北方某水库总氮浓度预测的神经网络改进方法

为解决先验数据有限情况下北方Q水库的水质预测问题,提出一种以马尔可夫方法进行修正误差的BP神经网络预测模型.针对Q水库的水质特点,使用总氮作为参考序列,对常规指标进行灰色关联分析,以确定神经网络的输入向量.选择同总氮关联度较大的氨氮、总磷以及总氮本身作为输入向量,以总氮为输出向量,应用BP人工神经网络,对总氮浓度进行预测.将神经网络测试样本的相对误差序列作为马尔可夫方法的状态集,对检验样本的相对误差状态进行预测.根据相对误差结果对BP神经网络预测值进行修正.结果表明,该方法能有效改进预测结果,提高精度.     

基于BP神经网络的潇河流域水质预测

针对传统水质预测方法存在预测精度不理想以及对实测数据要求较高的问题,建立基于BP神经网络的水质预测模型,以掌握研究流域未来一定时段的水环境质量情况。模型以潇河流域6个水质监测断面2017年1月-2020年5月的重铬酸盐指数和高锰酸盐指数的浓度作为训练集,以2020年6月-2020年8月的水质数据作为验证集进行模拟与预测。结果表明：BP神经网络模型经训练后,模拟的各断面水质指标平均相对误差均小于7%,相关性系数均超过了0.98,验证集的水质指标平均相对误差均小于18%。构建的BP神经网络模型预测精度较高,可以用于潇河流域的水质预测。     

新乡市百泉泉水流量动态预测与资源评价

运用BP神经网络理论和方法,建立了河南省新乡市百泉泉水流量动态的BP神经网络模型,并与逐步回归模型和灰色模型进行了比较,结果表明:BP神经网络模型的预测值与实测值最为接近,拟合效果明显优于逐步回归模型和灰色模型的拟合效果,三者的相对误差分别为0.961%、10.734%、5.664%。根据三种模型的预测结果,利用周期分析法和补偿开采的观点评价百泉泉域裂隙岩溶地下水可开采资源为3.25 m3/s。     

基于BP神经网络的吉林省中部旱情预测

本文选择以吉林省具有气象监测要素的中部三个墒情站进行BP模型预测。以2002-2009年降水、蒸发、气温、风速、土壤含水率均为实测资料。通过采用BP神经网络模型进行预潮分析，预测姑果显示，平均绝对误差为-0．9，60％预测值偏小，相对误差小于±10％占70％、小于20％占93％，相对误差能够满足预测要求。表明模型预测精度较高。可以用于实际工作中。     

大跨度悬索桥锚碇基础基底土压力智能预测研究

将灰色系统(GM(1,1))、BP神经网络、灰色神经网络(GNNM(1,1))3种智能预测模型分别应用于深大基坑锚碇基础的基底变形预测过程中,以润扬大桥北锚碇基础基底土压力的监测资料为例进行动态预测分析,并与实测值进行了比较.结果表明:3种模型土压力预测值的相对误差分别为1.11%,0.77%和0.43%.GNNM(1...     

基于马尔可夫链校正GM-BP模型的径流预测

为进一步提高中长期径流预报精度,以兰西水文站1959-2014年径流深数据为例,分别利用灰色模型和BP神经网络模型对径流深数据进行预测,采用马尔可夫链推求状态概率对预测结果校正,用最小二乘法对双模型校正结果进行耦合。模型所得组合校正预测结果通过平均相对误差、均方差和合格率进行统计描述,校正后的组合预测结果平均相对误差和均方差分别为12.72%和11.70,均要优于灰色模型和BP神经网络模型且90.91%的预报结果满足相对误差小于20%的控制条件。可见,耦合模型能有效规避单一模型已存在的缺点,基于马尔可夫链的修正结果可使预测精度进一步提升。因此,本研究提供的组合校正模型在一定程度上具有更好的拟合效果和预报精度,是一种具有实用价值的预测模型。     

基于ARIMA和Prophet的水质预测集成学习模型

将时间序列模型ARIMA和Prophet作为基学习器,结合BP神经网络模型构建了水质预测集成学习模型。选取长江流域某断面2019—2020年的DO、CODMn、NH₃-N、TP和TN等5个水质指标的监测数据对该模型的有效性进行了检验,结果表明:5个水质指标集成学习模型预测结果的平均绝对百分比误差比时间序列模型的预测误差分别低35.0%、29.9%、4.1%、40.6%和17.1%,模型预测值和监测值的皮尔逊相关系数大于0.8。集成学习模型预测精度高于单一模型,可以更精确地进行水质预测。     

灰色理论及神经网络组合模型在水质预测中的应用

利用灰色理论和神经网络的组合式模型实现了对原水水质的预测。它分析了水质数据的影响因素多,水质变化的非线性等特点,同时考虑灰色理论的单变量预测优势以及神经网络能有效处理数据的非线性、模糊信息的特点,提出使用灰色理论模型GM(1,1)对水质数据进行建模,再使用BP神经网络对实际值和预测值的残差进行建模,最后叠加上述两个模型,实现灰色神经网络组合式水质预测模型。通过对某水厂水质的预测值和实际值的比较,表明该模型对水质有较高的预测精度。     

灰色理论在干旱预测中的应用

应用灰色理论预测辽宁柳河水系的干旱年，阐述灰色理论预测随机水文要素的基本方法，并对预报模型进行了精度检验。结果表明，模型的相对误差小于6%，后验差为最高一级预测精度，关联度检验大于0.6。用该模型对原点进行验证，预报精度在90%以上。     

基于外因响应的滑坡位移预测模型研究

根据滑坡位移序列的单调性和非线性,将滑坡位移分为趋势项和偏离量,建立曲线回归-BP神经网络模型对滑坡位移进行动态预测。以三峡库区树坪滑坡为例,首先通过曲线回归提取滑坡位移趋势项;然后在选取滑坡位移动态变化影响因子的基础上,建立BP神经网络模型逼近位移偏离量;最后将趋势项和偏离量预测值叠加,得到滑坡位移预测值。结果表明,该模型可更好地反映影响因子动态变化对滑坡位移发展的关键作用,预测的平均相对误差为3.3%,有效地提高了预测结果的精度。     

河北省井灌区灌溉用水与耗能变化规律研究

开展农业灌溉节水、节能研究既是支撑区域农业可持续发展必然要求,也是支撑国家节能减排承诺的具体实践。受农业节水、地下水位下降的影响,河北省井灌区灌溉用水和灌溉耗能之间关系复杂,分析了1980-2015年河北省井灌区灌溉用水、灌溉耗能、地下水位变化等规律,得出以下结论:(1)地下水埋深与提取单方水耗电量呈幂函数关系,地下水埋深越大,地下水位下降带来灌溉能耗的增加幅度越来越大;(2)由于地下水位下降,每度电可开采水量从1980年的8m~3减少到2015年的0.9m~3,相比1980年2015年灌溉水量减少了13亿m~3,但是灌溉能耗增加了131亿kW·h。(3)1997年后由于灌溉水量减少而降低的能耗不足以弥补地下水位下降增加的能耗,由此导致1998-2015年每公顷灌溉能耗额外损失为20 850kW·h。本研究对指导河北省农业灌溉水-能关系协调发展提供有益的参考。     

内蒙古准格尔旗地下水环境承载力评价

地下水环境承载力是水环境承载力研究的重要组成部分,是衡量人类社会经济发展与区域水环境协调程度的判别依据。以内蒙古自治区准格尔旗为研究区,建立地下水环境承载力评价体系,并利用层次分析法(AHP)判断矩阵确定各指标的权重值,进行研究区地下水环境承载力评价。结果表明,准格尔旗地区地下水环境承载力在0.308 3~0.731 1之间,平均为0.521 5,属于中等偏弱程度。评价结果与研究区水文地质条件和社会经济发展现状基本吻合,可为准格尔旗在未来工业化进程中地下水资源管理和地下水环境保护决策提供依据。     

近59年广西气象要素时空变化特征分析

基于广西25个气象台站1958-2016年的气象资料,采用Daniel趋势检验法、Lee-Heghinan变异检验法、Morlet小波分析法、R/S分析法和克里金插值等方法,对广西年日照时数、年平均风速、年降水量、年平均相对湿度和年平均气温的时空变化进行了分析。结果表明:近59年广西年日照时数、年平均风速和年平均相对湿度呈减小趋势,年降水量和年平均气温表现出微弱增加趋势;各气象要素分别在1979年、1974年、2011年、2002年和1997年发生变异;各气象要素均表现出多时间尺度耦合的复杂特性,第一主周期分别为22a、29a、31a、26a和13a;各气象要素的Hurst指数均大于0.5,说明未来变化趋势将继续与过去变化趋势保持一致;在空间上,广西年日照时数由西北向东南递减,年平均风速、年降水量、年平均相对湿度和年平均气温由北向南递增。     

山东省农业水足迹周期及趋势变化分析

农业用水状况及其周期趋势分析对合理制定农业用水分配、提高水资源利用效率有着重要的现实意义。依据水足迹理论,分别计算了山东省1978-2014年农业总水足迹及其分项,利用经验模态分解(EMD)分别分析了各水足迹值的波动周期,从多时间尺度分析了农业总水足迹值波动影响因素,并结合对数平均迪氏分解(LMDI)方法,分析了引起总水足迹增长的主要贡献因素。结果表明:林牧渔业水足迹以3.5a为周期波动,种植业水足迹以5a为周期波动,总水足迹以8a为周期波动;农业总水足迹值3a短波动周期主要受种植业影响,8a长波动周期在2002年前主要受畜牧业影响,2002年后则主要受种植业影响;农业总水足迹及各分项多年来均呈增长趋势;蓝水、绿水、灰水足迹值的变化均对总水足迹值的增长起正向促进作用,多年来农业总水足迹值的增长由绿水足迹主导逐渐转变为蓝水足迹主导。     

面向网络抗毁性的输水网络拓扑结构优化设计

为优化输水网络拓扑结构, 量化网络抗毁性, 建立以网络抗毁性最大化为目标的输水网络拓扑结构优化模型。 首先, 以输水网络拓扑结构为基础, 从节点所处位置的中心程度和可替代程度出发, 推求节点结构重要度, 并以此表 征网络抗毁度。其次, 以网络边可连接数及边无交叉性为约束条件, 建立以网络抗毁性最大化为目标函数的优化模 型。最后, 结合某输水网络算例, 应用遗传算法求解该模型, 寻求最优输水网络拓扑结构。算例计算结果表明: 优化 后网络中的节点结构重要度数值离散程度减小, 网络抗毁性相较优化前得到了很大的提升, 说明该模型能够为解决 输水网络拓扑结构优化问题提供参考。     

新形势下我国节水现状及问题分析

近年来,通过全面推进节水型社会建设,全国用水总量持续增长势头得到有效遏制,水资源利用效率明显提高,各行业节水取得显著成效。经统计分析,2016年较2010年总用水量、各行业用水量及占比变化不大,万元GDP用水量下降36%,灌溉水有效利用系数由0.51提高到0.54,万元工业增加值用水量下降42%,工业用水重复利用率提高到了88.3%,城镇公共供水管网漏损率维持在15%左右。农业、工业、城镇各重点领域现状节水水平与国际先进水平对比,仍存在较大差距,节水型社会建设任重道远。随着中国特色社会主义进入新时代,对水安全保障提出了更高要求,同时气候变化使得经济社会发展与水资源保障矛盾更为突出,节水工作面临新的形势与挑战。从法律标准、政策机制、科技创新、计量统计、管理体制、节水宣传等方面深层次探讨了现状节水工作存在的问题,并提出新形势下实施国家节水行动的重点及建议。     

基于改进T ennant 法的湟水流域 河道内生态环境需水量分析

对传统的Tennant法进行改进,从原方法中确定多年平均年流量系列中找一典型年,要求典型年的年流量最接近多年平均流量,典型年来自河流本身一年流量过程,因而具有河流本身的季节丰枯特性。用典型年流量来代替多年平均流量,从而实现Tennant法反映河流流量的季节性。改进后的应用结果表明,求得的湟水干流和大通河的河道内生态环境需水流量更好地体现了研究河段流量丰枯的季节性。     

海河流域蒸发皿蒸发量变化及其影响

利用海河流域17个气象站1960-2012年气象资料,采用面板数据模型,分析海河流域蒸发皿蒸发量与相对湿度、风速、日照时数、平均气温、气温日较差的变化趋势及其回归关系,重点在于对海河流域"蒸发悖论"的影响因素进行分析,同时探究面板数据模型对水热平衡、气候变化的研究可行性,为水资源规划和管理提供科学参考。结果表明:(1)在1960-2012年间,海河流域的蒸发皿蒸发量以22.89mm/(10a)的速率呈现显著减少而气温以0.27℃/(10a)的速率呈上升趋势,该流域存在蒸发悖论现象。(2)利用面板数据模型对各数据进行单位根检验、Hausman检验和F检验,检验结果表明变系数固定效应模型更适用于海河流域蒸发皿蒸发量与其他气象因素的建模分析。(3)从单因子回归角度来看,日照时数对蒸发皿蒸发量变化的贡献值最大,然后依次是相对湿度、气温日较差、风速、平均气温;从全因子回归分析来看,蒸发皿蒸发量与相对湿度呈负相关关系,与日照时数、平均气温、气温日较差、风速呈正相关关系;从平均气温和气温日较差分别拟合的效果来看,平均气温更适合于该模型拟合;对比平均气温和日照时数的回归结果,全球变暗对蒸发皿蒸发量变化的贡献值大于全球变暖。     

基于改进年内展布计算法的河道内 基本生态需水量研究

为了拓宽年内展布计算法的适用范围,针对我国北方河道季节性明显的特点,对该方法进行改进。在原方法的基础上,将同期均值比修改为特枯年(P=90%)河道年径流量与多年平均径流量的比值,结合多年月均径流量进行河道内基本生态需水量计算。以弥河谭家坊水文断面为例,计算河道内基本生态需水量,并与Tennant法标准及我国常用的水文学方法以及改进前的年内展布计算法作对比。结果表明,在一般用水期和鱼类产卵育幼期,改进的年内展布计算法结果都能够满足维持河道基本生态功能的要求,更为合理,证实该方法既继承了原方法能够体现河道年内径流总体过程和变化特征的特点,又能够适用于季节性明显的河道,适用于河道内基本生态需水量的计算。     

基于 SPI 干旱指数的海口市干旱变化特征研究

根据海口市8个雨量站1970-2012年的逐日降雨资料,采用降雨平均和SPI(标准化降水指数)平均两种不同的SPI处理方案计算了三个时间尺度(3、6、12个月)的SPI值。将两种处理方案在不同时间尺度上计算所得的干旱情况与实际干旱情况做了比较,选择适用于海口市干旱评估的处理方案,应用Mann-Kendall检验,Morlet小波分析方法分析了海口市1970-2012年间各季节的干旱变化趋势和年干旱变化周期。结果显示:降雨平均方案更适用于评估海口市的干旱情况;海口市不同程度的干旱发生频率高达56%,多发生在春、秋两季,频率分别为51%和41%,秋季特旱发生频率为14%;海口市整体干旱有加重趋势且秋季加重趋势明显;海口市干旱具有13a左右的第一主周期,4a和22a的第二、三周期。研究结果可为海口市干旱评估和预报以及制定抗旱减灾措施提供参考。