基于GR4J-LSTM混合模型的洪水预报研究

为提高洪水过程预报的准确性，将概念性水文模型GR4J (modèle du Génie Ruralà4 paramètres Journalier)的预报流量耦合到长短时记忆神经网络(Long Short-Term Memory Neural Network, LSTM)中，构建了GR4J-LSTM混合模型，并与GR4J、LSTM模型进行对比。基于2012～2019年陆水水库汛期与洪水事件相关的数据集，并结合欧洲中期天气预报中心的3 h预报降水产品，驱动GR4J-LSTM混合模型，预报陆水水库3～12 h预见期的入库流量。最后采用平均影响值(Mean Impact Value, MIV)算法评估输入变量的相对重要性。结果表明：GR4J、LSTM和GR4J-LSTM模型均具有较好的模拟预报能力，但GR4J-LSTM混合模型的预报性能最优，既可以学习GR4J模型的产汇流过程，又提高了洪水预报的精度。研究成果可为洪水预报方案制定提供参考。     

设计洪水峰量最可能组合法的计算通式

针对传统的多变量分析方法在联合重现期水平下选取设计值存在较大的任意性和不确定性,本文利用Copula函数建立洪峰与不同时段洪量的多变量联合分布,采用联合概率密度函数值作为洪水发生相对可能性的度量指标;以满足防洪标准为约束条件,构建了峰量最可能组合的通用模型,并提出采用拉格朗日乘数法进行求解。采用该方法计算汉江流域丹江口水库的最可能设计洪水,并与单变量同频率、多变量同频率估计值对比,结果表明：单变量同频率估计值达不到防洪标准;最可能组合法与多变量同频率法相比,洪峰偏小、长历时洪量偏大,其估计值更符合丹江口水库的应用要求,说明所提方法具有较强的统计基础,更加符合水文现象的内在规律,可用于水库设计洪水计算。     

考虑入库洪水不确定性的三峡水库汛限水位动态控制域研究

汛限水位动态控制域是水库实施汛限水位动态控制的基础与关键.考虑影响防洪调度风险的最重要风险源,即入库洪水预报误差及洪水过程线形状的不确定性,提出风险约束条件及其量化分析方法.将入库洪水不确定性、风险分析与汛限水位动态控制域的确定过程有机结合起来,利用预泄能力约束法和Monte-Carlo模拟方法推求三峡水库汛限水位动态控制域.在不增加防洪风险的前提下,三峡水库实施汛限水位动态控制可有效地提高中小洪水资源的利用效率,利用1～3 d的洪水预报信息,三峡水库汛期可增发电量6.99×108～14.45×108kW·h.研究方法对其他水库实施汛限水位动态控制也有借鉴意义.     

应用统计学降尺度方法预测汉江流域降水变化

统计降尺度方法是目前国内外研究气候变化的一个新途径.以汉江流域为例,选择全球气候观测NCEP再分析数据(1960～2000年)来率定和检验模型,利用主成分分析方法和多元线性回归模型建立大尺度GCMs模型的日降水统计降尺度方法,并应用全球气候模型CGCM2的A2气候情景来预测和分析汉江流域未来降水变化.相对于1961～2000年实测降水量均值,上游2001～2020、2121～2040年和中游2001～2020年的年降水量分别减少3.97%、4.85%和1.5%,其余统计时间年降水量大于实测值.     

与MM5气象模式耦合的VIC分布式水文模型构建

从水文气象耦合的角度入手,根据汉中流域的特点,首次在汉江流域MM5运行的9 km×9km网格上构建了VIC日分布式水文模型.利用流域内7个水文站的径流资料对该模型进行了应用检验.结果表明,该模型能较好模拟汉中流域的日径流过程,其模拟精度与集总式VIC模型和集总式三水源新安江模型基本相当,但它充分考虑了研究流域内降水输入和下垫面条件的空间差异性,能够提供网格降水分布及流域内产汇流的分布状况,能进一步同中尺度MM5气象模式耦合,延长洪水预报的预见期.     

汉江流域径流时空变化趋势分析

汉江流域是南水北调中线工程的水源地,应用Mann-Kendall非线性检验方法,分析了汉江流域干流和各子流域1951-2003年春、夏、秋、冬径流的长期变化趋势.分析发现1991年是汉江流域年径流量趋势变化的突变点,从20世纪80年代的丰水期进入90年代的枯水期;在显著性水平a=0.05上,春季和冬季汉江流域许多子流域径流量长期变化趋势呈下降趋势.分析结果将为南水北调中线工程水资源配置决策提供科学依据.     

长江流域省际河流水事纠纷及对策措施探讨

随着国民经济的迅速发展,流域水资源开发利用进程不断加快、开发利用程度不断提高,而全流域水资源统一规划和管理的相对滞后,导至省际边界河流因水资源开发利用工程建设、水资源配置、水资源管理、水灾害处理、水环境保护等所导致的水事纠纷有增无减.以长江流域为例,对现有的省际河流冲突类型、特征、诱发因子、存在问题等进行了剖析,提出流域一体化管理、加强法律法规建设、引入市场经济机制、运用水权水市场理论指导水事纠纷等对策措施.     

金沙江下游梯级与三峡水库防洪库容互补等效关系研究

长江上游干支流梯级水库和三峡水库均承担着长江中下游的防洪任务,其防洪库容具有一定的互补等效性。本文采用典型年法和最可能地区组成法推求了三峡水库的洪水地区组成,基于不降低原设计防洪标准的原则,探讨了五个典型年和三种设计频率情况下,金沙江下游梯级和三峡水库防洪库容的互补等效关系。结果表明：(1)五个典型年能够反映三峡水库发生大洪水的地区组成规律,金沙江下游梯级和三峡水库防洪库容互补等效关系近似为线性关系。(2)同种典型年和设计频率下金沙江下游四座水库的互补等效系数值近似等同,主要受三峡水库典型年的洪水地区组成影响;当预测洪水主要来源于金沙江(或嘉陵江及未控区间)流域时,等效系数取0.8(或0.5)。(3)通过洪水预报和等效关系动态运用三峡水库防洪库容,在不增加防洪风险的前提下,三峡水库年均汛期可增发电量41.4亿kW·h(+9.86%)。     

水电站机组间最优负荷分配问题的多重解研究

对动态规划算法进行了改进,通过记录耗流量与当前最优解相同的所有分配方式,结合等微增率原理,提出了一种推求多重解区域的算法。在采用分段线性化方法(线性插值)描述机组出力特征曲线的条件下,建立了0-1混合规划模型。以隔河岩水电站为例,论证了该算法获得的最优解为全局最优解,并基于等微增率原理的多重解条件,得出了多重解区域。随后对多种总出力情况进行了分析,结果表明:水电站机组间最优负荷分配问题的最优解可能不唯一,多重解可为离散点、也可为直线、还可为面。本文提出的多重解寻求方法可应用到机组控制中,对提高机组的稳定性等具有实际意义。     

洞庭湖区月降雨序列的混沌特性识别及预测研究

基于相空间重构思想,采用最大Laypunov指数法确定洞庭湖区岳阳水文站30 a的月降雨序列具有明显的混沌特性。应用混沌径向基函数神经网络预测月降雨量,预测精度远远低于时间序列分解模型,并表现出高度的无规律性。定量分析了噪声对混沌预测精度的影响,表明监测误差是影响混沌预测精度的一个重要因素,提高数据精度是提高混沌预测精度的一个有效方法。