基于DM-LSTM的城市降雨径流预测研究

智慧水务背景下,如何基于人工智能理论与技术深化城市降雨径流模型研究,是一项值得探索的课题。由于城市降雨径流时间分辨率高且样本特征分布不具有规律性,直接采用长短期记忆（LSTM）模型进行预测面临着挑战。基于此,提出用数据挖掘（DM）算法及规则对城市降雨径流时序数据集进行聚类和重构,并基于深度学习算法对LSTM模型的结构和参数进行优化,构建了DM-LSTM耦合模型,并用于研究区域的降雨径流模拟。结果表明,对于各类降雨事件,与LSTM模型相比,DM-LSTM耦合模型的均方根误差（RMSE）降低了2.1%～41.9%,纳什效率系数（NSE）提高了0.4%～56.4%,决定系数（R2）提高了0.3%～65.6%。DM-LSTM耦合模型不仅对各类降雨事件均表现出更好的预测性,而且模型运行时间仅为2.044 s,能够很好地满足城市降雨径流预测对实时性、准确性和稳定性的需求。     

重庆市盘溪河流域典型降雨过程TSS污染负荷模拟

随着城市化进程的加速,城市面源污染问题日益突出。作为污染治理的重要依据,城市面源污染负荷估算及来源解析受到广泛重视。针对重庆市盘溪河流域,建立了典型降雨过程的面源污染负荷模型,计算了降雨径流过程中TSS浓度,并对盘溪河流域的各子流域面源负荷产生量进行了计算。结果表明:建立的模型可以较好地模拟降雨产汇污过程,尤其是对降雨初期的冲刷过程模拟精度较高。在列举的两次降雨事件中,均存在明显的初始冲刷效应,在前30%的径流中,两次降雨冲刷累积的TSS量分别达到90%和75%。单位面积上的TSS冲刷量可以更好地描述子流域的污染水平,进而为流域面源污染治理提供科学依据。     

我国城市降雨径流污染的相关探讨

目前,我国城市降雨径流污染成为城市水环境污染的主要原因之一。文中综述了我国城市降雨径流污染的特点、四种径流类型及相互关系。     

降雨径流对天津景观河道水体的污染分析

天津市区景观水体的水质普遍较差,其中降雨径流污染是影响河道生态环境的主要因素之一,为此对天津市区降雨径流的污染特征及其对受纳景观水体的影响进行了研究。结果表明,示范泵站汇集的降雨径流中的主要污染物为浊度、SS、TN、粪大肠菌群、汞、阴离子表面活性剂,污染物主要来源于路面径流;降雨结束后,示范河道的溶解氧浓度显著降低,COD、镉、铅、Cr6+、阴离子表面活性剂和粪大肠菌群的浓度均有不同程度的增加,且COD、Cr6+、阴离子表面活性剂和粪大肠菌群的浓度都超过了《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)的Ⅴ类标准。     

城市降雨径流污染及其控制的研究进展

城市降雨径流污染已成为危害城市水环境的重要污染源,本文综合国内外研究成果,对城市降雨径流污染的特征、影响因素、初期雨水设计标准以及污染程度进行了综合分析。通过对比发达国家以及国内部分城市径流污染的控制和管理模式,提出了城市降雨径流污染控制的建议。     

上海某高架道路降雨径流的生态处理工程示范

以上海市浦东新区某高架道路为研究对象,基于降雨条件和径流水质特征,结合国内外相关工程和研究经验,确定了高架道路径流的生态塘处理工艺技术,并通过示范工程进行了效果验证。初步观测结果表明,该处理工艺对降雨径流中的主要污染物具有较好的净化能力,出水水质满足绿化灌溉用水水质标准,同时获得了良好的城市景观效果,可为城市道路建设中的环境保护和生态补偿提供新途径。     

应用人工湿地控制降雨径流污染的实验研究

针对桂林市桃花江上游流域水质受降雨径流影响较大,其中氨氮和总磷在降雨径流后期浓度迅速升高,势必导致水体富营养化程度加重。采用潜流式人工湿地系统对其在处理、控制暴雨径流污染问题进行了模拟研究,实验中人工模拟暴雨径流污染物浓度平均为COD_α370mg/L, NH_3-N为17mg/L,TN为25mg/L,TP为2.5mg/L时,美人蕉-沸石人工湿地系统对各种污染物均有较高的去除率,分别高达90%、92%、90%、98%。     

城市化对城市降雨径流的影响及城市雨洪控制

城市化过程改变了城市区域的暴雨径流条件 ,使径流总量增大 ,洪峰流量提高 ,洪峰出现时间提前 ,径流水质变差 ,水中悬浮固体及污染物浓度大幅提高。为了减轻城市径流流量提高和水质污染所带来的不良后果 ,需要采取必要的收集、处理和雨水再利用措施 ,这些措施包括就地径流控制措施 (如多孔沥青、草皮砖和绿化等 )和现场外径流措施 (如渗水池、雨水调节池和湿地等)。     

武汉市降雨径流污染特征分析

研究了武汉市降雨历程中雨水水质的特征,并选取不同下垫面作为雨水取样点,以SS、COD、TN和TP作为主要水质指标进行比较,分析了径流不同时间段雨水水质的变化趋势,同时研究了不同污染物之间的相关关系。结果表明:初期雨水污染均较严重,污染物质量浓度较高;不同时间内,天然降雨和不同下垫面污染物质量浓度差异较大,相对于不同下垫面降雨径流,自然降雨的水质较好,屋面雨水的水质要好于路面雨水;随着径流时间的持续,各污染物质量浓度呈下降趋势,且污染物间有一定的相关性。该研究对合理开展城市径流面源污染控制有重要意义,并能够为有效利用城区雨水资源提供科学依据。     

城市雨洪模型参数不确定性分析及应用

针对分布式城市雨洪模型的研究现状,分析讨论了城市雨洪模型及其模拟结果的不确定性问题,并以深圳市某独立排水片区为例,采用GLUE方法分析SWMM模型参数的不确定性。首先构建排水区的SWMM模型,针对敏感性参数随机生成多个参数方案,通过MATLAB编程调用SWMM动态链接库多次进行参数率定,以Nash-Sutcliffe效率系数(NS)大于0. 8为阈值进行最佳参数方案的筛选,得到置信度为90%的排水区径流量区间。研究结果表明,GLUE方法能够分析出模型敏感性参数的不确定性,此种模型不确定性研究方法可为实际工程提供更加科学的预测。     

基于SWMM模拟上海市区排水及地面淹水过程

针对上海市城区排水系统的水文水力学特性，以SWMM（Storm Water Management Model）为基础开发出适合上海市区产流及排水特点和防汛管理要求的城市雨洪模型。模拟结果表明，该模型的计算结果较为理想、可靠，可在实时和规划条件下动态模拟各排水片和街区的地面积水全过程，并能满足市区防汛预报、水情分析、工程规划与管理等工作的要求。该模型对其他城市的类似工作具有较好的参考价值和指导意义。     

基于暴雨雨型的设计径流量研究及应用

为简化排水模型在城市排水防涝规划中的应用,利用武汉短历时暴雨雨型,采用三角概化法推导出雨型径流量计算公式。通过武汉雨型径流量设计程序在9个排水区的应用,在相同重现期标准下与武汉暴雨强度公式进行对比,同频率雨型设计径流量的平均绝对值相对误差为1. 29%,最大误差<5%。采用相关因子拟合公式计算排水区节点雨水汇流时间,可建立雨型径流量节点管控简化模型,无需排水管网建模,可实现城市排水防涝规划水位管控,也可进行雨水溢流污染控制调节池容量的计算。     

基于Google Earth的小区域地面铺装汇水量计算方法研究

汇水面积和汇水量是多孔路面或透水路面设计的重要参数。该文基于GoogleEarch的地理信息数据,从大区域计算面雨量和小区域准确确定汇水量两个方面来计算地面铺装可能的汇水量。并以广州地区为研究对象,收集雨量站资料信息,计算面雨量;在GoogleEarth软件上标出汇水区域,可自动计算汇水面积,进而得出具体的汇水量,用于指导多孔铺装材料和结构的设计。     

城市地表水体径流污染模拟分析:以苍海湖为例

在我国城市持续推进绿色发展理念的背景下,为科学支撑海绵城市规划编制工作,以梧州市苍海湖为研究实例,结合国内外相关研究经验和属地化的测量参数,应用InfoWorks ICM构建研究区水量水质数学模型。设计旱季和雨季两种模拟情景,分别对苍海湖汇水区内的污染物径流冲刷效应和湖体内污染物迁移扩散规律进行模拟分析,计算不同设计情景下地表污染物随雨水径流进入苍海湖及在湖内扩散的演进过程,并基于计算结果为苍海湖水动力条件改善、湖泊水质保护等提出工程指引建议,以期为水量水质数学模型在海绵城市规划中的应用提供参考。     

小样本流域降雨强度公式和设计降雨分布的推求方法

以挪威中部瑞斯沃伦(RISVOLLAN)流域1991年-2000年的降雨观测资料为基础,采用中国国家标准(GBJ 14-87)推荐的适用于观测期较短、观测雨量数据较少的年多次取样方法,在进行经验和理论频率分析的基础上,确定了设计降雨的重现期(T)及其对应的频率(P)、降雨强度(i)和降雨历时(t)的关系(即P-i-t曲线),以及降雨强度公式和设计降雨分布,从而为该流域现有管网的排水能力校核提供了参考依据.     

基于Beta分布的改进的一次可靠度法研究

为了提高一次可靠度方法的计算精度和计算效率,文章利用Beta分布拟合了功能函数中的随机变量的概率分布,利用VBA语言给出了将Beta分布和对数正态分布转化为标准正态分布的方法,采用蒙特卡洛模拟法比较了采用不同概率分布的一次可靠度计算精度。算例分析表明:当功能函数中随机变量服从对数正态分布时,失效概率被高估;当随机变量服从正态分布时失效概率被低估。利用本文提出的Beta分布拟合随机变量的概率不仅大大提高了计算精度,而且在保证迭代收敛的前提下提高了计算效率。     

活性污泥法污水处理基准仿真模型的开发及进展

国际水协（IWA）和欧盟科学技术合作组织（COST）合作开发了活性污泥污水处理基准仿真模型BSM1,主要目的是建立一个活性污泥处理过程自动控制方案的开发平台。BSM1定义了设备布局、仿真模型及参数、污水负荷、仿真步骤和仿真结果的评价标准。介绍了BSM1的应用现状及其改进模型（长期型1号基准仿真模型和2号基准仿真模型）的最新研究进展。     

基于“基期能耗—影响因素”模型法的供热系统节能量测量与验证方法的研究

建筑节能是目前全世界各国家共同关注的重要话题,供热系统节能改造是建筑节能的重要组成部分,而科学统一的供热节能量计算方法是目前函待解决的重要问题。本文通过分析影响供热系统能耗的关键因素,选取室外温度累计值,建立了供热系统"基期能耗—影响因素"的数学模型,提出了适合于供热系统节能量的计算和验证方法及不确定度分析方法,并通过北京某供热中心供热节能改造实例验证了方法的可行性,为供热系统节能改造项目的节能量测量和验证提供技术支撑。     

降雨强度对松散堆积土斜坡破坏的模型试验研究

通过在室内构建泥石流源区松散堆积土体斜坡模型,采用三种不同降雨强度对其稳定性进行研究。得出了不同降雨强度下斜坡土体流失规律与斜坡的失稳方式。结果表明：在低雨强（26mm/h）作用下,松散斜坡的土体流失量最少,并以坡面侵蚀为主;在中、高雨强（51mm/h,68mm/h）作用下,首先表现为坡面侵蚀和沟道侵蚀,进而是大规模土体流滑破坏,在土体累积流失量与时间曲线上有突变点;在高雨强作用下,形成了阵性泥石流。