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基于SBAS-InSAR的河口村水利工程形变监测与时空分析
罗志;赵双明;朱泽尧;孟令奎;李林宜;张文;【目的】河口村水利工程具备防洪兴利等重要作用，其安全对当地社会经济发展意义重大，因此需要及时监测其形变态势，识别并规避安全隐患。【方法】相比传统形变监测方法，合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)具有全天时全天候、大范围高精度、高时空分辨率等优势。采用SBAS-InSAR技术提取了河口村水利工程研究区2017年10月—2022年12月的时序形变信息，基于水准实测数据验证了精度并与PS-InSAR对比，结合地理数据分析了水利工程的形变时空特性和影响因素。【结果】结果显示：SBAS方法的形变提取精度为5.21 mm, PSI精度为8.07 mm,且研究区的SBAS形变点密度为PSI的2.49倍。河口村库区形变速率为-8.6～3.2 mm/a,识别到了坝前广场和防汛仓库两处漏斗状沉降区，分别发生约45 mm和50 mm的沉降，其中防汛仓库在2021年7月大雨后沉降加剧。河口村大坝形变速率集中在-4～+2 mm/a之间，5年最大沉降量约15 mm,坝顶中央沉降最大，形变呈周期性波动。坝顶形变与降雨呈正相关，相关性均超过0.5;与水位呈负相关，相关性平均为-0.32。【结论】结果表明：SBAS方法相比PSI更能有效监测水利工程区的地表形变。坝前广场和防汛仓库的形变主要受降雨影响。大坝的整体形变特征为中央比两肩沉降大、坝顶比坝底沉降大，且水位越高，坝顶沉降越大。大坝形变呈周期性波动，且形变量较小，暂时不影响大坝的安全运行。研究结果可为河口村水利工程的安全运行提供科学支撑，并为其他水利工程的形变监测应用提供参考。
三峡库区消落带植物多样性变化规律及其驱动因子研究
叶琛;龚宇;张全发;反季水位涨落导致三峡库区消落带植物发生显著变化。但是关于植物多样性变化及其驱动因子的研究还比较匮乏。通过对三峡库区消落带13个监测点3个海拔高程近10 a植物多样性长期定点调查，发现其多样性指数变化区间小，库区中游多样性指数较大。不同海拔高程对植物多样性有显著影响，海拔越高，多样性越大。此外，干流监测点的植物多样性比支流监测点高。虽然植被恢复方式对植物多样性影响不显著，但是对植被均匀度有增加的趋势。土壤理化性质是这些多样性指数和均匀度指数变化的重要驱动因子，并且海拔高程不同，驱动因子不同。低海拔区(高程145～155 m)土壤中的锰、可利用钾、汞以及土壤粒度(>0.25 mm)是主要驱动因子；中海拔区(高程155～165 m)土壤中的锰、铁、可利用磷、粒度(0.01～0.05 mm)以及含水率是主要驱动因子；高海拔区(高程165～175 m)土壤中的汞、锰以及氨态氮是主要驱动因子。所涉及的时空尺度较大，可为三峡库区消落带植被恢复提供科学依据，为后续消落带的保护策略提供参考。
基于BP神经网络的鄱阳湖叶绿素a遥感反演
唐彩红;李晓楠;甄浩北;张尚弘;周扬;何红艳;邢坤;节永师;【目的】通过对比两种模型对鄱阳湖叶绿素a的反演结果,筛选出反演精度更高的一种方法,使其能够更准确、高效地应用于浅水湖泊的水质监测与管理。【方法】叶绿素a是水环境监测的重要指标,是衡量水体富营养化的关键参数。本文以鄱阳湖为典型研究区域,基于实测叶绿素a浓度和Landsat-8 OLI卫星遥感数据,对湖区叶绿素a浓度进行反演。通过对遥感影像的预处理,利用单波段及波段组合数据与叶绿素a浓度数据进行相关性分析,构建了叶绿素a波段比值模型,筛选相关波段组合,在此基础上进一步构建了BP神经网络模型(Back Propagation Neural Network Model),将实测叶绿素a浓度与BP神经网络模型反演结果进行相关性比较。【结果】结果表明:所构建的BP神经网络模型相较于波段比值模型预测值与实测值之间的决定系数(R2)从0.624～0.855提升到0.745～0.921,平均绝对误差百分比(MAPE)和均方根误差(RMSE)相较于波段比值模型降低46%以上。【结论】BP神经网络模型在反演精度上优于波段比值模型,时间尺度上,基于BP神经网络模型反演的丰水期叶绿素a浓度高,枯水期低,夏季叶绿素a浓度升高,冬季降低;空间尺度上,湖心及水体流动强的区域叶绿素a浓度低,沿岸及人类活动强的区域浓度高,南部湖区高于北部。本研究所构建的BP神经网络模型对浅水湖泊叶绿素a反演效果较好,对湖泊生态环境保护具有重要支撑。
河道型水库富营养化及水华调控方法和关键技术
戴会超;毛劲乔;张培培;戴凌全;本文提出了河道型水库富营养化及水华调控的系统研究方法,重点探讨了水利水电工程影响下的河道型水库富营养化及水华监测、模拟及调控方法及关键技术,包括流域水环境监测评估与水华预警系列技术,大型水库多维、多场耦合富营养化模拟系统,以及改善河道型水库支流库湾水温层化进而抑制水华暴发的调控方法等,以期为抑制河道型水库支流库湾水华暴发、改善水库水质提供参考和依据。
基于PSR和物元可拓模型的水资源承载力预警研究
鲁佳慧;唐德善;基于"压力-状态-响应"(PSR)模型构建了水资源承载力预警指标体系,利用物元可拓模型对水资源承载力进行警情综合评价确定警情级别和级别偏向程度,最后运用非线性灰色伯努利模型(NGBM)对未来水资源承载力警情变化趋势进行预测。以宿迁市为例,开展水资源承载力预警的实例研究并分析警情变化原因。研究结果表明,宿迁市2011—2017年水资源承载力预警等级从轻警上升为中警,主要原因是经济发展和城镇化水平的提高造成了用水紧张。结合2011—2017年警情数据,对未来三年水资源承载力进行警情预测,宿迁市2018—2020年水资源承载力仍保持在"中警"水平,但预警等级特征值有不断减小的趋势,警戒程度有所缓解。
BP神经网络在水资源承载能力预测中的应用
苏伟;刘景双;李方;采用三层的BP神经网络结构,选取与水资源承载力密切相关的6个社会经济指标,根据1995～2004年10年时间序列指标数据,运用MATLAB中改进的BP神经网络算法建立了长春市水资源需求量预测模型,通过预测值和检验值的误差比较,表明预测模型的精度较高。参考长春市"十一五"规划期间的社会和经济发展目标,预测得到"十一五"期间长春市水资源需求量,对比现有供水能力,"十一五"期间水资源承载能力无法满足社会和经济的发展要求,为实现资源、社会和经济的协调发展,从开源和节流两个方面提出了水资源的可持续利用对策。
湍流理论的发展及其在水轮机中的应用
李连超,崔学明,常近时针对湍流计算在水轮机优化设计中日益突出的作用,本文将沿着统计理论、模式理论、直接数值模拟、大涡模拟等方向发展起来的湍流基础理论进行了简要的历史回顾,并着重论述了为解决工程应用问题而发展起来的湍流模式理论及湍流模型.同时回顾了水轮机流场计算的发展历程,指出目前在工程上对水轮机过流部件初步设计时仍然采用不考虑粘性的准3D和3D欧拉法,而进一步精确计算则依赖于模式理论基础上的湍流模型计算.目前出现的各种湍流模型都需要确定常数,因此均缺乏普遍性.可以说,目前工程上水轮机过流部件的计算是准3D、3D欧拉法计算以及各种湍流模型计算并存的局面.
基于改进粒子群算法的土石坝动力参数反演研究
张宏洋;韩鹏举;马聪;陶元浩;李桐;丁泽霖;韩立炜;张先起;张宪雷;【目的】针对现有土石坝本构模型参数较多，参数反演分析工作量大，且在动力参数反演模型算法中存在的智能算法容易陷入局部极值、神经网络计算精度依赖于样本的训练效率、反演参数精度低等问题，【方法】基于正交试验法，以坝体顺河向、坝轴向和竖直向三向加速度反应作为试验指标，对紫坪铺面板堆石坝进行动力本构模型参数的敏感性分析，定量分析各参数对坝体加速度分布的敏感性，为土石坝动力有限元分析时空间赋值模型参数的选择以及后续反演分析提供依据。将粒子群算法与云理论中的正向高斯云算法相结合，通过高斯云模型对陷入局部最优的粒子进行变异操作，以避免算法早熟收敛的问题，并利用地震实测响应信息对坝料动力参数进行反演。【结果】结果表明：紫坪铺面板堆石坝的坝料动力参数中k2、n、λmax是对坝体加速度反应敏感性最强的3个参数，基于反演参数对坝体进行动力分析结果与实际地震响应较为吻合，三个方向的最大绝对加速度均发生在坝顶中部附近，在坝轴向最为剧烈，顺河向次之，而竖直向反应最弱。【结论】通过定量分析参数敏感性以确定待反演参数，可在保证计算精度的前提下提高计算效率；通过验证分析可知，反演模型计算的动力参数能够较为准确地反映土体的动力特性，可满足实际工程精度要求；所提出的动力参数反演方法以及有关动力响应分析规律，可为土石坝工程动力参数的确定与大坝安全鉴定提供技术借鉴。
安图县玄武岩区偏硅酸型天然矿泉水水化学特征及形成机理
朱洲洋;肖长来;梁秀娟;杨伟飞;贾璐;针对长白山玄武岩区矿泉水资源开发利用程度不断增加的现状,为进一步保护及合理开发安图县矿泉水资源,根据野外实际调查数据,利用数理统计方法及水化学模拟等多种方法开展对安图县矿泉水形成机理的研究。首先绘制Piper三线图和离子浓度箱型图分析安图县矿泉水水化学特征;然后利用SPSS软件对特征组分偏硅酸展开相关性分析;运用离子比值分析法初步判定离子主要来源;再利用Phreeqc软件反向模拟研究区地下水三条路径的水岩交互作用;最后根据模拟结果综合分析安图县玄武岩区矿泉水的形成机理。结果显示,安图县玄武岩区天然矿泉水属弱碱性偏硅酸型矿泉水,偏硅酸含量介于28.8～62.4 mg/L之间,水化学类型以HCO3-Na型和HCO3-Na·Ca型为主。地下水发生了溶滤作用和Ca-Na离子交换作用。偏硅酸主要来源于长石和辉石的溶解,且偏硅酸含量沿径流途径增大。K+、Na+主要来源于硅酸盐矿物(钾长石、钠长石)和岩盐,Ca2+、Mg2+主要来源于碳酸盐矿物(方解石和白云石)。
基于缺水量与保证率“双控”的水资源优化配置模型及应用
卢瑶;马真臻;贺华翔;谢新民;顾艳玲;【目的】水资源配置是缓解干旱区河道外社会经济发展用水挤占河道内生态环境用水问题的重要手段。为有效保障河道内外用水需求，构建了缺水量与保证率“双控”的水资源优化配置模型。【方法】在以缺水量最小为目标的传统水资源优化配置基础上，以社会经济供水保证率和河道内生态供水保证率为约束，采用多重迭代求解策略，通过分层次调整供需两侧决策参数，给出区域缺水量最小、供水保证率达标、河道内外用水协调的水资源合理配置方案。【结果】模型应用于新疆精河县，结果显示，推荐方案2035年缺水率为0.2%,农业、精河控制断面、下游入湖水量的供水保证率分别达到84%、83%、51%,与未进行保证率控制的配置方案相比，缺水率下降了9.9%,农业、精河控制断面、下游入湖水量的供水保证率分别提升了32%、3%、10%。【结论】结果表明，在水资源配置中考虑缺水量、保证率双重控制能有效降低缺水率与提升保证率，协调河道内外用水关系，对保障区域供水安全与生态安全十分必要。该模型可为干旱区水资源合理配置提供一种有效的技术工具。