基于模糊物元法的黑龙江干流区生态健康评价

针对受堤防建设影响的黑龙江干流地区,基于压力-状态-响应(PSR)模型构建了流域生态健康评价体系;利用层次分析法和模糊物元理论建立了流域生态健康模糊物元评价模型,并应用到黑龙江干流行政区的生态健康评价中。结果表明,漠河县、黑河市区、同江市区和抚远县干扰前的生态健康评价值为0.679 3,0.728 3,0.731 4,0.755 8,干扰后为0.602 3,0.580 5,0.611 7,0.722 6;漠河县生态健康等级保持"亚健康",黑河市区和同江市区的生态健康等级降为"亚健康",抚远县生态健康等级保持"健康"。同时,4个评价单元对应的生态受损程度分别为11.34%,20.29%,16.37%和4.39%。此外,根据评价指标体系综合分析了4个县市存在的生态健康问题,提出了4县市生态环境保护应采取的措施。     

海河流域典型河流沉积物粒度特征及分布规律

为了解海河流域典型河流沉积物粒度参数空间分布规律,对海河典型河流的表层沉积物进行采集并利用Mstersize2000激光粒度仪进行粒度分析。结果表明,海河典型河流沉积物平均粒径差异显著,分选状况总体较差;山区水系与平原水系相比,沉积物平均粒径减小,呈集中分布,水动力减弱;山区自北向南变化明显,水系沉积物平均粒径减小,分布集中化,分选状况变差,由极正偏-正偏,向对称方向变化,峰度向平坦方向趋近,水动力减弱,符合粒径自然变化规律;平原区水系沉积物粒径参数表明南北变化不明显,因受较多支流、河流-湖泊-洼淀湿地等复杂系统和人为干扰强烈的影响,南北无显著变化规律。总的来说,海河流域河流受人为干扰强度较大,河流沉积物源较为复杂,栖息地物理完整性差。     

河长制中的河流岸线规划与管理

根据河流城镇区域岸线和乡村区域岸线的特点,针对河岸纵向、横向、功能区划以及主体工程的要求,分别提出了各自规划的具体要求和方法,并详述了岸线评价方法,提出了岸线管控的具体建议,为河长制中的岸线开发、保护提供参考。     

金沙江下游梯级水库汛期运行水位协同浮动调度研究

为验证梯级水库汛期运行水位协同浮动调度模型方法的合理性与普适性,在金沙江流域开展实例分析。首先考虑洪水预见期变化,应用动态多目标算法高效求解调度模型;然后评价汛期运行水位协同浮动调度的风险与效益;最后推求乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝水库的汛期运行水位协同浮动关系。研究结果表明：相比年汛限水位静态控制调度方案,梯级水库汛期运行水位协同浮动调度方案在不增加防洪风险前提下,各水库汛期运行水位均可适当抬升,汛期多年平均发电量和电站弃水减少量的最高值(改善率)可达1071亿kWh(11.1%)和649亿m³(14.3%),有效提高了洪水资源利用水平,综合效益巨大。     

基于季节长记忆双自回归模型的日径流模拟

传统时间序列模型无法同时考虑径流序列的长记忆性和时变波动性,且模型参数限制严格,从而使日径流序列模拟受到限制,影响径流模拟预测精度。本文提出了同时考虑非平稳性、季节性、长记忆性和时变波动性的新型双自回归模型(WOA-SFIDAR),并与经典长记忆波动率模型(SFIAR-GARCH)进行对比,选取渭河流域4个水文站日径流序列进行模拟验证。结果表明：WOA-SFIDAR模型的模拟能力优于SFIAR-GARCH模型,模拟结果很好地保持了日径流过程的统计特性。7、8月份模拟均值误差相对较大,WOA-SFIDAR模型的误差范围(5.72～32.56)低于SFIAR-GARCH模型(7.42～48.02)。WOA-SFIDAR模拟逐月变差系数(C_v)和偏态系数(C_s)与实测序列统计值间偏差范围为0～0.51和0.02～1.31,优于SFIAR-GARCH模型(0.02～0.56和0.06～1.52);模拟结果能够保持日径流序列自相关系数(ACF)的变化趋势,且随滞时的增加,实测序列与模拟序列的ACF差距减小。文中模型扩展了水文随机模拟方法,可为日径流模拟...     

金沙江流域石鼓断面上游水汽含量与降水量特征

在流域尺度上研究水文循环过程中的水汽含量和降水量,为流域综合治理和水资源开发利用提供依据。基于ASTER GDEM V2地形数据、ERA-Interim逐月再分析资料及降水资料,研究金沙江流域石鼓断面上游上空水汽含量和降水量的时空分布特征,并讨论两者的相关性。研究表明：研究区上空水汽含量由南向北、由东向西呈递减趋势,西南部呈斜倒“U”型,东南部呈正“U”型;多年平均降水量自西北向东南逐渐增加;年平均水汽含量和降水量呈现上升趋势,四季水汽含量和降水量从大到小均依次为“夏、秋、春、冬”,多年平均月水汽含量和降水量为单峰型分布;年平均水汽含量同降水量之间为弱相关关系,各季节相关性差异显著,逐月相关性更具有指导意义。     

粤港澳大湾区水安全协同调控理论框架研究

针对粤港澳大湾区水问题多维交织特性,基于流域系统整体观梳理总结了技术上可控、逻辑上关联的5个水安全调控子系统结构,包括：河势调控子系统、内河水环境水生态调控子系统、外江咸潮调控子系统、城市暴雨洪涝调控子系统、外江洪潮调控子系统。探讨了各子系统关键机理、系统间的协同作用原理、协同调控的关键技术需求及协同调控模型算法架构,构建了大湾区水安全协同调控理论框架,以珠江河口为例开展了粤港澳大湾区水安全协同调控理论的应用,为大湾区水问题系统治理提出了新的解决方案。     

基于机器学习模型的河道水位预测

结合已有机器学习模型——卷积神经网络(CNN)和门控循环单元(GRU)的优点,构建了并联卷积循环神经网络(PCNN-GRU)模型,并将其用于赣江下游外洲站日尺度水位变化的预测。结果显示:相较于目前流行的长短时记忆(LSTM)模型、GRU模型以及卷积循环神经网络(CNN-GRU)模型,PCNN-GRU模型的均方根误差和平均绝对误差分别降低了18.39%、21.11%、15.48%和21.31%、18.64%、14.28%,纳什-萨特克里夫效率系数和准确率分别提高至0.999 2和88.12%,表明所建模型具有良好的预测性能,可用于河道水位预测。     

基于组合赋权模糊物元可拓模型的渭河流域甘肃段河流健康评价

从水文完整性、化学完整性、形态结构完整性、生物完整性及社会服务功能5个准则层出发,构建了渭河流域甘肃段河流健康评价指标体系;采用基于改进层次分析法和Critic法的组合赋权法和模糊物元可拓模型计算河流健康状况评价等级,对渭河流域甘肃段河流健康状况进行了评价,并结合障碍诊断模型,分析了该研究区域河流健康突出问题。结果表明：2017—2019年渭河流域甘肃段干流河流健康等级均为亚健康状态,且呈现小幅好转趋势;5个准则层中化学完整性表现最差,流域治理应重点关注河流水质治理;评价河段的敏感度指标与水文、化学、生物完整性相关,是提高河流健康水平最有效的敏感因子。     

Micro-computed tomography scanning approaches to quantify,parameterize and visualize bioturbation activity in clogged streambeds: A proof of concept

Fine particle clogging and faunal bioturbation are two key processes co-occurring in the hyporheic zone that potentially affect hyporheic exchange through modifications in the sediment structure of streambeds. Clogging results from excessive fine sediment infiltration and deposition in rivers, and it is known to decrease matrix porosity and potentially reduce permeability. Faunal bioturbation activity may compensate for the negative effect of clogging by reworking the sediment, increasing porosity, and preventing further infiltration of fines. Although both processes of clogging and bioturbation have received significant attention in the literature separately, their combined effects on streambed sediment structure are not well understood, mostly due to the lack of a standard methodology for their assessment. Here, we illustrate a novel methodology using X-ray computed tomography (CT), as proof of concept, to investigate how, together, clogging and bioturbation affect streambed porosity in a controlled flow-through flume. By visualising gallery formations of an upward conveyor macroinvertebrate; Lumbriculus variegatus as a model species, we quantified bioturbation activity in a clogged streambed, focusing on orientation, depth, and volume at downwelling and upwelling areas of the flume. Gallery creation increased the porosity of the streambed sediment, suggesting a potential improvement in permeability and a possible offset of clogging effects. We illustrate the promising use of X-ray CT as a tool to assess bioturbation in clogged streambeds, and the potential role of bioturbation activity supporting hyporheic exchange processes in streambeds, warranting further studies to understand the extent of bioturbation impacts in natural systems.