三种机器学习模型在太湖藻华面积预测中的应用

基于2014—2018年太湖气象水文水质数据与卫星遥感数据,分别采用支持向量机(SVM)、长短记忆神经网络(LSTM)、极端梯度提升树(XGBoost)模型模拟全太湖、贡湖、南部沿岸区、中西北湖区的蓝藻水华(简称藻华)面积。结果表明:(a)XGBoost全太湖与分区藻华面积回归模型模拟效果较好,其次是SVM、LSTM回归模型;不同时间尺度下SVM、XGBoost回归模型对全太湖藻华面积模拟结果偏小,但有效模拟了藻华的发展趋势。(b)XGBoost分类模型在全太湖、中西北湖区模拟准确率较高,优于SVM、LSTM分类模型;在贡湖、南部沿岸区,3种分类模型准确率均较高。(c)以当天、提前1 d的气象水文水质因子作为全太湖与分区藻华面积模型输入,XGBoost回归与分类模型模拟精度较高、稳健性较好,预测应用情景较好。     

基于IDL的视频图像水位检测新算法

构建了一个基于视频图像的IDL水位新检测模型,可以准确提供监测点积水深度,为监测城市内涝灾情提供科学依据。研究数据为水位视频图像,在ENVI软件中对数据进行校正和重采样。利用能量函数建立水位提取模型并估算水位高度。模型估算的水位和实际水位的统计分析结果为:相关系数的平方R2=0.83,平均绝对误差MAE=1.35 cm,均方根误差RMSE=1.50 cm。     

基于GRNN算法的潜在产出与产出缺口估算模型

基于神经网络学习性、非参数估计的优势,建立估算经济潜在产出和产出缺口的广义回归神经网络（GRNN）模型,对中国产出缺口和潜在产出增速的1978—2015年数据进行估算、2016—2020年数据进行多步预测,实证分析较好地克服了生产函数法中由于事先假设确定的函数形式及选择不同函数结果不同的问题,并且所估算的潜在产出增速与经济增速具有较高的契合度。模型分析得出：中国经济增长速度大致维持在潜在产出增长率水平附近,便可实现通货膨胀率维持在合理水平,且较好地实现总体供需平衡的目的。     

洪水涨落水位-流量分布规律及应用

以河溶水文站为例,采用系统分析法研究受洪水涨落影响绳套关系水位-流量关系轴线摆动变化范围。结果表明:受洪水涨落影响绳套关系水位-流量洪水洪峰水位及相应流量的轴线摆动有一定规律,水位-流量关系走向越接近洪峰水位越向轴线形成有规律的系列,由此可根据洪峰水位与相应流量之间建立回归关系,建立绳套关系水位-流量转换模型应用于洪峰水位预报,有效解决受洪水涨落影响下绳套关系水位-流量关系洪水水位预报瓶颈,满足防汛需求。     

太湖流域2016年、1991年大洪水对比分析

采用数理统计方法比较分析太湖流域2016 年、1991 年2 场大洪水对应的降水、水位、洪水蓄 泄及工程调控情况,结果表明:(a) 这2 个年份致洪降水发生日期和降水总量十分接近,但在时程 分布上差异明显,2016 年致洪性降水较1991 年对流域防洪更为不利;( b) 受降水影响,1991 年洪 水期太湖水位具有2 次明显上涨过程,而2016 年太湖水位系连续上涨;(c)在2016 年洪水期,作为 太湖水量主要来源的湖西、浙西入湖水量明显超过1991 年,且湖区降水量也明显大于1991 年,这 是导致太湖最高水位超过1991 年的重要原因;( d) 因治理太湖骨干工程的建成,2016 年流域洪灾 损失占GDP 的比重远低于1991 年。     

基于不透水表面视角的北京市PM_(2.5)污染时空分异研究

首先基于遥感平台的遥感影像数据,提取北京市4期各年份不透水表面数据并反演AOD值;然后,采用M估计稳健回归的思想,对AOD值与监测站点PM_(2.5)数据进行回归分析,建立回归模型.根据回归模型和反演的AOD数据,生成空间连续的PM_(2.5)质量浓度数据.最后,探讨城市扩张对PM_(2.5)污染时空分布及演变的影响机制,定量分析两者关系.结果显示:北京市2000、2006、2012年和2016年不透水表面面积分别为6 646.37、9 680.52、9 736.31 km~2和9 769.20 km~2,2000—2016年不透水表面面积增长率为46.99%,相应的PM_(2.5)质量浓度的增长率为56.61%.北京市2000—2016年的PM_(2.5)污染时间上呈现先加重后在波动中减轻,空间上呈现从西北—东南方向逐渐增高的趋势,严重污染区域为房山区的东部、大兴区、通州区、海淀区、朝阳区、丰台区、石景山区、东城区、西城区、前宣武区及前崇文区.在此期间,北京市不透水表面空间分布与PM_(2.5)污染空间分布高度一致.东南方向的通州区、顺义区、平谷区和大兴区不透水表面面积增长率达到90%以上,同时这些区域PM_(2.5)质量浓度增长值也高于西北区域.     

1954—2013年太湖水位特征要素变化及成因分析

采用1954—2013年的逐日水位资料,系统分析和比较了太湖年内最高水位、最低水位及年平均水位共3种水位特征要素的年际变化规律,结合太湖流域降水资料和工程引水资料,揭示了导致三者发生阶段性变化的控制性因素。结果表明:(a)1954—2013年,太湖年内最高水位总体上不具有显著的变化趋势,其年际变化主要受控于汛期降水的年际周期性振荡;太湖年内最低水位、年内平均水位均具有显著的上升趋势,尽管两者在2000年之前的年际变化主要受控于太湖流域降水丰枯振荡,但在2000年之后的“引江济太工程”等大规模引水活动已成为两者在流域降水整体偏枯情况下仍保持较高水平的主导性因素。(b)沿江引水使太湖的年内最低水位出现时间的季节性分布特征发生了明显变化。     

1960年以来太湖水位变化特征及影响因素分析

以太湖为研究对象,综合采用Mann-Kendall突变检验和Morlet小波分析等方法,分析太湖1960—2018年水位数据,阐明太湖水文特征变化及其影响因素．结果表明:1960—2018年间太湖水位整体呈现缓慢上升趋势,极值水位波动幅度较强;年内水位受降雨分配的影响呈单峰型变化,汛期尤为明显;水位周期性显示稳定的时间尺度是9 a,变化强烈的时间尺度分别是22和28 a;气候变化和人类活动共同影响了太湖水位的变化,2000年前太湖水位对降水的响应十分敏感,而2000年后太湖水位受人为调控而趋于稳定;合理范围内的水位波动对整个流域的水资源调配和太湖的生态水文特征有重要影响,科学的水利工程调控有利于太湖湖泊生态系统的健康发展．研究结果可为太湖水情调控和湖泊生态系统管理提供理论参考和决策依据．      

基于MODIS数据的祁连山南坡土壤水分反演研究

利用2015年7月MODIS影像数据,结合野外实测数据,对比不同土壤深度下不同反演模型的估算精度.选用植被供水指数、植被缺水指数、温度植被干旱指数与实测土壤含水量数据进行回归分析.结果表明:在祁连山南坡植被生长季中,MODIS数据估算土壤水分的最佳深度为0-10cm.温度植被干旱指数在估算精度上最高.在此基础上建立了基于温度植被干旱指数的土壤水分监测模型.     

基于SVR的GF1号遥感影像森林蓄积量估测

国产高分辨率卫星遥感影像已成为森林资源调查和监测的重要数据源。基于国产卫星遥感的森林蓄积量估算成为重要的研究方向之一。本研究以福建省将乐县为研究区,选择国产高分辨率高分一号卫星2 m分辨率遥感影像为主要数据源,加以辅助野外实地调查数据,分别采用多元线性回归和SVM(support vector machine)回归方法开展亚热带针叶林蓄积量估算效果评价研究。首先,从融合影像中提取遥感因子,包括11个光谱因子和10个纹理因子等;其次,对21个遥感因子进行相关性分析,选取皮尔森相关系数较大的6个遥感因子;第三,应用多元线性回归和支持向量机回归(support vector regression,SVR)对所选遥感因子建立模型,选取最优模型反演将乐县蓄积量分布图。结果表明:支持向量机回归(SVR)估测蓄积量的模型预估精度达到98. 22%。     

三峡蓄水后城陵矶水位变化初步研究

近50年实测水沙资料分析表明,城陵矶水位变化取决于螺山-汉口河段冲淤量．三峡蓄水后,螺山-汉口河段冲淤量又取决于宜昌下泄和宜昌-城陵矶河段冲起的粗沙量（d〉0．085mm）及汉口（扣除汉江）粗沙输沙量．通过估算三峡蓄水后宜昌-城陵矶河段粗沙冲刷量和汉口（扣除汉江）粗沙输沙量,表明螺山-汉口河段最大冲刷约9．5×10^8t,螺山流量为10000-60000m^3／s时,城陵矶水位下降约1．26-0.32m,并且随着螺山流量的增大,城陵矶水位下降幅度减小．     

降水充水类型矿井涌水量预测方法研究

矿井涌水量是影响煤矿安全生产的主要因素之一,它直接影响到矿井水文地质条件的复杂程度,关系到对矿床的经济技术评价,因此有效的矿井涌水量预测成为了矿井安全生产的重要因素。为了更有效地预测矿井涌水量,针对降水充水类型的矿井以古书院矿为例,通过分析近五年降水量和涌水量资料,利用回归分析法推导出二者定量关系式,并对近20年的降水量采用水文频率分析法分析得出平水年、丰水年的平均降水量,以此作为因变量,根据推导出的降水量和涌水量函数关系式,分别预测矿井的正常涌水量和最大涌水量,达到有效预测的目的。     

非线性逐步回归在宜昌站年径流量预报中的应用

为了分析非线性关系的引入对中长期水文预报精度的影响,以对数变换后得到的非线性逐步回归模型为基础,利用长江宜昌站年径流量进行中长期水文预报,并与传统的逐步回归模型预报值进行比较.结果表明:宜昌站年径流量与该站上一年汛期7月、8月、10月流量存在明显非线性关系,并对太平洋副高活动以及厄尔尼诺效应反应敏感;非线性逐步回归模型...     

Calibration of the HSPF model with a new coupled FTABLE generation method

The hydrological simulation program FORTRAN (HSPF) is a comprehensive watershed model designed to simulate water quantity and quality processes.It is used widely throughout the world.Calculating discharge from a stream reach by HSPF is based mainly on function tables (FTABLEs),which describe the relationship between surface area,stream stage,volume,and discharge.The traditional method of FTABLE generation (using general stream cross-sections and the Manning equation or other discharge relationships) can be time-consuming and inaccurate when there are limited calibration stations and survey data.Recent insights into generalized coupled stage/storage and stage/discharge relationships,however,offer the potential to improve both the speed and accuracy of compiling FTABLEs and thus HSPF models.This study tested the application of these insights in generating FTABLEs.The study domain included 18 gauging stations in a coastal plain environment on the Peace River watershed in West-Central Florida.In the calibration of this model,wetlands were treated as reaches in HSPF with storage-attenuation characteristics.Over the simulation period,the modeled daily flow and stage correlated well with observed data at all ganging stations along the Peace River.The Nash-Sutcliffe efficiency and correlation coefficient computed using observed and simulated daily flows were 0.90 and 0.91,respectively,at the Peace River outlet.Rigorous testing found that the new system for calibrating the FTABLEs improved the model predictive ability and efficiency.Uncertainty in un-calibrated station performance was also reduced.The model parameters obtained in this study could potentially serve as reference values for model application in similar climatic regions.They may also have particular relevance in disaster management,as the simulation period extended over the hurricane season of 2004,and the model domain was within a high hurricane impact zone.The possible effects of hurricanes on discharge are also briefly discussed.     

溢流橡胶坝泄流特性试验

在大比尺试验模型上，对充水式橡胶坝的坝袋表面作用力、坝袋变形、泄流量等随上下游水位及内水压的变化情况，作了细致的量测，并经整理分析，提出了橡胶坝在自由出流时的流量系统经验公式，供该类溢流橡胶坝设计参考．     

矿井涌水量的逐步回归分析与预报

应用逐步回归分析的思想，在分析、计算大量数据的基础上揭示了矿井涌水量、钻孔涌水量或水位埋深与大气降水量、河流量之间的相关关系，并将这一关系的表示公式化，使以往为查清水体之间关系进行的繁杂分析试验等过程得以简化，且为水量或水位预报提供了简便易行的方法。     

松花江洪水对嫩江顶托特性的数值模拟研究

为研究松花江洪水对嫩江的顶托规律,基于二维非结构化网格水动力模型MIKE21-FM进行了不同来流量级、不同汇流比条件下嫩江和二松交汇区水流运动数值模拟。突出分析了典型区域水位和水面比降的变化特性,探讨了嫩江受二松顶托的几个主要因素。结果表明,嫩江大赉站水位随嫩江来流量增加而增加,随汇流比增加而减小。嫩江水面比降随汇流比增加而增加。来流量、汇流比、河道坡降和距离等因素均会对顶托作用产生影响。今后应重点关注该区域洪季大流量且汇流比较小情况下的水情预报及防洪调度工作。     

北京市生活用水年预报模型

采用偏最小二乘回归方法建立了用水量与影响因子之间的回归方程,利用AR模型对各影响因子进行外延预测,将预测的因子值分别代入3个回归模型,通过比较分析挑选出了预报精度最高的回归模型,并利用此回归模型对2003~2010年的北京市年生活用水量进行了预测.结果表明:北京市年生活用水量和前3 a的各项影响因子所组成的回归方程,能够很好地预报出预留年份的年生活用水量;2003~2010年北京市年生活用水量呈明显增长趋势.     

Discharge water quality models of storm runoff in a catchment

The relationships between the water qualities of nitrogen and phosphorous contents in the discharge water and the discharge of storm runoff of an experimental catchment including terraced paddy field are analyzed based on experiment results of the catchment. By summarizing the currently related research on water quality models, the water quality models of different components of storm runoff of the catchment are presented and verified with the experiment data of water quality analyses and the corresponding discharge of the storm runoffs during 3 storms. Through estimating the specific discharge of storm runoff, the specific load of different components of nitrogen and phosphorus in the discharge water of the catchment can be forecasted by the models. It is found that the mathematical methods of linear regression are very useful for analysis of the relationship between the concentrations of nitrogen and phosphorus and the water discharge of storm runoff. It is also found that the most content of the nitrogen (75%) in the discharge water is organic, while half of the content (49%) of phosphorus in the discharge water is inorganic.     

等宽明渠交汇口壅水特性数值模拟

为研究不同交汇角度θ和流量比q对明渠交汇口壅水特性的影响规律,利用体积函数法(VOF)追踪自由表面,采用雷诺应力模型(RSM)封闭控制方程,建立明渠交汇水流三维数值仿真模型,对3种流量比和7种交汇角的21种组合工况进行模拟研究,对交汇口附近的三维壅水形态进行分析。结果表明:由于支流汇入的顶托作用,上游区域内水位壅高,交汇区域内出现水面跌落现象;同一流量比工况下,随着交汇角的增大,上游水位逐渐增大,下游水面跌落现象越来越剧烈;对所有工况的上下游最小水深比h^*_d和最大水深比h^*_m进行计算,发现在本文研究的流量比及交汇角变化范围内,上下游最小和最大水深比均随着交汇角的增大而增大,随着流量比的增加而减小。最后,对上下游水深比的变化范围进行分析,得出结论:同一流量比工况下,交汇角增大,交汇口附近水面变幅增大;同一交汇角度工况下,流量比增大,交汇口附近水面变幅减小。