Monthly Streamflow Forecasting Using Convolutional Neural Network

Monthly streamflow forecasting is vital for managing water resources. Recently, numerous studies have explored and evidenced the potential of artificial intelligence (AI) models in hydrological forecasting. In this study, the feasibility of the convolutional neural network (CNN), a deep learning method, is explored for monthly streamflow forecasting. CNN can automatically extract critical features from numerous inputs with its convolution–pooling mechanism, which is a distinct advantage compared with other AI models. Hydrological and large-scale atmospheric circulation variables, including rainfall, streamflow, and atmospheric circulation factors are used to establish models and forecast streamflow for Huanren Reservoir and Xiangjiaba Hydropower Station, China. The artificial neural network (ANN) and extreme learning machine (ELM) with inputs identified based on cross-correlation and mutual information analyses are established for comparative analyses. The performances of these models are assessed with several statistical metrics and graphical evaluation methods. The results show that CNN outperforms ANN and ELM in all statistical measures. Moreover, CNN shows better stability in forecasting accuracy.

     

水工钢闸门主梁模糊失效概率计算方法研究

为合理计算水工钢闸门主梁模糊失效概率,分别将主梁相对变形当作一个随机变量及三个变量的组合,采用积分法、当量随机化方法及蒙特卡罗法进行了计算。当相对变形为一个随机量时,采用积分法及当量随机化方法计算,两者的差别在于积分法用隶属函数描述模糊限值,当量随机化方法是将模糊限值当量作为一个随机量。当相对变形看作三个变量的组合时采用蒙特卡罗法进行计算,该方法考虑了三个变量的分布特性,更符合实际情况,模糊限值也用随机量表示。计算表明,积分法与当量随机化方法结果相近,验证了当量随机化方法的精度;蒙特卡罗法结果与相对变形服从正态分布时、用当量随机化方法计算的结果接近,故主梁相对变形服从正态分布更为合理。三种计算方法中,当量随机化方法计算失效概率相较于其它方法有计算过程简便,效率高的优点。     

流域水电开发生态环保全过程管理探索

近年来,我国生态文明建设形势发生了根本性变化,国家对水电开发提出了更高的生态环保要求,只有加强建设项目环境影响评价事中事后的监管,才能形成了水电开发与生态环境和谐发展的流域水电开发新格局。笔者结合工程实际,从环保规划、体系建设、专项设计、措施落实、监督管理等角度,分析金沙江上游川藏段水电开发生态环保全过程管理的探索性工作,总结了建设单位强化自我监管、全面保障环保措施落实取得的初步成效,对推进“绿色水电”发展具有重要意义。     

堰塞坝溃决模拟研究综述与展望

堰塞坝几何形态、粒径级配和库容决定了其溃决机理的复杂性,而溃决过程的精细模拟和峰值流量的准确预测是应急处置的基础和关键。堰塞坝溃决过程与模拟技术是面向国家防灾减灾重大需求的前沿热点问题。在系统梳理国内外试验和数值模拟研究进展的基础上,指出以往试验研究坝体尺度小,足够大的库容基本未模拟,难以显示最终溃口形态;数学模型假设过多,物理机制不健全,均有待发展完善。提出了下阶段大尺度模型试验研究的方案与思路,重点阐明堰塞坝破坏机制与溃口演变完整规律,揭示溃口发展物理全过程。同时,建议开发能够模拟全场和溃决全过程的平面二维水沙耦合数学模型,摈弃长期以来对溃口流量、溃口形状、边坡坡度、残留坝体高程、溃决时间等的事先假设,而将其视为水沙床耦合数学模型数值解的一部分,以期提升堰塞坝溃决模拟水平和预测精度。     

一种固化河湖底泥重金属的改良方法

重金属在河湖底泥中的积聚已成为我国的一大环境问题,通过及时妥善的技术处理,可以避免重金属对环境的二次污染。基于生石灰降低底泥含水量,锯末灰初步固化,采用水泥和矿粉+水泥2种方式对生石灰-锯末灰固化后的污泥进一步固化的方法,对天津西青区某河流污染底泥开展试验。基于原子吸收分光法对试验样品进行重金属浸出浓度分析,比较水泥和矿粉+水泥固化2种方法的固化效果。研究表明,当生石灰掺入比为9%,养护2 d 时,污泥的含水率明显降低。锯末灰掺入比10% 、水泥掺入比20%、矿粉换掺水泥40%时,底泥中的 Ni²⁺ 、 Hg²⁺ 、 Pb²⁺ 、 Cd²⁺ 4种超标重金属浸出浓度分别降低71.61%、84.85%、58.49%、77.78%,均满足相关技术规范要求。为检验固化土的种植效果,选用牛筋草和牛繁缕2种植物进行室内60 d种植试验,发现2种植物的光合作用、根部发育、生长速度都很正常。结果表明生石灰掺入比9%、锯末灰掺入比10%、水泥掺入比20%、矿粉换掺水泥40%的固化方案得到的固化土可用于绿化种植。     

洪湖沉积物碳氮磷分布特征及污染评价

洪湖是中国第七大淡水湖,富营养化问题日益突出。全面了解洪湖沉积物氮、磷、有机质的含量及分布特征,对掌握其富营养化现状与氮磷污染生态风险具有重要意义。在湖区布设了8个采样点,2019年10月采集50 cm柱状沉积物,分别测定不同深度沉积物总氮(TN)、总磷(TP)以及有机质(OM)含量,分析了TN、TP 和OM 含量的空间分布特征及相关性,并运用综合污染指数法评价其对应的污染程度。结果表明:洪湖沉积物TN含量在467.8~8 454.5 mg/kg之间,平均值2 167 mg/kg,为重度污染,其中近一半的采样点表层沉积物TN含量>5 000 mg/kg;TP含量在502.7~1 252.4 mg/kg之间,平均值693.8 mg/kg,除杨柴湖为重度污染外,其他大部分地区为中度污染;有机质含量占比在5.0%~24.9%之间,平均值9.6%,为重度污染。在垂直空间上,TN、TP 和OM 均在沉积物表层垂向深度0~20 cm存在明显的积累,其含量随垂向深度的增加而迅速降低。研究成果可为洪湖富营养化的控制与治理提供科学数据支撑。     

橡胶混凝土弯曲疲劳性能研究

为研究橡胶混凝土的弯曲疲劳性能,将粒径为0.54 mm的橡胶颗粒以不同掺量掺入混凝土中,制成橡胶混凝土试件进行轴压试验与轴拉试验,测其应力-应变曲线,计算出弹性模量和泊松比。进行四点弯曲静载试验及ABAQUS数值模拟,得到极限荷载、峰值挠度和荷载-挠度曲线,试验结果与数值模拟结果较接近,验证了数值模型的可靠性。使用疲劳软件Fe-safe分析等幅及变幅加载下橡胶混凝土弯曲疲劳寿命,结果表明:无论是普通混凝土还是橡胶混凝土,在等幅循环荷载下,应力水平越高,弯曲疲劳寿命越低;各掺量下橡胶混凝土的弯曲疲劳寿命都比普通混凝土的大,且橡胶掺量越多弯曲疲劳寿命越大;在变幅荷载作用下,随着橡胶掺量的增大,混凝土的弯曲疲劳寿命也越大;随着变幅等级增多,各掺量下橡胶混凝土的弯曲疲劳寿命均降低,且变幅等级越多,弯曲疲劳寿命越低。     

Fenton预处理+物化生化组合工艺处理抗生素废水

广东某制药公司的抗生素废水具有高毒性、难降解等特点,采用常规生物处理方法难以处理.利用Fenton法预处理抗生素废水,减小抗生素废水的生物毒性并改善其可生化性后,将Fenton池出水与厂区清洗废水混合,进入物化生化组合工艺处理.最终出水水质指标中,BOD5为76.56 mg/L,COD 为168.91 mg/L,SS 为27.67 mg/L,氨氮为14.51 mg/L,磷酸盐0.1 mg/L,pH 的控制值在6?7,各项指标均达到了广东省《水污染物排放限值》(DB 44/26-2001)的水质要求.     

基于水表误差曲线重建的供水系统表观漏损量估算方法及应用

在分类用户用水模式分析的基础上,考虑选取5个特征流量进行水表误差曲线重建,对水表误差值进行修正,建立了基于水表误差曲线重建的表观漏损量估算方法.利用该方法对苏州市研究区域内新建小区、老旧小区、工业、商业、学校和医院等6类用户的水表误差进行修正,各水表的误差修正值分别为-0.25％、-4.1％、-4.59％、-2.03％、-5.74％、-0.34％,据此计算得到各类用户的表观漏损水量分别为7.41万m3、103.42万m3、292.50万m3、28.29万m3、167.83万m3、2.82万m3.与传统方法相比,建立的方法考虑到用户用水模式对水表误差曲线的影响,对表观漏损水量估算更为准确,能为用水行为类似的苏南地区的表观漏损水量估算提供参考.     

基于水力水文学法的大渡河上游生态流量确定

利用湿周法、Tennant法、Tessman法、逐月最小径流法分别计算大渡河上游的最小生态流量,并通过鱼类繁殖产卵所需的流量验证4种方法的合理性。结果表明,Tennant法、Tessman法、逐月最小径流法能保证足木足断面鱼类繁殖产卵所需的最低流量,大金断面4种方法均能满足。推荐3—8月采用Tennant法,9月至次年2月选择湿周法,计算得到的最小生态流量过程能够满足鱼类及栖息地保护的要求,又对人类取用水影响最小。