基于GIS的河流水体污染非线性预测系统研究

针对河流水体污染物的空间分布特点,提出综合运用GIS、BP神经网络和遗传算法,实现河流水污染的空间数据管理和污染预测的方法。该方法通过改进激励函数、为权值的修正加入动量项等方法改良BP算法;并引入遗传算法实现BP神经网络隐层节点数、最佳学习率和动量因子等参数的自动搜索,有效地解决了传统模型参数难以确定等问题。并进一步将该模型与GIS强大的空间功能结合,实现了水体污染的海量空间数据管理及评价预测结果的空间图形直观可视化表达,十分便于及时掌握河流水体污染动态、空间分布及演化趋势。并最终以GIS为二次开发平台,实现了基于遗传神经网络的河流水体污染非线性预测管理系统,并在长江重庆城区段河流污染预测应用中显示出良好的效果,预测精度达78%以上。     

GIS支持下的区域水质模拟与预测

着重对GIS与水质模型集成开发的过程及可行性给予探讨，以期利用GIS所特有的空间数据分析及地图输出功能，缩短模型建模周期，提高模型精度，实现模拟结果可视化，提供水环境决策依据，为水环境容量信息管理系统的开发打好关键基础。     

汾河水库水温分布的现场试验

为了研究汾河水库水温的分布情况,采用WP型水温测量仪对汾河水库1#—5#断面的水温进行了3次测量,并对监测的水温数据进行了整理分析.结果表明:4月份水库水温从库表到库底基本呈等温分布,水温沿垂向变化不大,并且整个库区水温是一个完全混合状态;7月份水库水温处于一个弱分层的状态;1月份水库水温处于分层状态.实测数据可为水库水温预测模型进行参数率定以及预测结果的验证提供依据.     

潮汐对鸭绿江口湿地入侵种禾叶慈姑分布的影响

河口湿地的特殊环境使其容易成为入侵植物的桥头堡。近年来我们在鸭绿江口湿地发现了一种原产北美,为东亚地区首次记录的慈姑属水生植物Sagittaria graminea,依其种加词的含义,我们将其中文名定为＂禾叶慈姑＂。调查表明,该外来种已有4个主要居群分布在鸭绿江河口湿地近30 Km的江岸边,最大的一个居群其斑块覆盖的总面积已超过2 000 m2且具有强烈的排它性,显示出典型的入侵种特点。研究表明,对一定水位或潮汐性淹没的要求是该种生长在岸边低位湿地的主要原因,水体的盐度会限制其向近海河口湿地的分布。分析了该种可能的入侵途径及生态风险。     

水库水位的VMD-CNN-GRU混合预测模型

水库水位预测为其运营、防洪、水资源调度管理提供了重要决策支持.准确可靠的预测对水资源的优化管理起着至关重要的作用.针对水库水位数据的非线性、不稳定性以及复杂的时空特性,提出一种融合自适应变分模态分解(VMD)、卷积神经网络(CNN)和门控循环单元(GRU)的混合水库水位预测模型.VMD通过对水位序列进行分解消除噪声,CNN用于有效提取水位数据的局部特征,GRU用于提取水位数据的深层时间特征.以葠窝水库日水位为例,与多个相关模型对比分析,结果表明:精度方面,新模型在选取的评价指标上均表现最佳;运算效率方面,本文选择的GRU与长短时记忆网络(LSTM)相比,运算效率显著提高.新模型预测的高精度、高运算效率更能满足实际水库水位实时调度的需求.     

应用GIS技术辅助油藏管理

油气藏开发涉及油气藏的三维空间分布和内部状态变化的复杂问题，信息系统是支持油藏管理的基本手段，传统油气藏开发管理信息系统基于表格形式表现对象属性，无法反映描述对象的空间联系和系统的空间分布模式，地理信息系统（GIS）能够有效描述二维空间问题，将GIS技术引入油气藏开发管理信息系统将极大地扩展管理信息系统的描述能力的表现形式，但是对于油气藏开发这类特殊的三维问题还缺少描述和分析能力，通过分析传统的油藏管理信息系统所面临的问题，提出了油气藏开发管理GIS系统的体系结构，目标设计和功能设计，讨论油气藏开发管理GIS系统的技术路线，信息组织方式，表示方式以及开发模式，指出需要研究更完善的三维空间描述方法和表现手法，结合油藏描述技术及其成果，在地质建模的基础上开展空间分析，将会使油气田开发中的GIS技术更加完善。     

Mine water discharge prediction based on least squares support vector machines

In order to realize the prediction of a chaotic time series of mine water discharge,an approach incorporating phase space reconstruction theory and statistical learning theory was studied.A differential entropy ratio method was used to determine embedding parameters to reconstruct the phase space.We used a multi-layer adaptive best-fitting parameter search algorithm to estimate the LS-SVM optimal parameters which were adopted to construct a LS-SVM prediction model for the mine water chaotic time series.The results show that the simulation performance of a single-step prediction based on this LS-SVM model is markedly superior to that based on a RBF model.The multi-step prediction results based on LS-SVM model can reflect the development of mine water discharge and can be used for short-term forecasting of mine water discharge.     

河南省农业水土资源空间匹配格局对产能的影响

通过对河南省农业水资源与耕地资源的利用态势进行模拟分析,构建区域水土资源匹配测算模型,将匹配结果与产能分布情况做相关性分析,探讨河南省农业水土资源匹配格局对粮食产能的影响．结果表明,河南省耕地资源优势明显,水资源匮乏,水土资源匹配较差;水土资源匹配程度与耕地产能的空间分布呈现出明显的错位现象,这是由于产能高产区垦殖率高,灌溉条件好,过度利用水资源引起的．     

极值-I型风速预测的Bayes方法

为提高极值-I型风速预测精度,在Jeffreys准则的基础上,采用Bayes估计中的Lindley近似方法推导极值-I型风速预测表达式.采用Monte Carlo法产生服从极值-I型分布的伪风速母样,基于伪风速母样分别采用基于Bayes理论和最大似然估计理论的极值-I型风速预测方法进行风速预测,并与伪风速母样的理论值进行对比分析.结果表明:与最大似然估计法相比,采用基于Bayes理论建立的极值-I型风速预测模型进行风速预测的精度更高,且精度随着伪风速母样样本量的增加而提高,位置参数先验样本数量的增加以及先验方差的增大对计算精度没有影响.     

基于能量守恒理论的波浪侵蚀土质岸坡范围预测方法

波浪对三峡库区土质岸坡的侵蚀极大影响了库区生态与地质环境安全,预测波浪对岸坡的侵蚀范围将是库区防灾减灾工作的重要措施,然而现有的侵蚀预测主要是以经验方法为主,难以获得准确的结果。为此,采用能量守恒理论,考虑波浪上爬过程中的层厚及流速变化,分别构建波浪上爬势能方程与摩擦耗能方程,最终联立建立波浪作用土质岸坡侵蚀范围预测方程。为获取预测方程的关键参数,开展波浪上爬岸坡模型试验,研究波浪上爬岸坡时的流速、层厚及爬高变化规律;为验证侵蚀范围预测方程的可靠性,开展波浪侵蚀岸坡模型试验,获取土质岸坡侵蚀演化进程。波浪上爬模型试验结果表明：岸坡坡度越大,则波浪爬高越大,爬坡水流厚度也随之增大,但爬坡水流流速随之减小;根据试验结果获取了水流厚度参数与流速参数的分布区间,构建了水流厚度参数、流速参数与岸坡坡度间的关系方程。波浪侵蚀岸坡模型试验结果表明：土体干密度越大,岸坡的抗侵蚀能力越强,且岸坡达到最终稳态所需的时间越长;碎石含量越多,岸坡的抗侵蚀能力越强,由于碎石护面作用使得岸坡侵蚀稳定的时间缩短;将岸坡侵蚀稳定终态结果与预测方程结果进行了对比,验证了本文提出的侵蚀范围预测方程是可靠的。本文提出的波浪侵蚀范围预测方程可广泛应用于国内外水库土质岸坡的侵蚀灾害防治工作中。     

基于水资源分异特征及其敏感性分析的生态功能区划——以哈尔滨市辖区优控单元为例

为提高松花江流域哈尔滨市辖区优先控制单元的水资源科学管理能力,采用SWAT模型对水资源时空分异特征进行模拟,结果表明:研究区内水资源时空分布不均匀,年内汛期与枯水期径流占比分别为56%和16.1%,径流年际变化范围为725～2 872 m~3/s,多年平均径流量为1 320 m~3/s,研究区月降水量在6月和8月呈现显著的上升趋势.水资源空间分布结果表明,丰/平/枯年份各亚流域水资源分布情况不同,水资源贡献较大的区域主要集中在亚流域20和23,其中亚流域20在丰、平、枯年份对径流的贡献率均最大,分别为10.64%,8.2%和11.31%.根据亚流域水资源敏感性特征,将哈尔滨优控单元进一步细化为8个四级生态功能分区,并结合功能分区目标给出水资源管理与利用方案,籍以指导流域水资源管理与科学利用.     

基于图神经网络的地表水水质预测模型

针对水质数据在时间和空间维度上的复杂依赖关系,提出基于图神经网络（GNN）的地表水水质预测模型. 该模型采用GNN建模地表水水质监测站点在空间上的复杂依赖关系,使用长短时记忆网络（LSTM）建模水质指标序列在时间上的复杂依赖关系,将编码结果输入到解码器中得到预测输出. 实验结果表明,与时间序列分析方法、通用回归方法和一般深度学习方法相比,该模型能够实现23.3%、26.6%和14.8%的性能提升.     

基于鱼类栖息地盐度需求的汛期河口生态需水研究

海河流域枯水期中下游河道基本干涸,汛期来水基本上是河口全年生态维持水量的惟一来源。根据汛期河口水生态系统的特点,选择鱼类为河口水生态系统的关键种群,以盐度作为关键生态因子,构建基于生态学和水动力学的汛期河口生态需水计算模型。以海河流域漳卫新河河口为例,采用改进熵值法进行河口及邻近海域鱼类优先保护次序评价,确定蓝点马鲛(Scomberomorus niphonius)和半滑舌鳎(Cynoglossus semilaevis)作为优先保护对象。在此基础上,运用1维水流和盐度数学模型模拟河口盐度与流量相关关系,以优先保护鱼类产卵和育幼的适宜盐度为控制条件,计算得到汛期漳卫新河河口最小和适宜生态流量分别为10.1、57.5 m3/s,揭示水动力特性变化导致鱼类栖息地盐度及其生态需水的变化规律。     

采用核极限学习机的短期需水量预测模型

为满足给水系统日常管理对短期需水量预测时效的需求,建立了所需训练时间短的核极限学习机模型(kernel-based extreme learning machine,KELM);从提升预测精度的角度考虑,构造了以傅里叶级数为理论依据的残差修正模块(Fourier se-ries,FS),利用该模块对需水量初始预测值与观...     

弹簧钢电阻点焊接头组织与硬度数值预测

基于弹簧钢连续冷却转变曲线,建立了弹簧钢电阻点焊接头组织连续冷却转变过程的数值计算模型。考虑电阻点焊温度场的特点,建立了基于回火参数λ的弹簧钢电阻点焊接头随机回火组织转变数值计算模型,实现了弹簧钢点焊接头硬度分布的数值预测。结果表明,弹簧钢点焊接头硬度分布计算结果与实测结果吻合良好。     

水质模型及其应用研究进展

运用系统分析技术进行水污染控制系统的规划是现代水质管理的基础和依据，水质模型对整个规划过程起着至关重要的作用。较详细地综合评述了近年来国内外水质模型及其应用的研究进展，并评价了水质模型研究的发展趋势，旨在促进相关研究的发展。     

踪迹重获的状态空间模型及计算

针对动物地区性变化方式及对相关死亡率等估计,提出一般状态空间模型方法,该模型易于推广至其他动物的踪迹重获.利用基于有效软件ADMB下的C /C程序作参数估计,计算高效便捷.对IPHC的数据分析表明,鱼群无显著迁移.     

特征水质指标空间修正插值法预测混合供水带

针对多水源供水地区不同水厂之间存在混合供水带,水力水质条件不稳定,易出现铁释放超标、余氯偏低等水质问题,采用特征水质指标空间修正插值法预测该水质风险区域。特征水质指标是指不同水厂出厂水差异较大,且在管网中按一定规律分布、具有明显识别特征的水质指标,根据其空间分布情况可以判断各水厂单独及混合供水区域。考虑到管网分布与地理空间差异,在插值前引入修正系数对特征指标进行修正。以双水厂供水的H市为例预测混合供水带,结果表明:H市一般特征指标电导率和敏感特征指标总铁质量浓度的空间修正插值结果基本一致,且与水力模型模拟结果基本吻合;在所预测的混合供水带内设置在线监测点,观测到流速、流向的频繁改变,符合混合供水带水力特征,说明预测结果正确,方法可行。     

基于灰色GM（1,1）模型的城市用水量预测

介绍灰色理论建模原理和模型参数辨识方法,并以实例（新疆阿克苏市1990~2000年城市用水量资料）建立灰色GM（1,1）预测模型,运用残差检验、后验差检验以及关联度检验3种方法对模型进行精度检验,其模型拟合精度为99%。用所建立的模型对阿克苏市2001~2005年城市用水量进行预测。结果表明,该灰色模型用于城市用水量预测,符合其灰色特性,通用性好,并且所需数据少,计算量适中,预测结果与实际情况比较吻合。     

基于参数收敛的时变参数沉降预测模型

当时变参数沉降预测模型中的参数随时间不收敛时,模型对中长期沉降的预测精度不高,不能预测最终沉降.基于沉降预测模型参数的物理含义,分析模型参数随时间的变化规律,采用随时间收敛的函数来描述模型参数随时间的变化,建立相应的时变参数沉降预测模型.根据前期实测数据,采用最小二乘法对预测模型进行求解.通过引入遗忘因子来加大近期实测数据的权重,进一步提高模型的预测精度.实例分析表明,所提出的时变参数预测模型拟合精度高于现有的沉降预测模型,对全过程的实测沉降数据都具有很好的拟合精度,并对最终沉降做出合理的预测.