灌区不同尺度灌溉水有效利用系数估算研究

灌溉水有效利用系数指标存在空间尺度效应,在不同尺度上产生的效应是有所差异的。以黑河为研究对象,通过构建SIMDualkc模型,将历年洋葱生长各阶段系数用来校准模型,利用黑河中下游某灌区的7个支渠作为试验区域,对SIMDualkc模型进行率定和验证得出,2014年土壤蓄水量和蒸腾量的有效性系数分别为0.96和0.78,2015年土壤蓄水量和蒸腾量的有效性系数分别为0.92和0.83。再分别以黑河中下游某灌区的10个试验田,7条分支支渠为研究对象,以试验监测数据及遥感数据为基础,总结出黑河中下游灌域的三种不同尺度的灌溉水有效利用系数计算公式,分别为:田间尺度计算方法,支渠尺度计算方法,灌区尺度计算方法。     

静电放电算法-混合核SVM的月径流预报模型及应用

为提高水文预测预报精度,构建基于多项式核与高斯核混合的支持向量机(SVM),利用静电放电算法(ESDA)优化混合核SVM关键参数和混合权重系数,提出混合核ESDA-SVM枯水期月径流预测模型,并构建高斯核ESDA-SVM、多项式核ESDA-SVM及ESDA-BP作对比预测模型,以云南省某水文站枯水期1—4月月径流预测为例进行实例研究,利用实例前24 a和后10 a资料对各模型进行训练和预测。结果表明,混合核ESDA-SVM模型对实例1—4月月径流预测的平均相对误差绝对值分别为4.09%、3.32%、3.51%和5.64%,预测精度均高于多项式核ESDA-SVM等3种模型。混合核ESDA-SVM模型综合了多项式全局核函数和高斯局部核函数二者优点,在预测精度、泛化能力等方面均优于对比模型,具有较好的实际应用价值。     

不平衡样本下基于高斯混合生成模型的泄漏检测方法

我国供水管网漏损问题严重,由于管线泄漏随机性大,难以有效捕捉泄漏信号.因此,检测数据中的正常样本远远多于泄漏样本,存在样本不平衡问题,导致有监督泄漏检测模型的分类效果不佳,从而难以准确识别泄漏事件.针对此问题,提出一种基于高斯混合生成模型的泄漏检测方法,采用高斯混合模型生成新的泄漏样本,使样本比例平衡后再训练模型进行检测.通过和随机过采样、少数合成过采样、自适应合成过采样3种传统方法进行对比,结果表明本文提出的泄漏检测方法准确率高于0.946,灵敏性高于0.917,总体效果明显优于其他方法,为解决实际泄漏检测中样本不平衡问题提供了指导.     

小波分析及其在日流量过程随机模拟中的应用

小波分析能将交织在一起的不同频率成分组成的复杂时间序列分解成频率不相同的子序列。基于小波分解和重构思想，本文以屏山站为例尝试将日流量过程分解成不同尺度下的小波系数(细节)和尺度系数(背景)，对分解所得的系数按实测资料显示的主周期(年)进行随机重构，从而获得各种各样的日流量过程线。当小波函数和尺度函数或滤波器确定后，分解和重构过程不需估算参数，也不必进行前期分析和任何假定，因而，这种随机模拟方法具有非参数化特征。实例分析表明是可行的。     

改进的垂向混合产流模型在辽西干旱半干旱区域洪水模拟中的应用

本文引入改进的Grenn-Ampt下渗曲线对垂向混合产流模型的下渗计算进行改进,并以辽西干旱半干旱区域为研究区域,对区域洪水进行模拟分析。研究结果表明:相比于传统模型,改进的垂向混合产流模型在洪水模拟精度上有明显改善,日尺度和小时尺度洪水模拟的相对误差分别减少8.7%和10.6%,洪水过程拟合系数分别提高0.26和0.30,改进模型更适用于辽宁西部干旱半干旱区域的水文模拟。研究成果对于北方干旱半干旱区域洪水模拟提供方法参考。     

北京岩溶水系统降水入渗系数研究

大气降水入渗补给地下水是一个复杂的过程,以区域水量均衡法和遥感、地理信息技术为依据,论证降水入渗系数与下垫面因子之间的关系,从栅格尺度(30 m×30 m)建立基于专家经验知识和加权评价系统的模型和统计学关系,得出北京各岩溶水研究区降水入渗系数。研究结果表明:①研究区内岩性与构造因子是影响降水入渗补给条件的关键因素;研究区内的碳酸盐岩区最利于降水入渗补给。②利用2011年大气降水资料,分别使用本文提出的降水入渗系数方法和传统降水入渗系数计算方法相互验证,对2011年大气降水入渗量进行计算,表明建立统计回归模型能有效得出栅格尺度(30 m×30 m)上北京山区岩溶水系统降水入渗系数值。     

基于LMD与样本熵的多尺度大坝变形预测

针对大坝变形数据的多尺度特征,将局域均值分解、样本熵及高斯过程算法应用于大坝变形预测中,提出了多尺度大坝变形预测新模型。首先利用局域均值分解算法对变形数据进行多尺度分析,挖掘变形数据隐含的信息,随后根据各变形分量特征,构建基于高斯过程的多尺度大坝变形预测模型,并利用样本熵对模型进行简化。通过实例分析,证实该大坝变形预测新方法精度高于BP网络和最小二乘支持向量机模型。     

空间均化水文模型及其验证

本文基于空间均化方法构建了空间均化水文模型SAHM.该模型采用基于空间均化方法建立的宏观尺度水文控制方程描述了计算单元内入渗、壤中流和坡面汇流等基本水文过程,在方程中直接包含了土壤饱和导水率和微地形的空间非均匀性,使SAHM在保持传统"点"尺度方程机理性的同时从理论上避免了方程适用尺度和模型应用尺度的不匹配问题.模型在半干旱半湿润的沁河流域上游进行了验证,并对模型参数敏感性进行了分析,结果 表明,模型具有较高的计算精度和计算效率,可用于大中尺度流域水文模拟、水资源评价和洪水预报.     

空间观测尺度差异对蒸散量时间尺度扩展方法估值的影响

为探讨空间观测尺度变化对蒸散量(ET)时间尺度扩展方法估算效果的影响,利用冬小麦生育期内基于涡度相关仪和蒸渗仪观测的ET数据,对比基于蒸发比、作物系数和冠层阻力的ET时间尺度扩展方法估算效果,分析空间尺度差异对由小时到日的ET时间尺度扩展效果的影响。结果表明,随着ET空间观测尺度缩小。利用上述3种方法进行ET时间尺度扩展的总体效果下降,其中基于作物系数法的ET时间尺度扩展空间尺度影响相对较小,而且利用午后数据进行ET时间扩展受空间尺度影响相对较小,因此,应依据空间尺度观测方法、下垫面状况和气候区条件,选择适宜的ET时间尺度扩展方法。     

Shearlet变换与图像处理应用

Shearlet是一种新的多维函数稀疏表示工具,采用具有合成膨胀的仿射系统来构造基函数,具有数学结构简单、多分辨率、多方向性和局部化等优良特性,能够高效地捕获到多维数据的几何结构,更加适合处理图像等高维信号.在分析Shearlet变换的数学框架及其数字实现方法的基础上,介绍了它在图像处理中的部分应用,并对其研究前景进行了展望.     

考虑弥散系数尺度效应的溶质运移模型研究

基于多空介质溶质运移的基本方程,利用erfc(x)的近似公式反求地下水溶质运移的纵向弥散参数,分析了其与尺度之间的相关关系,并运用分维理论确定了尺度效应的分维数,导出了弥散参数的表达式.结果表明:①弥散系数与尺度之间呈幂相关关系;②考虑弥散系数尺度效应的方法可较好地模拟均质的溶质迁移.     

求解非均质多孔介质中随机水流问题的多尺度有限元降基方法

为高效求解地下非均质多孔介质中的随机水流问题,通过构造一组独立于随机参数取样的多尺度有限元降基函数和生成一个降阶多尺度模型,发展了一种多尺度有限元降基方法(RMsBM)。并应用矩阵离散的经验插值方法(MDEIM)仿射分解非仿射的随机参数问题的离散系统以加速降阶模型的在线计算。为评估所提出方法的性能与效率,对随机非均质多孔介质中的饱和水流问题执行了若干数值试验。数值结果表明:所提出的RMsBM通过选择合适的粗网格和最优数目的局部多尺度降基函数,可在维持良好计算精度的同时,显著提高在线计算效率。     

强迫运动柱体附加质量与阻尼系数的CFD计算

基于CFD的RANS方法,计入粘性和自由面的影响,模拟船舶剖面柱体的单自由度强迫摇荡运动,得到横荡、升沉、横摇及横荡对横摇的附加质量与阻尼系数,并与试验进行了比较,符合良好。两种不同网格进行试算比较表明:整体域移动网格的稳定性和计算效率要优于局部重划的非结构网格。最后,针对加装了舭龙骨的柱体进行强迫横摇运动模拟,求解大幅度横摇下的横摇阻尼,分析了舭龙骨尺度对横摇阻尼的影响。各种计算表明:无论是线性还是大幅度非线性运动,粘性CFD方法能有效地预报耐波性中各种运动模态的的水动力系数。     

求解非均质多孔介质中非饱和水流问题的一种自适应多尺度有限元方法——Ⅰ数值格式

为了有效地模拟跨越多个尺度的非均质多孔介质中的非饱和水流问题,本文提出一种自适应多尺度有限元方法。该方法能在一个粗尺度网格上精确而有效地获得具有非均质系数的非饱和水流方程的粗尺度解。其基本思路是使用修改的皮卡迭代格式来处理方程中的非线性性和构造一种自适应多尺度基函数来捕捉方程系数中的时空变异性。本文详细地描述了构造这一方法的原理并且给出了一种相应的算法。     

基于混合核SHTS-SVM的年径流预测

为提高年径流预测精度,利用同热传递搜索(SHTS)算法对混合核支持向量机(SVM)关键参数和混合权重系数进行优化,提出混合核SHTS-SVM年径流预测模型。通过6个不同维度的标准测试函数对SHTS算法进行仿真验证,并与当前寻优效果较好的教学优化(TLBO)算法、灰狼优化(GWO)算法进行对比验证。利用两个年径流预测算例对混合核SHTS-SVM模型进行实例验证,并与多项式核SHTS-SVM、高斯核SHTS-SVM及SHTS-BP模型预测结果进行对比。结果表明:SHTS算法寻优精度优于TLBO、GWO优化算法,具有较好的极值寻优能力和稳健性能。混合核SHTS-SVM模型综合了多项式全局核函数和高斯局部核函数二者优点,在预测精度、泛化能力等方面均优于对比模型,具有较好的实际应用价值。     

基于小波变换的红河年径流时间序列趋势分析

以红河流域上游的大东勇站、中游的元江站和下游的蛮耗站为例,基于各站建站以来的年径流资料,运用趋势检验和小波分析方法分析了红河流域径流的变化趋势,揭示了红河流域径流的演变规律。研究结果表明:红河流域上、中、下游的年径流序列呈下降趋势,下降趋势不显著;红河流域上、中、下游各站的年径流序列的主周期尺度并不一致,流域上、中、下游年径流序列随着主周期时间尺度的降低,发生突变的年会不断增加,对径流变化的敏感性也增强;流域上、中、下游年径流序列小波系数等值线分布不太密集,但是存在明显的小波系数高低值中心震荡,流域内年径流量在不同的时间周期尺度范围均存在多个"丰枯"交替。     

洮河流域降水量的多时间尺度特征及趋势分析

基于洮河流域及周边雨量站点1956—2013年降水数据,采用小波分析方法分析了洮河流域近58 a来年降水量的变化趋势、多时间尺度主周期变化过程及其空间变化特征,并对未来态势进行了预测。结果表明:洮河流域年降水量整体呈减少趋势,倾向率为-4.60 mm/10 a;年降水量主要存在3个尺度的周期变化,分别为20、12、5 a,其中20 a尺度周期震荡最强且贯穿整个时域;流域降水量在空间上具有显著差异性,中部干旱黄土山丘区各尺度的周期波动明显强于上游的;对洮河流域未来一段时期降雨趋势的预测显示,除2017年降水偏少外,2014—2021年间其余年份的降水将处于正常水平或偏多。     

基于IGMM-Copula的入库径流过程预报误差随机模拟模型

为揭示入库径流过程预报误差的统计特征及其变化规律,进而为水电站水库优化调度提供更为准确的输入,基于AIC与BIC准则选取最优高斯混合数,同时引入K-means++算法确定高斯混合模型(Gaussian Mixture Model,GMM)的初始参数值,对GMM-Copula模型中的GMM部分进行了改进,建立了基于IGM...     

基于随机优化的割集空间电压稳定域可视化

电压稳定域可视化能够方便调度人员监视电力系统的电压安全裕度,为其决策提供依据。为克服现有算法不能给出概率意义可信度的不足,分别提出了基于理想模型（独立正态分布）的随机优化算法和基于一般模型（非独立正态分布）的数据拟合Monte Carlo算法,以实现割集空间电压稳定域的可视化。其中,基于理想模型的随机优化算法不需要产生大量的随机数,计算过程简洁、高效,且可得到割集空间电压稳定域边界超平面近似的方程。进一步,为了评价利用该超平面方程判断电压稳定的可信度,提出用随机优化的目标函数———正确率作为置信度指标。基于该指标选择割集功率,可显著提高电压稳定评估的正确率。此外,文中将割集空间概念推广到拟割集空间,使电压稳定域的可视化更准确,更易于工程实现。IEEE 39节点系统的仿真分析验证了所述算法的有效性。     

最小二乘支持向量机的参数优选方法及其应用

参数选择是支持向量机研究领域的重要问题,它本质上是一个优化搜索过程.以遗传算法和粒子群算法为基础探讨了基于两者的混合智能算法,将杂交操作、变异操作引入PSO算法中,同时,在种群随机搜索过程中嵌入确定性的模式搜索,使得算法可以在任何阶段进行精细搜索;在此基础上,提出了基于混合智能的最小二乘支持向量机方法(LS-SVM),以最小化k-fold交叉验证误差为评价函数,利用混合智能算法优化LS-SVM参数.最后结合实例对该方法进行了实证检验,并对结果进行分析.