气候变化和人类活动对白河流域径流变化影响的定量研究

分析气候变化和人类活动对白河流域径流变化的贡献率,可为流域水资源规划与管理提供依据。以白河流域作为研究对象,首先采用线性趋势法、滑动平均法分析水文气象要素的年际变化趋势,其次采用Mann-Kendall检验、有序聚类检验和滑动t检验探究年径流量的突变年份,最后采用基于Budyko假设的水量平衡法评估气候变化和人类活动对径流变化的影响。结果表明:白河流域年径流量呈下降趋势,2008-2017年平均径流量仅为1960-1969年平均径流量的36.5%;年径流量在1979年发生突变,在1986年以后呈显著下降趋势;与基准期相比,变化期流域的干旱指数在增加,2001-2017年流域的干旱更为明显;人类活动是白河流域径流变化的主要原因,1980-2000年、2001-2017年人类活动对径流变化的平均贡献率分别为85.6%、73.6%,说明2000年以后气候变化对径流变化的影响呈上升趋势。     

南水北调中线渠系蓄量补偿运行控制方式

南水北调中线渠系采用闸前常水位的运行方式,即渠道下游常水位运行方式的水位控制点位于下游渠道的节制闸闸前。采用下游常水位运行方式,有利于按照最大过水流量进行渠道设计,使得渠道的超高最小,从而施工成本最少。在分析闸前常水位运行方式的响应与恢复特性、蓄量补偿时间的基础上,提出了闸前常水位运行控制方式,并设计了蓄量补偿的前馈控制策略和水位流量串级的水位反馈控制器。以南水北调中线总干渠的部分渠道为研究对象,在典型工况下进行运行控制仿真,并把计算结果与流量主动补偿和常规下游常水位运行控制进行对比,从而验证了本文闸前常水位运行控制算法的合理性。     

基于水动力耦合的明渠调水工程节制闸安全调控

针对明渠调水工程中流量切换时,由于调控不当导致闸前水位突破水位上下限的问题,提出安全调控可行域的概念及其划分原则,通过一维水动力模型耦合二分法建立明渠调水工程节制闸的安全调控模型,实现流量切换时节制闸调控开度、安全水位和调控时间区间的计算,进而得到节制闸的安全调控可行域和调控方案,并以南水北调中线工程陶岔渠首至淇河节制闸 4 个节制闸开展实例研究。研究过程中根据各节制闸流量变化情况,分别设置 12 种工况进行计算,结果表明：经模型计算的调控方案调控后,闸前水位控制在安全水位区间内,划分的安全水位区间-Ⅱ较水位区间-Ⅰ起到了降低水位变幅的作用,模型运算速度快,最长时间为 8.99?s。给出了柔性调度方案,使得调度更为灵活,面向实际工程更实用、操作性强,为调水工程的调度决策提供了支撑。     

基于长短时记忆神经网络（LSTM）的降雨径流模拟及预报

长短时记忆神经网络(LSTM)具有很强的时间序列关系拟合能力,非常适用于模拟及预报流域产汇流这一复杂的时间序列过程。基于LSTM针对不同预见期的径流预报分别建立了流域降雨径流模型,以探讨LSTM在水文预报当中的应用。模型采用流域降雨、气象及水文数据作为输入,不同预见期后的径流过程作为输出,率定期为14a,验证期为2a。结果显示,在预见期为0～2d时LSTM预报精度很高,在预见期为3d时预报精度较差,但仍优于新安江模型。隐藏层神经元数量作为神经网络复杂程度的代表既会影响模型预报精度,也会影响模型训练速度。而输入数据长度则仅会在预见期为0的条件下影响模型预报效果。     

分布式洪水预报模型在汾河流域的应用

为提高汾河流域的洪水预报水平,选取了该流域DEM、土壤、土地利用及水文气象资料,基于EasyDHM建立了汾河流域分布式洪水预报模型,并进行参数率定。通过场次洪水对模型验证表明,该模型可以很好地应用于流域水情形势分析,从而为流域防洪调度工作的数字化提供技术支持。     

自适应距离反比法及其在滦河流域的应用

在深入研究了现有水文气象信息空间插值算法计算效率低的基础上,在传统距离反比法的基础上提出了快速插值的算法理论——自适应距离反比法。该算法在滦河流域的应用研究表明,与其它方法相比,自适应算法能在保证计算精度有效性的情况下,将计算效率提高20-150倍。同时,比较分析了影响插值算法计算效率的因素,研究表明,站点个数、栅格个数是影响计算效率的主要因素,子流域个数则是次要因素。     

基于AHP-灰色定权聚类的长距离输水工程闸门 应急调控方式研究

针对长距离输水工程,提出了应急调控过程中影响闸门调控效果的6项指标,包括调控时间、调控后污染范围、调控后污染物峰值浓度、调控成本、操作难易程度及调控对工程的影响;然后利用层次分析法建立和量化影响闸门调控效果的各项指标,并引入灰色定权聚类方法对闸门调控方式进行灰色分类,建立三角白化权函数,更能准确地确定闸门调控方式。最后以南水北调中线总干渠京石应急段起点至西黑山分水口之间的渠道为例,运用AHP-灰色定权聚类方法,确定了中线工程应急调控过程中较为合理的闸门调控方式为同步闭闸。     

基于新安江模型的台风期间福州山区水库入库洪水预报

为对台风期间福州市区的洪涝灾害进行及时预警,采用新安江模型,建立了一套适用于台风期的福州市山区水库的入库洪水预报模型。由于水库资料较难获取,采用赤桥站的降雨径流资料对新安江模型参数进行了率定及验证,并将率定后的参数移植到各个水库进行验证。采用赤桥流域2007-2015年6场台风引发的洪水进行了率定模拟计算,采用2016年的2场台风引发的洪水进行验证模拟计算,将得到的参数移植到各水库子流域,运用八一水库及登云水库的降雨资料及由水库水位和水库泄流过程资料反推得到的同时段的入库流量资料,对新安江模型进行验证。结果表明:新安江模型在赤桥流域具有适用性,且对于雨型单一的降雨模拟效果良好。将赤桥流域率定得到的新安江模型参数移植到其他水库流域进行水库入库洪水预报的方法具有一定的可行性,可收集充分的资料进一步进行验证。     

雅砻江大河湾防洪安全与决策支持系统研究

针对雅砻江锦屏二级水电站泄洪时,会对下游大河湾产生一定安全影响的问题,根据雅砻江大河湾地形地貌、历年实测水文数据以及锦屏二级泄洪方案,建立雅砻江大河湾防洪安全与决策支持系统,为水库泄洪安全及下游防洪决策提供技术支撑。该系统主要包括防洪安全信息维护和防洪安全与决策支持模型两大模块。从系统的建设目标、总体架构、开发设计及系统功能展示等方面进行了详细阐述。该系统通过各功能模块的交互工作,实现对泄洪区域防洪安全的辅助管理和决策支持,降低了下游河段的泄洪风险,确保了人民群众的生命财产安全。     

粒子群算法参数设置对新安江模型模拟结果的影响研究

合理的粒子群算法(Particle Swarm Optimization Algorithm,PSO)的参数设置,可以提高算法的优化效率、避免陷入局部最优值,但常用参数设置对于特定优化问题,如新安江模型模拟,不具普适性。为分析种群规模pop、惯性权重w、学习因子c1和c2以及速度位置相关系数m这5个粒子群参数对新安江模型模拟结果的影响,对每个参数取5个不同水平,应用L25(56)正交表,设计了正交试验。通过对试验结果进行分析,得出了参数对PSO算法性能的影响能力和最优的参数组合方案(pop=80,w=1.3~0.4线性递减,c1=1.85,c2=2.5,m=0.05)。通过极差分析和方差分析,得出参数pop和w对模型模拟结果具有高显著性,其他三个参数对模型模拟结果不显著。将不同PSO参数组合应用于新安江模型模拟,证明了合理的PSO算法参数设置可以有效提高新安江模型模拟精度。通过对各因素分别进行趋势分析,得到了因素取值变化趋势与模型结果变化趋势的相关关系。本文提出的方法为如何寻找某一特定应用情景下的PSO算法参数组合提供了一种借鉴。