基于BP-ARIMA的混凝土坝多尺度变形组合预报模型

针对大坝变形常规统计预报模型在监测信息挖掘时的优势单一性及预报精度欠佳等问题,视大坝变形观测资料为非平稳时间序列,从影响大坝变形的因素出发,将其分为周期性影响因素与随机影响因素,利用多尺度小波分析方法将大坝变形监测序列分解并重构,结合BP神经网络与自回归积分滑动平均模型(Autoregressive Integrated Moving Average Model,简记ARIMA)对其随机信号与系统信号分项训练预报,并将其预报值相叠加,据此,应用时间序列原理提出了一种基于BP-ARIMA的混凝土坝多尺度变形组合预报模型。工程实例分析表明,所建组合模型较常规模型能够有效挖掘监测信息中所蕴含的有效成分,预报精度显著提升,且计算分析过程简便,为高边坡及水工建筑物中其他监测指标的预报提供了新方法。     

长江口水源地取水口盐度对径潮动力的响应

上海市饮用水的80%来自长江口三大水源地——陈行水库、青草沙水库和东风西沙水库。枯季盐水入侵一直是长江口水源地安全面临的最大威胁。作为河口区域的主要动力, 有必要进一步研究径流和潮汐对长江口水源地盐水入侵的影响。通过建立长江口平面二维潮流盐度数学模型, 对长江口盐水入侵进行模拟, 分析了水源地取水口盐度过程与潮位过程的关系, 探讨了北支盐水倒灌对水源地的影响。研究结果表明:三大水源地因位置不同, 盐度过程线特征也不相同。水源地取水口盐度过程线与潮位过程线的关系可作为受北支倒灌盐水和正面入侵盐水影响程度的重要依据。北支盐水倒灌发生时, 东风西沙水库、陈行水库、青草沙水库水源地分别在大潮、中潮及小潮时受倒灌盐水影响最为严重。随着径流增大, 水源地受盐水入侵影响的时间会提前, 但是盐度则随径流的增大而减弱。     

基于SWMM模型的LID措施年SS总量去除率计算

由于SWMM(storm water management model)模型在进行污染物模拟时并未考虑LID(low impact development)措施的净化作用,致使计算年SS总量去除率时存在较大误差,为弥补该误差,本研究提出了一种基于SWMM模型并考虑LID措施净化作用的年SS总量去除率值计算方法。以深圳市玉田河流域为例,构建SWMM模型,结果表明,年SS总量去除率值不考虑LID措施净化作用时为23. 2%,考虑LID措施净化作用时为30. 1%,后者为前者的1. 3倍。同时论述了年径流总量控制率和年SS总量去除率的概念差异,指出两者之间并无确定比例关系。因为LID主要截留初期中小降雨,在考虑初期雨水冲刷效应的情况下,典型地块年SS总量去除率值可能大于年径流总量控制率值。     

基于预报调度规则的云峰水库特大洪水调度研究

针对当前极端天气频发的形势,对极端暴雨洪水进行准确预报、合理调度是水库调度管理不可回避的问题。以应对云峰水库流域特大暴雨洪水、提前建立预报及调度预案为目标,基于现有的预报方案及精度,将云峰水库防洪调度规则中引入累积净雨量判别指标,提前预报入库洪水,采取预泄手段提前腾空库容,消纳入库洪水,使整个泄洪的流量过程比较平缓,并对典型年及各频率设计洪水过程线的洪峰值与对应的累积净雨量进行了相关分析。研究表明:洪峰滞后于净雨量峰值约18 h,同时累积净雨量与洪峰流量呈较好的线性相关性;采用累积净雨量作为防洪调度的判别指标可以延长调度的预见期,并提高防洪与兴利互相结合的程度。研究成果为优化云峰水库特大洪水调度方案创造条件。     

基于雨量测站应急机制的洪水预报方法

为提高洪水预报方案的容错能力,改善雨量资料缺测或粗差情况下的预报效果,提出了基于雨量测站应急机制的洪水预报方法。通过构建测站降雨相似度矩阵(SRSM),量化表示测站间实测降雨的相似性。在此基础上,采用有限测站相似度加权法及时合理替换问题雨量资料,然后将处理后的雨量信息代入系统进行计算,从而保证洪水预报的及时性,同时改善预报效果,降低了预报方案对资料的敏感性。将该方法应用于上犹江流域,结果显示:对于典型洪水(洪号20010611),一般预报方法的洪峰、洪量预报误差分别为-24.8%、-6.3%。采用应急预报方法后,洪峰、洪量预报误差减小到-10.6%、1.3%。在雨量资料缺测情况下,对于流域的10场历史洪水,洪峰、洪量平均预报误差从18.3%、18.2%降为6.0%、6.7%,合格率从40%上升为100%。结果表明,基于雨量测站应急机制的洪水预报方法模拟效果明显优于一般预报方法,能够考虑实际应用中的突发情况,有效提高了洪水预报精度,保证了预报的及时性,改善了预报方案的容错能力,值得进一步研究与推广。     

基于PCA-PSO-SVR 的丹江口水库年径流预报研究

在年径流预报中,气象因子之间的自相关会对预报精度产生影响。针对这个问题,将主成分分析(PCA)和粒子群优化(PSO)算法加入SVR模型中,建立了PCA-PSO-SVR预报模型,剔除冗余信息和噪声,提取因子间的主要特征,并选择模型的最优参数组合作为回归支持向量机(SVR)模型的输入。选择南水北调中线水源地丹江口水库为研究区,利用丹江口1981-2016年入库资料进行模型检验。结果表明,模型验证期间合格率为83.33%、距平一致率也达到83.33%,具有精度高稳定性强等优点,对丹江口水库年径流预报有一定的参考意义。     

基于ARIMA时间序列模型的滑坡位移预测预报——以三峡库区王家坡滑坡为例

为深入研究滑坡的位移特性,以三峡库区王家坡滑坡为例,基于简单移动平均法及时间序列的减法模型分解滑坡位移的趋势项位移和周期项位移,对趋势项位移采取多项式拟合处理,对周期项位移进行一阶差分处理,并分析其自相关函数ACF及偏自相关函数PACF,然后根据模型的识别规则,建立了ARIMA(1,1,1)模型。根据时间序列的加法模型,将两部分预测位移相加即为滑坡位移预测的总位移。模型与实测结果对比表明,该预测预报模型效果较好,基本反映了滑坡位移的整体趋势,且实现了对滑坡累积位移的滚动预测,在滑坡累积位移短期预测预报中具有一定的适用性。     

老挝南乌河径流变化规律及对降水的滞后效应

为分析南乌河径流变化规律,以湄公河支流南乌河流域孟威水文站和风沙里等4个气象站的实测降水、径流数据为基础,采用集中度、集中期等指标分析了径流量对降水的滞后效应及其原因,利用Mann-Kendall非参数检验法对南乌河年径流变化趋势进行了分析。结果表明：南乌河径流主要集中在6~11月,集中期相对降雨的滞后时间为1月有余;流域内岩溶和基岩裂隙地下水富水区的广泛分布和植被的发育,加大了汛前径流对降水的滞后效应;1987~2015年径流丰枯交替,上升趋势较小,降水比径流变化更为稳定。     

基于ECMWF和WRF的嘉陵江流域面雨量预报精度评估

将降雨数值预报产品运用到水文预报中已经逐渐成为提高洪水作业预报的预见期的重要手段。为充分了解ECMWF(European Centre for Medium Range Weather Forecasts)和WRF(Weather Research and Forecasting model)2种数值天气预报产品对嘉陵江研究区面雨量预报的预报精度和误差分布,且为增强洪水预报精度的稳健性提供科学支持,采用TS评分、空报率、漏报率、正确率等指标,对嘉陵江地区7个气象分区内的2016年汛期面雨量预报结果进行了检验,分析了不同分区内各检验指标与预报时效的关系。结果表明:ECMWF数值预报产品和WRF数值预报产品均可用于该地区晴雨预报,且2种产品的预报精度随降水等级的增大呈增大趋势,随预报时效的增加呈减小趋势。综合而言,ECMWF数值预报产品对嘉陵江研究区的预报效果更好。     

大通河流域径流变化及特征分析

根据大通河流域尕大滩和享堂两个水文站1952-2014年的逐月径流量资料,用不均匀性分析了径流量的年内分配情况,使用Mann-Kendall检验方法和Morlet小波变换对径流量突变和周期性分别进行了分析。结果表明:大通河流域的汛期主要为5-10月,尕大滩站和享堂站汛期径流量分别占全年的87. 81%和81. 9%。越向下游,大通河径流年内分配越均匀; 1991年之前,大通河上游和下游径流变化都呈下降趋势,1994年之后,上游尕大滩站径流量呈微弱的增加趋势,下游享堂站径流量呈快速下降趋势;上游尕大滩站径流量存在4、8、21a左右的周期震荡,下游的享堂站径流量则存在着3、6、31a左右的周期震荡; 1994年之前径流主要受气温和降水等气象的影响,之后人类活动占主导地位。