基于EMD-FBI-ELM模型的径流预测研究

为提高径流预测精度,提出基于经验模态分解(EMD)和法务侦查(FBI)算法、极限学习机(ELM)相融合的径流预测方法。首先采用EMD将径流序列数据分解成多个更具规律的分量序列,基于自相关函数法(AFM)、虚假最邻近法(FNN)对每个分量序列进行相空间重构;其次利用FBI算法优化ELM输入层权值和隐含层偏值,建立EMD-FBI-ELM径流预测模型,并构建EMD-FBI-SVM、FBI-ELM、FBI-SVM作对比预测模型;最后通过云南省姑老河水文站年径流预测实例对EMD-FBI-ELM、EMD-FBI-SVM、FBI-ELM、FBI-SVM模型进行验证分析。结果表明：EMD-FBI-ELM模型对实例年径流预测的平均相对误差为3.97%,平均相对误差较EMD-FBI-SVM、FBI-ELM、FBI-SVM模型的预测结果分别降低了53.9%、81.7%、86.5%,具有较好的预测效果。EMD-FBI-ELM模型用于径流预测是可行的,模型及优化方法可为相关预测研究提供参考。     

宜昌站月径流时间序列的混沌特性分析

关于水文时间序列的混沌特性识别,目前已有多种方法和指标,但单独一种方法一般不能作为混沌特性识别的充分条件。根据相空间重构和混沌理论,对宜昌站1900～2007年的月径流序列进行了较全面的混沌特性分析。首先采用C-C法计算重构参数对月径流序列进行相空间重构,然后分别计算其关联维数、Lyapunov指数和Kolmogorov熵,用这3个不同的混沌判别指标并行分析宜昌站月径流序列是否具有混沌特征。经计算,宜昌站月径流序列各个混沌判别指标均表明其具备混沌特征。     

基于CEEMDAN-PSR-KELM的大坝变形预测

为提高大坝变形预测精度,针对大坝变形监测序列的非线性、非平稳性等特点,提出一种基于具有自适应噪声的完整集成经验模态分解(CEEMDAN)-相空间重构(PSR)-核极限学习机(KELM)的大坝变形预测模型。首先利用CEEMDAN算法将大坝变形监测序列分解成为若干不同频率的子序列,然后对各序列进行相空间重构,依据重构的各个子序列分别建立相应的KELM预测模型,最后对各子序列预测结果进行叠加求和得到最终预测结果。通过实例对比分析表明,该模型在大坝变形预测中预测精度较高,对于大坝变形安全监测具有一定的实用价值。     

月径流序列混沌特性识别及预测

以混沌理论和相空间重构原理为基础,分析计算大峪水文站1955-2006年月径流序列的最佳延迟时间和嵌入维数;运用最大Lyapunov指数λ10证实大峪月径流序列具有混沌特性,从而建立了基于混沌特性的BP神经网络预测模型。仿真及预测结果表明:该模型预测精度较高,可用于大峪月径流预测。     

克鲁伦河月径流混沌时间序列的LS-SVM和RBF预测

采用相空间重构理论计算实测月径流的延迟时间、嵌入维数、G-P饱和关联维数和Laypunov指数,证明克鲁伦河月径流时间序列存在混沌现象。混沌时间序列的最小二乘支持向量机预测模型涉及参数较少,计算过程简便,训练速度快。RBF神经网络预测模型具有较快的训练速度和较强的非线性映射能力。同时,二者在建模中都引用了径向基函数,从而更加简化了非线性问题的求解。实例表明:将这两种模型应用在月径流时间序列预测上,其运算速度都很快,但在预测精度上,最小二乘支持向量机预测模型要优于径向基神经网络预测模型。     

洪水变化的混沌特性和相空间预测

混沌理论不仅变认识洪水变化规律提供了新的观点，而且为洪水预测提供了新的途径，本文以金沙江屏山站洪水变化的分析为例，论述了洪水的混沌特性和相空间预测法。     

降雨和径流时间序列的混沌分析与预测

降雨和径流时间序列的混沌分析与预测Ａ．Ｗ．Ｊａｙａｗａｒｄｅｎａ等１绪论在近段时期，伴随描述确定性混沌的奇怪吸引子概念而产生的非线性动力学系统理论已经引起了许多研究者的注意。这个概念也为时间序列分析提供一种新的技术。这些分析着重于从观测到的时间序列中...     

基于混沌Volterra自适应模型的洪水预测研究

在对洪水进行分析的过程中,确定性和随机性方法都存在一定缺陷。为寻求更为理想的洪水预测模型,根据自然界中普遍存在的混沌现象,在基于非线性和确定性系统造成的混沌特性的基础上,分析洪水系统的混沌特性并进行识别,建立了基于混沌理论的Volterra自适应预测模型,利用相空间重构得到的训练样本。将模型应用于汾河石滩水文站2004年最大洪水的预测,结果表明:该模型能够在数据资料较少的情况下使用,实际应用比较方便。且该模型便于软件实现,模型预测精度较高,预测结果也较满意,为以后的洪水预测研究提供了一定的参考依据。     

基于DFA的长江上游径流演化 标度特性研究

针对河川径流时序所具有的非线性与非平稳性特征,运用消除趋势波动分析法（Detrended Fluctuation Analysis,DFA）对长江上游控制性水文站—宜昌站1878～2001年的月均流量时序的演化特征进行了研究,以揭示该流域河川径流的长程相关性及其内在规律性。结果表明：长江上游河川径流时序波动具有长程相关性,且其标度指数具有显著的区域性,即在短时间尺度上具有强烈的正持续性,在长时间尺度上具有强烈的负持续性,且其正持续性至多可持续19个月,显示了长江上游流域产汇流系统演化具有复杂的物理机制。     

长江上游高洪水期泥沙输移特性

长江上游高洪水期(汛期)泥沙输移特性是决定三峡库区泥沙淤积的关键因素,直接关乎三峡水库使用寿命及综合效益的发挥。借助干、支流长系列水沙资料,分析了长江三峡水库入库寸滩站高洪水期泥沙输移特性,结果表明:近40 a来,寸滩站场次洪水中7 d洪量未出现趋势性变化,而7 d沙量显著减少,高洪水期输沙经历了“涨水输沙占优—涨、落水基本持平—落水输沙占优”的变化过程。2013年以前,寸滩站高洪水期径流及泥沙均主要来自于金沙江,而向家坝、溪洛渡水电站陆续投运后,2013—2019年寸滩站洪水场次(洪峰流量30 000 m³/s以上)共计14场。从径流来源来看,仅4场主要来自于金沙江,其余9场主要来自于嘉陵江,1场来自岷江;从泥沙来源来看,9场主要来自于嘉陵江,其余5场分别来自于沱江、岷江、横江,金沙江已不是寸滩站高洪水期过程中泥沙的主要来源区。研究成果可为三峡水库沙峰排沙调度、库尾减淤调度提供理论支撑,为长江泥沙治理提供保障。     

长江中上游地区土壤崩解速率特征分析

为分析长江中上游地区土壤崩解速率随土壤类型、剖面深度变化特征以及崩解速率的地域分异规律和主要影响因素,采用静水崩解法测定不同类型土壤的崩解速率,并对土样进行室内理化分析。结果表明:崩解速率随土壤类型不同由快至慢依次为砂质红壤、砂质黄壤、褐土、壤质黄壤、石灰土、紫色土、棕壤、壤质红壤;土壤崩解速率在垂直剖面上的变化趋势可分为递减型、递增型、凸峰型、凹谷型4种类型;陕南地区和湘东赣南山地丘陵区崩解速率最快,嘉陵江上游地区土壤崩解速率次之,丹江口库区、三峡库区、四川盆地和云贵高原等地土壤崩解速率较慢;影响长江中上游地区土壤崩解速率的主要因素是>0.25 mm的风干土水稳性团粒含量和有机质含量。     

黄河上游天然年径流长期变化趋势预测

基于神经网络理论与传统分析方法,采用改进的BP网络算法,利用黄河青铜峡水文站278年(1723~2000年)的天然年径流时间序列,建立了黄河上游年径流长期变化的BP网络预测模型,并以此模型对2001~2050年黄河上游天然年径流变化趋势进行预测分析,结论认为:①黄河上游天然年径流在未来50 a变化的大趋势是丰水时段占优势,且黄河干流天然年径流变化要经历3个不同的时段,即2001~2013年以多年平均水平为基准上下波动的时段、2014~2037年相对丰水时段和2038~2050年相对枯水时段;②用神经网络理论建立了黄河天然年径流中长期BP网络预测模型,模型预测分析的未来几十年黄河天然年径流变化的大趋势是可信的。     

1999-2015年长江流域上游植被覆盖特征及其对气候和地形的响应

基于SPOT NDVI指数、气象数据和数字高程模型,采用趋势分析法对1999—2015年长江流域上游地区植被覆盖空间格局和动态变化特征进行分析;利用偏相关系数法基于单个像元从动态角度研究植被覆盖对气候变化的响应;引入格网法从静态角度研究植被覆盖对气候和地形因子在整体空间格局上的响应。结果表明:研究区的植被覆盖整体较好,高覆盖地区占66.14%,表现出东高西低的梯度分布特征;从动态角度考虑,植被覆盖对温度和降水变化的响应具有较强的空间异质性,不同地区植被覆盖对温度和降水变化的动态响应关系不同;从静态角度考虑,植被覆盖对温度、降水、高程和坡度的响应表现出显著的非线性关系,存在一定的响应阈值,且都具有西部地区响应明显、东部地区响应不明显的特征。研究结果将为制定适应气候和地形的综合植被管理和土地资源管理提供科学依据。     

The Sustainable Utilization of Lake Resources in the Middle and Lower Reaches of Yangtze River

1　ＭａｉｎＰｈｙｓｉｃａｌＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＬａｋｅｉｎｔｈｅＭｉｄｄｌｅａｎｄＬｏｗｅｒＲｅａｃｈｅｓｏｆＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒ　　ＴｈｅｌａｋｅｓｉｎｔｈｅｒｅｇｉｏｎｏｆｍｉｄｄｌｅａｎｄｌｏｗｅｒｓｔｒｅａｍｏｆＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｄｅｎｓｅｌｙ．ＴｈｅｗａｔｅｒａｒｅａｗｉｔｈｉｎｔｈｅｄｒａｉｎａｇｅｂａｓｉｎｏｆＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒｉｓａｂｏｕｔ 8× 10 4ｋｍ2 ａｎｄｔｈｅｌａｋｅａｒｅａｉｎｔｈｅｒｅｇｉｏｎｏｆｍ…     

长江上游径流对气象要素变化的敏感性分析

选取长江上游8个主要水文站(直门达、石鼓、屏山、高场、北碚、寸滩、武隆、宜昌)控制流域作为子流域,利用其1979—2015年径流及气象数据,采用机器学习方法计算径流对降水与气温变化的敏感性,并与多元线性回归法和Budyko框架法进行对比,分析降水与气温变化对径流变化的贡献。结果表明：1979—2015年8个子流域径流与降水变化趋势整体不显著(p=0.01),气温呈显著上升趋势(p<0.01);径流对降水、气温的敏感性系数均值范围分别为0.37～0.76 mm/mm、-4.77～-33.53 mm/℃;径流对降水、气温的敏感性系数随着干旱指数的增大而减小;在干旱指数大的子流域降水变化对径流变化的影响更大,在干旱指数小的子流域气温变化对径流变化的影响更大。     

长江上游典型山区森林转型的时空格局及模拟——以贵州省遵义市为例

为了探讨长江上游典型山区森林转型过程,在长江经济带绿色发展背景下,以贵州省遵义市为研究区,分析了城镇化加速时期森林转型时空过程,并采用Logistic-CA-Markov耦合模型对2025年森林转型空间格局进行预测。研究表明:2000—2010年间遵义市森林转型特征显著,10 a间林地面积增加113 033.98 hm²;林地变化存在显著的空间分异特征;从土地利用类型转移看,新增林地来源主要是耕地,林地减少主要是由于水域和建设用地占用,林地的土地利用图谱变化以前期变化型和后期变化型为主;利用Logistic-CA-Markov耦合模型对2025年林地空间格局进行模拟,保持当前城镇化和经济发展水平下,未来15 a森林恢复仍将持续,但恢复速度趋缓。研究成果对指导长江上游生态屏障建设及科学认识山区城镇建设、经济发展与生态保护之间的关系具有一定意义。     

黄河上中游水沙变化特点分析及未来趋势展望

本文对1950年以来黄河上中游水沙变化特点进行了分析，分析结果表明，自50年代以来黄河上游水沙总体上呈逐年代递减的趋势，其中尤以80年代和90年代减少量为显著。90年代是1950年以来黄河上中游径流总量最少的十年，而输沙量较80年代有所增加。本文还就气候因素、工业业用水以及水利水保工程对水沙变化的影响作了简要分析，在此基础上，对未来黄河三门峡以上区的水沙变化趋势进行了展望。     

长江上游降水特征及时空演变规律

基于长江上游1960年-2014年80个国家气象站的降水量资料,统计分析了长江上游降水量特征,并且通过绘制空间分布图,采用Mann-Kendall法、Pettitt法、Morlet小波分析法检验降水量时间序列,综合分析了长江上游降水量的时空演变特征。结果表明,长江上游1960年-2014年多年平均降水量为900.8mm,平均年降水总量为8 925.1m~3,降水量年际变化大,年降水量极值比为1.5,冬季极值比达3.9,降水量年内分布很不均匀,汛期占80%以上;空间上,长江上游降水量呈现东南部降水量大,西北部小的分布特征;时间上,长江上游年降水量总体上呈现显著的下降趋势,年降水量在1985年发生了突变,长江上游年降水量变化周期由强到弱依次为28a、13a、8a,各分区变化周期以28a为主。     

长江上游泥沙输移比初探

首先阐述泥沙输移比界定的三个条件一是粒级 ,二是时间 ,三是空间 ,在此基础上讨论了长江上游泥沙输移比研究中存在的主要问题是缺少可靠的侵蚀产沙量 ,对悬移质和推移质的分界线不明确 ,对坡面侵蚀产沙和重力侵蚀产沙在总输沙量中的权重缺少量的概念 ;针对上述问题对河道及沟道泥沙输移比的推理分析 ,再根据反映泥沙输移比的形态指标的定性分析 ,认为长江上游除丘陵宽谷区泥沙输移比会小于 0 .5外 ,高中山区长时段的泥沙输移比都接近 1(不包括泥石流在内的重力侵蚀 )。