为样本数据进行网络优化训练和预测分析,同时与传统优化算法（遗传算法GA和粒子群算法PSO）建立的GA-LSTM和PSO-LSTM预测模型进行对比。结果表明：AEFA-LSTM模型预测值的平均相对误差相较于GA-LSTM模型和PSO-LSTM模型分别降低了7.59%和5.22%,且平均绝对误差MAE、均方误差MSE、均方根误差RMSE均为3种模型中最小,说明所建立的AEFA-LSTM模型可以更高精度地预测径流量,为水文预报提供一种新型高精度径流预测方法。     

融雪的水量平衡模型在内蒙古锡林河流域水文模拟中的应用

水量平衡模型是目前水文及环境分析中最常用的工具和手段之一,半干旱地区的水文模拟是目前水文科学研究中的难点.以内蒙古地区的锡林河流域为研究对象,开展了考虑融雪的水量平衡模型(Snowmelt-based Water Balance Model,SWBM模型)的拓展性应用研究.结果表明:锡林河流域气候干旱,产流受降水和融雪驱动,流域降水量及实测径流量均呈现弱减少趋势.SWBM模型对对月径流过程具有较好的模拟效果,率定期和检验期的模型效率系数均可超过60％,相对误差小于8％,说明该模型可以用于研究气候变化对半干旱地区的影响评价.     

Eutrophication model for river-type reservoir tributaries and its applications

With the impoundment of the Three Gorges Reservoir, algal blooms have been found in some tributaries. In this study, according to the theoretical analysis of the eutrophication mechanismin a river-type reservoir tributary, a one-dimensional eutrophication model was developed for the Xiangxi River tributary of the Three Gorges Reservoir, and the influence of hydrodynamic conditions on the primary growth rate of algae was investigated. Furthermore, numericalpredictions of hydraulic variables and eutrophication factors, such as the concentration distribution of TP, TN, and Chl-a in the spatial and temporal domains, were carded out. Comparison of computation results of TP, TN, and Chl-a concentrations along the river in the spring of 2005 with experimental data demonstrates the validity of the model. The agreement between the computation results and the experimental data of TP and TN concentrations is better than the agreement between those of Chl-a concentration. The simulated results also show that the Chl-a concentration downstream is much higher than that in the upstream tributary, which potentially indicates the outbreak of algae in this area. Therefore, this study provides a feasible method of accurately predicting the state of eutrophication in river-type reservoirs and their tributaries.     

基于小波EGM-ISFLA-SVR的大坝变形组合预测模型

为了提高大坝变形监控模型的预测能力,充分挖掘变形实测数据并及时了解大坝的运行性态,提出了一种基于小波EGM-ISFLA-SVR的大坝变形组合预测模型。该模型首先应用小波分析进行去噪,提取变形监测序列的时效分量以及由水压、温度分量组成的综合效应分量。然后,分别运用均值GM(1,1)模型和基于改进的混合蛙跳算法的支持回归机模型对两种序列进行建模和预测。最后,经小波重构得到组合模型。通过工程实例对模型效果加以检验,采用多项指标分别与传统统计模型的拟合精度和预测精度进行对比。结果显示,该模型拟合时具有比统计模型更大的复相关系数和更小的均方差;预测时均方差、平均绝对百分比误差和平均绝对误差均小于统计模型,表明该模型具有更高的拟合和预测精度和更强的泛化能力。     

基于BP神经网络的HEC-RAS二维模型糙率参数自动率定

水面宽阔河段、洪泛区和潮汐河口段的水文及水动力学计算模拟多采用二维模型,然而因模型复杂的非线性映射关系常导致参数率定效率和精度不高,甚至出现"异参同效"问题。为此,提出一种应用BP神经网络自动率定二维模型糙率参数的方法。以海南昌化江入海口段为计算实例进行数值检验,结果表明:编写的Python程序能够准确率定HEC-RAS二维模型实例各糙率分区的糙率参数,各糙率分区的率定糙率值均在参数取值范围内,且均在观测糙率值±0.011内,未出现"异参同效"现象;水位率定计算误差满足设定允许误差要求,设定允许误差0.20 m、0.15 m和0.10 m的平均率定计算误差小于0.10 m,设定允许误差0.05 m的平均率定计算误差接近0 m;设定允许误差为0.15 m时,率定程序的运算效率最高。选用海南201409号台风"威马逊"时期的昌化江实测资料进行验证,证明该方法有效可靠,能够实现HEC-RAS软件二维模型糙率率定功能,可推广应用于其他模型参数率定。     

U形渠道水力计算的显式计算式

通过选择适当的变量及曲线拟合得到U形断面的正常水深和临界水深的显式公式,代替了目前采用的图解、试算等方法。该公式形式简洁、准确。在工程常用范围内临界水深的最大相对误差小于0.618%,正常水深的最大相对误差小于1.074%,它将给设计人员带来极大的方便。