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[期刊] 地理科学进展
[作者]
胡庆芳 曹士圯 杨辉斌 王银堂 李伶杰 王立辉
论文基于2003—2014年水文资料,采用长短期记忆神经网络(Long-Short Term Memory,LSTM),构建了汉江上游安康站日径流预测模型,评价了不同输入条件下日径流预测的精度。结果表明:当预见期为1 d时,在仅以安康站前期日径流量作为输入的条件下,LSTM模型在训练期和检验期的效率系数分别达到0.68和0.74;如再将流域前期面雨量和上游石泉站前期日径流量加入LSTM网络作为输入变量,安康站日径流量预测效果将更好,训练期和检验期的效率系数最高可达到0.83和0.84,均方根误差也有显著削减,且对主要洪峰流量的预测能力也有一定提高。此外,LSTM可以有效避免过拟合等问题,具有较好的泛化性能。但当预见期从1 d延长至2、3 d时,LSTM的预测精度显著降低。
[期刊] 长江流域资源与环境
[作者]
陈燕飞 王祥三
水权管理的关键和难点是水权的初始分配。做好初始水权的分配,能够促进水资源的优化配置,达到以水资源的可持续利用支持国民经济和社会的可持续发展。根据水权初始分配有效性、公平性、可持续性发展的原则,分析了水权初始分配的主要影响因素,主要是经济发展、用水效益、平均分水、现状用水、水源地优先、生态环境以及社会发展;构建了水权初始分配的层次结构图;采用多目标半结构性模糊优选模型研究流域水权初始分配,该模型根据人的经验知识量化原理确定定性指标的相对优属度和各指标的目标权重,为确保模型的实用性,目标值重要性比较时采取了专家咨询手段;定量指标则根据实际情况采用越大越优型的相对优属度公式或越小越优型相对优属度公式...
[期刊] 自然资源学报
[作者]
吕乐婷 彭秋志 郭媛媛 刘颖慧 江源
基于分布式水文模型SWAT以及SUFI-2程序对东江流域进行了51 a(1960—2010年)月径流模拟,并在此基础上讨论了东江流域水文过程的空间差异。模拟结果表明,河源站受新丰江水库影响,模拟结果不确定性较大,确定性系数R2和Nash-Sutcliffe效率系数相对其他站点较低,龙川站、岭下站、博罗站R2和Nash-Sutcliffe效率系数皆满足模型适用性要求。流域出口博罗站率定期R2、Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.83、0.83,验证期为0.84、0.84,模型模拟精度较高。东江流域径流深主要受降水空间不均影响,形成由北向南先增后减的趋势。流域下垫面差异对产流过程也有一定...
[期刊] 资源科学
[作者]
胡雅杰 董阳 郭映 党慧慧 董军 魏国孝
黄土高原绝大部分地区降水稀少、径流量小,水资源总体相当匮乏,准确掌握区域内径流情况对科学配置稀缺的水资源至关重要。本研究选取黄土高原中部马莲河上游的环江流域为研究对象,采用SWAT模型进行径流模拟研究,并结合1980-1990年的径流实测数据校准和验证模型。分析显示:1采用30m精度的高分辨率数字高程模型(DEM)数据比用90m分辨率DEM数据获得的河网更精细,而模拟误差较小;2子流域划分水平对径流模拟有一定的影响,当子流域划分增加到一定水平时径流量趋于稳定;3通过调整模型中敏感性较高的参数率定模型,使得校准期和验证期月均径流深Re均小于10%,R2分别为0.893和0.822,Ens分别为0...
[期刊] 长江流域资源与环境
[作者]
夏智宏 周月华 许红梅
汉江流域未来的气候变化趋势和对水资源的影响,将直接关系到南水北调工程和引江济汉工程的使用和效益。因此,分析研究汉江流域水资源对气候变化的响应特点,可为地面调水、空中水资源开发、应对气候变化的不利影响和更好地保护南水北调中线水源区的水资源提供科学依据。以1971～2000年为基准期,应用SWAT模型对汉江流域基准期内的逐月径流进行了模拟;在30 a基准期径流模拟的基础上,以全球变化背景下可能出现的25种不同气候变化模式为假设条件,模拟出各假设气候变化模式下汉江流域水资源状况,获得了各气候变化模式下汉江流域水资源相对于基准期的变化率,研究了汉江流域水资源对气候变化的响应程度。结果表明:模型模拟精度...
关键词：
汉江流域 SWAT 径流模拟 气候响应
[期刊] 资源科学
[作者]
乐通潮 张万昌
该文介绍双参数(C和SC)月水量平衡模型的原理,依据水量平衡方程和经验公式构建流域径流深度的模拟方程,利用计算机程序自动率定模型参数。利用1980年1月到1985年12月共6年的水文站点数据对汉江流域上游地区15个水文站点控制的子流域进行了模拟和校验,模型效率指数大都超过80%,其中模拟效果最好的是铁锁关,率定期Nash指数R2达到0 9923,校验期达到0 9377,而大竹河模拟效果最差,率定期Nash指数R2为0 5004,校验期达到0 7382,达到了较好的模拟效果。以典型的两子流域铁锁关和大竹河为例,对模型参数C、SC对模型效率指数的敏感性进行了分析,发现当C变化时,模型效率变化明显,...
[期刊] 长江流域资源与环境
[作者]
凌峰 杜耘 肖飞 吴胜军 薛怀平
以清江流域上游为研究区域,探讨TOPMODEL模型在大流域的应用;对比了SRTM和地形图两种DEM数据在流域地形指数计算及降雨径流模拟中的差异,结果表明,虽然不同DEM计算得到的地形指数和模型率定参数存在较大差异,但是模拟效率基本相同,SRTM数据作为全球覆盖的免费高分辨率DEM数据将极大促进TOP-MODEL模型的应用;分析了TOPMODEL模型在大流域中应用存在的局限性,在此基础上,构建了基于子流域的松散耦合的分布式TOPMODEL模型,提出了利用流域实际下垫面数据进行模型参数率定的方法,探讨了子流域划分详细程度对模拟结果的影响,结果表明,分布式TOPMODEL模型充分考虑了流域降雨和下垫...
[期刊] 长江流域资源与环境
[作者]
陈梓延 王艳君 苏布达 黄金龙 姜彤
采用经统计降尺度与偏差订正的4种全球气候模式(GFDL-ESM2M,HadGEM2-ES,IPSL-CM5A-LR和MIROC5)1861～2005年的历史气候模拟试验和2006～2018年的RCP4.5情景预估资料,驱动SWAT水文模型,分析了1861～2018年乌江流域气候变化特征及其对径流的影响。同时,采用1861～2018年4种全球气候模式在工业革命前控制试验(piControl)数据,对比分析了"自然"和"人为+自然"强迫下流域气候及径流变化的差异。研究结果表明:(1)1861～2018年乌江流域平均气温呈现显著上升趋势,气温倾向率为0.03℃/10a;降水呈显著下降趋势,降水倾向率为-10.9 mm/10a。流域主要水文控制站武隆站年平均流量呈显著下降趋势,倾向率为-20.8 m~3/s/10a;四季平均流量倾向率分别为-10.8、-46.1、-20.1、-5.9 m~3/s/10a,均呈显著下降趋势;枯水极值流量倾向率为-7.6 m~3/s/10a,丰水极值流量倾向率为-43.5 m~3/s/10a,下降趋势显著。(2)"自然"强迫控制试验下,1861～2018年乌江流域年平均气温无明显变化趋势;降水则为不显著上升趋势,倾向率为1.9 mm/10a;年平均流量呈微弱上升趋势,倾向率为0.1 m~3/s/10a;四季平均流量倾向率分别为-1.1、-18.6、11.0、8.9 m~3/s/10a,春季平均流量不显著下降,夏季显著下降,秋季不显著上升,冬季显著上升;枯水极值流量倾向率为2.5 m~3/s/10a,丰水极值流量为-9.5 m~3/s/10a,变化趋势均不显著。(3)相对"自然"强迫序列,人类活动引起的气候变化导致1861～2018年乌江四季平均流量分别减少7.1%、9.7%、8.7%、11.9%;枯水与丰水极值流量分别下降9.3%和5.0%。
关键词：
气候变化 径流 自然强迫 乌江流域
[期刊] 沈阳农业大学学报
[作者]
李雷 李华 黄强 刘任远
为了分析研究东江流域径流的演变规律,为流域的水资源可持续发展提供依据。采用模糊带权马尔科夫链原理,累积距平曲线-滑动t检验联合识别变点法,坎德尔(Kendall)秩次检验法等3种,对东江(博罗站)1963~2005年长系列径流序列进行分析。结果表明:预测2004为偏枯,2005年为正常年份;径流突变发生在1974年;径流年际变化不大。说明东江流域径流序列基本趋于稳定不显著增长趋势。
[期刊] 自然资源学报
[作者]
陈昌春 张余庆 项瑛 王腊春
论文以赣江流域为研究区,基于SWAT分布式水文模型及SUFI-2算法,利用流域DEM、土地利用、土壤、气象等数据,结合GIS和RS技术,对流域土地利用变化的径流响应进行定量分析与研究。结果表明:影响模型模拟效果前3位的敏感参数分别为ALPHA_BF、CN2、ESCO,得出率定期和验证期的模拟值与实测流量过程拟合程度较优,其R2和Nash-Sutcliffe效率系数ENS均高于0.90,相对误差|Re|均小于3%;流域内1990年与2000年土地利用均以林地、水稻田、草地为主,此3种类型约占流域总面积的85%;在相同气象条件下,两期土地利用情景下的月、年均径流量变化趋势较为一致,2000年土地利...
[期刊] 自然资源学报
[作者]
张强 崔瑛 陈永勤
东江流域的河川径流受气候变化和人类活动的双重影响产生了水文变异,河流生态系统适应了变异前的水文状态,变异后必然会给当地生态系统带来不同程度的影响。因此,论文运用多种检验方法并结合东江流域的实际情况对其水文变异做了系统的分析。在此基础上,采用逐月频率法计算该流域4水文站的生态径流量(最小、适宜和最大生态径流),得出以下结论:①Tennant的检验表明论文的计算结果是合理的;②龙川、河源、岭下3站存在显著变异,变异后3站不满足河流适宜生态径流量的时间都出现在6月,今后应在该月适当增加调水。同时,可参照文中计算值,建立东江流域生态径流调度预警机制,为流域生态系统的健康和水资源的管理提供科学保障。
[期刊] 地理科学进展
[作者]
张子凡 刘时银 马凯 张鲜鹤 杨延伟 崔福宁
全球气候变暖极端事件频发的背景下，近年来金沙江上游区径流变率较1990年代显著增大，出现了百年一遇的极端洪水事件，对流域水资源利用、水库调度带来了新的挑战。金沙江上游地区范围广大、观测站点稀少，基于机器学习模型进行单目标径流模拟较传统模型具有优势，但该方法在大尺度高寒山区的径流模拟研究不足。论文应用长短期记忆(long short-term memory, LSTM)神经网络模型对金沙江上游径流年内过程进行模拟，模型由高程分带提取的日降水(GPM,0.1°×0.1°)、日均气温(ERA5Land,0.1°×0.1°)及逐日积雪面积(MODIS,500 m)数据驱动，以径流观测数据为目标进行建模，同时构建集合模型，模拟流域径流并进行模型对比。模型训练期和验证期分别为2001—2014年和2015—2019年。结果显示：2种模型在预见期15 d内模型效率系数(NSE)≥0.80，且在相邻预见期NSE接近，预见期25 d和30 d的NSE均能达到0.70以上，表明2种模型在30 d预见期内的径流模拟效果良好。以高程分带数据驱动的高程信息模型，1～5 d预见期径流模拟显著优于集合模型，7～13 d预见期优势减小，15～30 d预见期二者模拟效果相当。高程信息模型对汛期径流的模拟优于集合模型，展现出其在洪水模拟方面的优势。总体而言，高程信息模型在预见期为3 d的径流模拟中精度最高，尤其对春汛及夏汛的模拟，可为金沙江中游梯级电站水库调度提供参考，但模型对极端春季洪水模拟效果仍有待提升。
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
张梦凡 丁兵兵 贾国栋 余新晓
【目的】本研究旨在探究TCN-BiLSTM耦合模型与传统LSTM模型在径流模拟预测中的性能，为洪水风险管理和区域水资源规划提供准确有效的径流预测模型。【方法】以北洛河流域为研究区，基于双向长短期记忆网络（BiLSTM）和时域卷积网络（TCN）建立一种新的径流预测耦合模型TCN-BiLSTM。利用相关性分析，筛选预测径流的输入因子，确定4种不同的输入方案应用于TCN-BiLSTM耦合模型和传统LSTM模型，每个模型分别预测1、2、3 d的径流量。采用平均绝对误差（MAE）、均方根误差（RMSE）和拟合优度（R~2）来评估模型的预测性能。【结果】（1）TCN-BiLSTM耦合模型整体预测性能优于LSTM模型，TCN-BiLSTM模型R2达到0.91，高于LSTM的0.89。相比于LSTM,TCN-BiLSTM对于峰值和突变点的捕捉能力更强，对于波动大的复杂数据预测效果更优；（2）在针对未来1～3 d径流量预测中，随着预见期的延长，4种方案下TCN-BiLSTM和LSTM模型的预测效果均有所下降，相较于预测1 d，预测3 d的TCNBiLSTM和LSTM模型的R2分别平均下降了0.17和0.14,RMSE分别平均增大了4.59和4.40,MAE分别平均增大了1.26和1.31;(3)在4种输入方案里，日累积降水量和日径流量作为输入变量时，模型的预测效果最好。降水数据的加入使得TCN-BiLSTM和LSTM模型相较于单一日径流数据作为输入变量时，1、2、3 d径流量预测的R~2分别提高15%、14%、6%和18%、14%和1%。【结论】TCN-BiLSTM耦合模型和LSTM模型R~2均能达到0.85以上，TCN-BiLSTM模型R~2较LSTM提高了2%。对比来看，TCN-BiLSTM模型在拟合洪水过程中表现更为优异，对于汛期的预测性能优于非汛期。输入变量对模型的影响较大，有效且高质量的气象数据能够提高模型的预测性能。
[期刊] 华中师范大学学报(自然科学版)
[作者]
姜淞川 陆建忠 陈晓玲 刘子旋
水文预报及其径流变化趋势预测能够为防汛工作提供辅助决策,是水库调度兴利的重要手段.与传统分布式水文模型相比,利用长短期记忆网络(LSTM)建立降雨径流预报模型具有简单可行和精度较高的优点.该文以鄱阳湖抚河流域为研究对象,采用抚河流域的降雨和径流数据分别作为模型驱动数据和标签数据,通过LSTM网络实现抚河流域的径流模拟工作.结果表明:在使用气象站数据建立的日尺度径流模拟模型中,模拟结果与实测值相关性均达到0.9以上,偏差在±5%以内,模型表现非常好;在使用TRMM数据建立的月尺度模型中,整体模拟结果与实测值相关性在0.9以上,整体偏差在±5%以内,模型表现优秀.
[期刊] 自然资源学报
[作者]
王秀杰 封桂敏 耿庆柱
针对日径流时间序列不断受人类活动干扰的影响,运用小波多分辨率功能,分别对黄河头道拐站和花园口站实测日径流时间序列进行小波分析,利用得到的低频成分和高频成分分别建立自回归模型,然后组合对日径流进行预测。与单一的原序列自回归模型相比,基于小波分析的组合模型预测精度有了显著提高,而且不同时期的预测精度基本一致:预测合格率都达到了90%以上。而单一自回归模型的预测精度在不同时期相差较大:人类活动影响越强,预测误差越大,尤其在花园口站的1969—1986年和1987—2005年两个时期的日径流预测合格率都小于85%。由此表明基于小波分析的组合模型对数据具有较强的抗干扰性,在径流预测方面有明显的优越性。
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