三门峡库区湿地景观格局变化及其驱动力分析

以三门峡库区为研究对象,依据1980年、1990年、2000年、2010年4个时期的卫星遥感影像,采用最大似然法进行监督分类,并运用人机交互解译和野外检验方法获取三门峡库区的水体、滩地、沼泽等土地利用数据;利用地理信息系统空间分析和统计功能,研究了1980—2010年三门峡库区的土地利用动态变化情况。结果表明:30 a间城镇用地、农村用地明显增加;水体、滩地、草地均有不同程度减少,分别减少18.64%、62.6%、27.6%,林地面积基本持平;滩地主要转化为水体和耕地,草地主要转化为耕地和林地。土地变化格局的主要驱动力是人口增长、城市化与经济的发展、气候环境的变化等。     

基于主成分的扬州市水资源承载力分析评价

文章以扬州市为例,在构建指标体系的基础上,构建基于BPNN的水资源承载力评价模型。针对BPNN中存在的问题,采用PCA对BPNN的输入向量进行降维和优化,以降低模型的复杂度。利用蚁群算法和粒子群算法对BPNN模型进行改进。结果显示,研究提出的模型的评价准确率达到了95%对扬州市的可持续发展提供理论支撑。     

水体营养类型模糊综合评价初探

文章对利用模糊数学方法评价水库营养类型进行了探讨 ,提出了水体营养类型模糊综合评价的基本方法及相应的数学模型 ,分析了该评价方法的基本特点 ,并在浑江水库的营养类型分析评价中取得了良好的应用效果。     

黄河三角洲湿地蒸发蒸腾及其对土地利用/覆被变化的响应特征研究

以黄河三角洲为研究区,基于1986年6月5日和2009年6月4日的Landsat TM影像进行土地利用/覆被分类及变化特征研究,同时,基于SEBAL模型估算区域蒸发蒸腾量,进而分析湿地蒸发蒸腾的数量特征、空间格局特征及其对土地利用/覆被变化的响应特征。结果表明:23年间,58.74%的区域土地利用/覆盖类型发生了变化,未利用地大幅减少,水体和建设用地大幅增加,显著的土地垦殖与耕地荒废则同时存在;蒸发蒸腾强度大小按土地利用/覆被类型排序依次为水体>滩涂>苇地>林草地>耕地>建设用地>未利用地,研究区未利用土地变为水体和耕地是导致区域蒸发蒸腾整体提高的主导原因,而耕地流失则是导致区域蒸发蒸腾整体下降的主要原因,但23年间实际变化以前一种情形占优势,因而区域蒸发蒸腾总体呈现为增加趋势。研究结果对区域土地利用规划和水资源管理有重要的理论和实践指导意义。     

城镇智慧水务日用水量预测方法改进分析

随着5G技术的发展,智慧水务成为建设智慧城市的重要一环。因此,建立一种能够精确预测城市用水量的预测算法尤为关键。基于5G智慧水务技术,以H市自来水公司2020年的数据为研究对象,在考虑温度、节假日、天气情况等影响因素的条件下,对LR、SVR、BPNN这3种算法进行评估并改进。结果表明,通过改进SVR、BPNN算法的主要参数,改进后算法的预测精度明显较改进前有进一步提高;LR、BPNN算法受测试集与温度影响较小,但SVR算法受温度影响较大,且高温或低温均会减小其预测精度,但通过增加测试集可以降低此类情况。建议在一般情况下,采用改进后LR、BPNN算法;而在测试比例较大时,可以采用SVR算法进行用水量的预测。     

江苏河湖滩地开发利用的回顾和思考

开垦河湖滩地发展种植业是我国传统农业开发的重要类型。文章回顾了江苏省开垦河湖滩地发展农业生产、推动经济繁荣的历史,对河湖滩地开发利用过程中的人水关系、发展理念、治水模式和开发方式进行了辩证的思考,总结了河湖滩地开发从单向开发利用转向人水和谐共处、从掠夺式发展转向可持续发展、从征服自然转向调整人的行为、从粗放无序转向空间用途管制的历史轨迹,并提出了推动河湖资源科学利用和长效保护的实践探索路径。     

鄱阳湖滨岸带对N素的净化及其影响因素

以鄱阳湖周边的土壤、水体为研究对象,在调查取样的基础上对典型滨岸带中N素分布及运移进行分析,利用主成分分析法对影响滨岸带对N素净化效果的因素进行排序。结果表明:鄱阳湖滨岸带采样点土壤TN质量比平均值为(0.721±0.275)mg/g,空间差异性大,且周边用地土壤TN质量比普遍高于临水区;水体TN质量浓度表现出周边内陆水体高于近岸湖水、汛前高于汛后的特征;滩地式滨岸带中的土壤TN质量比随滨岸带缓冲宽度增加而减少,且比值普遍低于堤岸式结构;滨岸带结构对N素净化率影响显著,滨岸带的净化效果与结构形式和植被配置有关。     

结合高分辨遥感影像和GIS数据的土地利用变化监测

研究了一种结合高分辨率遥感影像和GIS数据的土地利用自动变化监测方法。分别采用马氏距离、支持向量机、神经网络3种分类方法对研究区域进行模糊分类,然后通过多分类器模糊决策融合分类方法对3种分类结果进行融合,提高总体分类精度。在获得高精度分类结果的基础上,结合历史时期GIS专题数据和分类结果,计算对应的图斑多边形内各类别成份,并与其历史属性对比分析,自动实现土地利用变化监测。实验数据选取QuickBird高分辨率遥感影像和1∶1万土地利用GIS数据,实验结果表明模糊决策融合分类能够明显改善分类效果,获得比单一分类器更为精准的结果。利用决策分类结果并结合GIS数据进行变化区域判定实验,结果表明,对区域中存在较大变化能够准确自动判定为变化区域,而区域中存在较少部分变化则存在部分误判现象。     

基于MODIS数据的洪涝灾情监测关键技术研究进展

对近年来报道的基于MODIS数据的洪涝灾情监测关键技术进行了综述，主要包括水体提取、云检测和土地覆盖分类。水体提取主要困难在于波段选择和云的干扰；云检测也只能部分解决问题，还需要进一步研究。土地覆盖分类可以提供大范围变化监测，但在特征选择和分类器设计上还有很长的路要走。     

青藏高原土地利用/覆被时空变化特征

在对公开的土地利用数据集精度评价的基础上,选用较高精度的青藏高原科学研究所300 m土地利用数据(简称TPDC_LUCC),采用土地利用时空分布和变化率等指标,分析青藏高原1992—2015年土地利用变化特征,并结合气候数据集及社会经济数据对土地利用变化归因进行了分析。结果表明:①公开数据集中,TPDC_LUCC数据集序列最长,精度最高,尤其是对耕地、城镇用地及水体分类精度较好;欧洲航天局300 m 土地利用数据(ESA_LUCC)对草地的分类精度最高,耕地精度最差;中国科学院空天信息创新研究院30 m土地利用数据(CASearth_LUCC)对冰川和城镇用地的分类较准确,未利用土地误差较大;②青藏高原草地分布最广,多年平均占比约70.02%,其次是沙地、裸地等未利用土地,约占15.81%;城镇用地扩张较快,1992—2005年、2005—2015年两期增长率分别是2.34%、4.69%;1992—2015年,青藏高原未利用土地的9.14%转为草地,灌丛和耕地的3.27%转为林地,冰川的5.5%转为水体;③1992—2018年,青藏高原平均气温上升了1.17 ℃,降水和气温增加,是东部区域草地、灌丛、林地增加的主要驱动因素,气温明显上升致使西北部冰川融化,城市化促使城镇用地增加、耕地减少,实施生态保护政策对青藏高原草地、林地的恢复有显著推动作用。     

Application of SEBAL and Markov Models for Future Stream Flow Simulation Through Remote Sensing

Watershed hydrology, including the volumes of stream flow is widely considered to be influenced by global climate change. Traditional studies using the (GWLF) model to estimate stream flows have relied on evapotranspiration cover coefficient (Kc) obtained from published references. Other factors, such as future land-use status and evapotranspiration (ET) change, are usually not considered. This study aims to improve on traditional studies by including remote sensing techniques to estimate the Kc, as well as integrating the SEBAL model, the CGCM1 model, and the Markov model to predict land-use and ET changes. The chosen study area was in the north of Taiwan. The processes include land-use classification using hybrid approach and Landsat-5 TM images, a comparison of stream flow simulations using the GWLF model with two Kc values derived from remote sensing and traditional methods, and finally the prediction of future land-use and Kc parameters for assessing the effect of land-use change and ET change. The results indicated that the study area was classified into seven land-use types with 89.09% classification accuracy. The stream flows simulated by two estimated Kcs were different, and the simulated stream flows using the remote sensing approach presented more accurate hydrological characteristics than a traditional approach. In addition, the consideration of land-use change and ET change indeed affected the predicted stream flows under climate change conditions. These results imply that the integration of remote sensing, the SEBAL model, the CGCM1 model, and the Markov model is a feasible scheme to predict future land-use, ET change, and stream flow. Therefore, these models will improve future studies of predictions in water resource management and global environmental change.     

A Novel Hybrid Decompose-Ensemble Strategy with a VMD-BPNN Approach for Daily Streamflow Estimating

Streamflow estimation is highly significant for water resource management. In this work, we improve the accuracy and stability of streamflow estimation through a novel hybrid decompose-ensemble model that employs variational mode decomposition (VMD) and back-propagation neural networks (BPNN). First, the latest decomposition algorithm, namely, VMD, was used to extract multiscale features that were subsequently learned and ensembled by the BPNN model to obtain the final estimate streamflow results. The historical daily streamflow series of Laoyukou and Wushan hydrological stations in China were analysed by VMD-BPNN, by a single GBRT and BPNN model, ensemble empirical mode decomposition (EEMD) models. The results confirmed that the VMD outperformed a single-estimation model without any decomposition and EEMD-based models; moreover, ensemble estimations using the BPNN model development technique were consistently better than a general summation method. The VMD-BPNN model’s estimation performance was superior to that of five other models at the Wushan station (GBRT, BPNN, EEMD-BPNN-SUM, VMD-BPNN-SUM, and EEMD-BPNN) using evaluation criteria of the root-mean-square error (RMSE?=?2.62 m³/s), the Nash–Sutcliffe efficiency coefficient (NSE?=?0. 9792) and the mean absolute error (MAE?=?1.38 m³/s). The proposed model also had a better performance in estimating higher-magnitude flows with a low criterion for MAE. Therefore, the hybrid VMD-BPNN model could be applied as a promising approach for short-term streamflow estimating.

     

Optimal Land-Use Management for Surface Source Water Protection Under Uncertainty: A Case Study of Songhuaba Watershed (Southwestern China)

The water supply to Chinese cities is increasingly degrading from pollution due to watershed activities. Consequently, water source protection requires urgent action using optimal land-use management efforts. An inexact linear programming model for optimal land-use management of surface water source area was developed. The model was proposed to balance the economic benefits of land-use development and water source protection. The maximum net economic benefit (NEB) was chosen as the objective of land-use management. The total environmental capacity (TEC) of rivers and the minimum water supply (MWS) were considered key constraints. Other constraints included forest coverage, government requirements concerning the proportions of various land-use types, soil loss, slope lands, and technical constraints. A case study was conducted for the Songhuaba Watershed, a reservoir supplying water to Kunming City, the third largest city in southwestern China. A 15-year (2006 to 2020) optimal model for land-use management was developed to better protect this water source and to gain maximum benefits from development. Ten constraints were involved in the optimal model, and results indicated that NEB ranged between 893 and 1,459 million US$. The proposed model will allow local authorities to better understand and address complex land-use systems and to develop optimal land-use management strategies for balancing source water protection and local economic development.     

基于遗传2神经网络的实时水质预测模型

基于高频水质在线监测数据, 结合遗传算法和神经网络模型, 建立基于遗传-神经网络( Improved Genetic Algorithm-Back Propagation Neural Network, IGA2BPNN) 的河流水质预测模型, 实现对河流水质的实时预测预警。 将该方法应用于美国波托马克河流中, 对其水质参数浊度( TURB) 和电导率( SC) 进行实时预测, 并对预测结果进行 性能分析, 以验证基于 IGA2BPNN 的河流水质预测模型的准确性与可靠性。与 BPNN 模型的水质预测结果进行对 比分析, 结果表明: IGA2BPNN 模型对水质参数 TURB 和 SC 有更准确的预测效果。同时, IGA2BPNN 模型对正常 平稳条件下的水质参数 TURB 和 SC 预测结果的区间覆盖率 PICP 分别为 99.81% 和 100% , 预测结果具有一定的 可靠性。IGA2BPNN 水质预测模型可以有效地识别长时间的水质异常或瞬时显著的水质变化情况, 可实现对河流 水质的风险预警, 最终可为河流突发水污染的应急处置措施的制定提供科学依据。     

贯入法及冲击筛分法检测砌体抹灰 砂浆强度研究

为了解现有的砌筑砂浆强度检测方法的适应性,进行了试验研究。试验中主要采用了贯入 法、冲击筛分法检测普通粘土砖砌体28 d抹灰砂浆的强度,并辅以点荷法,立方体抗压强度予以对 比分析。结果表明,冲击筛分法可以用作普通粘土砖砌体28 d抹灰砂浆强度的检测,而贯入法需要 进一步研究,以获得准确的抹灰砂浆强度回归曲线,方可用于现场检测。     

3S技术支持下的汝溪河水土流失动态监测及分析

为促进水土保持与水土资源利用提供基础数据和决策依据,在3S技术支持下开展水土流失与生态环境动态监测。选取三峡库区汝溪河小流域作为研究区域,根据区域土地利用类型、植被覆盖度信息,并综合所收集的当地水保资料和地形坡度数据等,进行空间叠加分析,确定土壤侵蚀类型、强度分级与分布情况。参照《土壤侵蚀分级标准》,对2014年、2015年2个时期的汝溪河进行水土流失动态分析,并采用转移矩阵法对2个时期土地利用转化方向与转化面积进行合理性分析。研究结果表明2014-2015年2 a之间,汝溪河小流域的土地利用方式有结构性调整,水土流失分布情况大体趋于稳定,微度水土流失面积略增加,轻度、强度水土流失面积基本持平,中度水土流失略降低,极强、剧烈水土流失情况有所缓解。     

基于DGA的BP神经网络及其在一维河网模拟中的应用

考虑到BP神经网络的计算精度和稳定性依赖于初始权、阈值,首先对标准遗传算法进行改进,然后用改进的遗传算法优化BP神经网络的初始权、阈值。将遗传算法和神经网络结合起来建立河网BP模型,把实测资料或者水动力数学模型的计算结果作为学习样本对模型进行训练。将河网BP模型运用于西江三角洲河网,发现该模型与水动力模型的计算结果吻合较好,表明优化后的BP网络用于河网水力模拟是可行的。     

国产高分影像在峡江枢纽库区土地利用变化监测中的应用

资源一号 02C( ZY－1 02C) 、高分( GF) 系列等国产高分辨遥感卫星的陆续发射极大地丰富了高分遥感应用的数据源,已广泛地应用于国土资源调查与土地利用变化监测研究中。峡江水利枢纽工程是江西省规模最大的水利工程,为掌握峡江水利枢纽工程建设对其库区土地利用/覆盖产生的影响,利用2013 年的资源一号 02C( ZY－1 02C) 卫星和 2015 年的高分一号( GF－1) 卫星两种影像对库区土地利用变化进行监测。对两幅高分影像进行正射校正、配准、几何精纠正等预处理,在分析卫星传感器特性的基础上,采用基于线性回归波段拟合方法进行多光谱与全色影像融合。最后,利用面向对象分类方法对两期影像进行了土地利用信息提取和地类变化分析。试验结果表明: 利用面向对象方法可实现对库区高分影像土地利用信息的精确提取,总体分类精度达到 87. 9%,Kappa 系数为 0. 836,完全满足遥感应用的精度要求。2013—2015 年间峡江库区土地利用变化的主要特征有: ( 1) 水体和建设用地有明显增加,分别增加 25. 64 km2和 13. 29 km2,耕地和林地面积减少较多,分别减少 19. 42 km2、14. 51 km2; ( 2) 地类变化的主导方向是耕地、其他用地向水体转变及耕地、林地向建设用地转化,这主要源于工程蓄水、移民安置及城市扩展等。     

冲泻区形态动力学耦合模型研究Ⅱ:模型建立与验证

利用已建立的分段输沙率公式和实验数据,基于一维非线性浅水方程和床面变形方程,考虑两类共6种输沙率公式,增加床面剪切应力和渗流源项,建立适用于冲泻区水沙动力特性的岸滩形态动力学耦合模型。采用典型算例对模型可靠性进行了数值验证,结果表明,耦合模型中采用TVD-WAF格式和分段输沙率公式在计算形态变化时取得了较好的数值精度。进一步模拟了冲泻区内岸滩形态的变化特征,计算得到的水深、岸线轨迹和岸滩剖面变化结果与实验结果吻合较好,并讨论了不同摩阻系数和有无渗流对岸滩形态的影响规律,结果表明冲泻区形态动力学模型不能忽略床面摩阻和渗流的影响,本研究提出的分段输沙率公式适应于冲泻区的泥沙输运研究。