基于主成分分析和BP神经网络的五道沟水面蒸发计算研究

针为探讨五道沟水面蒸发量与气象因子间的关系,准确估算该地区水面蒸发量,选取五道沟1991—2019年水面蒸发量以及气象因子实测资料,基于主成分法分析水面蒸发量的影响因素,并结合BP人工神经网络算法建立了水面蒸发计算模型.结果表明:主成分分析提取了三个主成分,第一主成分为地表温度、饱和差、绝对湿度、平均气温以及水汽压力差...     

基于主成分和半参数的大坝变形监测回归模型

主成分分析在一定程度上可以解决大坝变形监测回归模型因子间的复共线性,然而当提取的主成分信息不充分时,主成分回归用于大坝安全预测可能失效。提出以主成分分析提取的主成分作为半参数回归的参数分量,剩余成分和模型误差作为未知的非参数分量对主成分回归进行补偿,建立一种基于主成分和半参数的大坝变形监测混合回归模型。利用某大坝实测资料进行建模分析,结果表明该混合模型能克服回归因子间的复共线性,避免半参数回归补偿最小二乘估计中法矩阵的病态性,比传统的主成分回归和逐步回归模型具有更好的拟合和预报精度。     

基于水文气象要素的淮北平原夏玉米蒸散灰色模型研究

准确预测作物蒸散量对制定精准的灌溉制度和提高水分利用率至关重要。为进一步研究识别气象要素对作物蒸散的影响,本文采用五道沟水文实验站大型称重式蒸渗仪实测资料及气象资料,利用灰色关联法分析了玉米蒸散量与14个水文气象要素间的关联度,建立12个不同影响因素组合下的GM(1,n)逐日蒸散量预测模型。结果表明:淮北平原夏玉米蒸散量与各影响因素的灰色关联度从大到小排序依次为:水汽压力差日最高气温地温100cm地温30cm地温10cm地温50cm日平均气温相对湿度绝对湿度叶面积指数饱和差日最低气温日照时数风速;不同影响因素组合下的建模结果表明输入要素个数为4～8时,模型预测精度均合格,后验差比值均小于0.45,小误差概率均大于0.8,可用于蒸散预测。采用GM(1,7)模型时,模型精度最高。     

土壤水中可溶性盐分离子对电导率的影响分析——以新疆尉犁县为例

为了研究土壤水中盐分离子对其电导率的影响程度.文章采用主成分分析法对影响电导率的盐分离子进行分析.结果表明:土壤水电导率主要受Cl-、SO4-、Na+这3种离子的影响,其次受控于水溶液中的HCO3-与K+这2种离子;影响土壤水电导率的7种离子之间存在严重的多重共线性,应用主成分回归方法建立的电导率预测模型效果较好.这为...     

塔里木盆地北东缘潜水蒸发研究

通过试验,分析了潜水蒸发的特征,潜水蒸发的影响因素有气候条件(如温度、湿度、风速等),潜水埋深和土壤质地、结构及作物植被情况等。运用灰色系统等理论建立了潜水蒸发与埋深关系的GM(1.1)模型和潜水蒸发与面积关系的衰减幂函数模型。     

利用PLSR-DNN耦合模型预测TBM净掘进速率

科学预测隧道掘进机(TBM)净掘进速率,对于隧道(洞)工程施工方法选择、施工进度安排以及成本估计具有重要意义。鉴于TBM施工过程具有高度非线性、模糊性和复杂性等特征,为提高TBM净掘进速率的预测精度和计算效率,采用偏最小二乘回归(PLSR)提取影响参数主成分,再利用深度神经网络(DNN)进行训练预测,提出了一种基于PLSR-DNN耦合方法的TBM净掘进速率预测模型。基于兰州水源地建设工程输水隧洞双护盾TBM施工实测数据,选择岩石单轴抗压强度、单轴抗拉强度、刀盘推力、刀盘转速、岩体完整性系数和岩石耐磨性指数,共6个影响参数,验证了模型预测的合理性,并对不同预测方法的拟合精度和预测精度进行了对比分析。研究结果表明:(1)偏最小二乘回归可有效克服自变量之间的多重共线性问题,将提取的主成分作为深度神经网络的输入层进行训练,简化了神经网络结构;(2)PLSR-DNN耦合预测模型避免了过拟合与拟合不足问题,具有收敛速度快,求解稳定和拟合精度高等特点;(3)PLSR-DNN耦合预测模型平均相对拟合误差2.96%,平均相对预测误差3.27%,其拟合精度和预测精度均明显高于偏最小二乘回归模型、BP神经网络模型以及支持向量回归(SVR)模型。     

利用PCA和神经网络预测尾矿坝地下水位

针对尾矿坝安全监测需要对尾矿坝地下水位进行预测及时分析尾矿坝稳定性的问题,提出利用主成分分析和神经网络建立尾矿坝地下水位的预测模型。首先采用自相关分析选择预测模型的输入变量,然后利用主成分分析法对原始多维输入变量进行降维和去相关处理,最后利用提取的主成分作为神经网络的输入,对某尾矿坝地下水位进行预测实验。实验结果表明,经过主成分分析处理后的神经网络预测模型不仅简化了网络的结构,具有更高的预测精度,而且提高了网络泛化性能和稳定性。     

干旱区高盐度潜水蒸发溶解性总固体折算系数分析

为分析干旱区高盐度潜水蒸发与淡潜水蒸发间的关系,提出了干旱区潜水蒸发溶解性总固体(TDS)折算系数(KM)。2012年4月1日—2014年3月31日在新疆昌吉地下水均衡试验站开展了不同TDS(30和100 g/L)、不同包气带岩性(细砂和粉质黏土)和不同潜水水位埋深(0.5、1.0、2.0、3.0 m)的蒸渗仪潜水蒸发试验,利用实测的高盐度潜水蒸发数据计算不同条件下的KM。对潜水蒸发系数和KM进行分析,初步得出了以下结论:高TDS潜水蒸发系数冻结期大于非冻结期,在其他条件一定的情况下,潜水TDS越高,潜水蒸发系数越小;非冻结期高盐度潜水蒸发量小于淡潜水蒸发量,且随着观测时间的延续高盐度潜水蒸发量有减少趋势;冻结期高盐度潜水蒸发量大于淡潜水蒸发量,潜水埋深越大,两者的差值越大,且随着观测时间延续,高盐度潜水蒸发量与淡潜水蒸发量间的差值有变大的趋势;在其他条件一定的情况下,潜水TDS为100 g/L的全年潜水蒸发量小于潜水TDS为30 g/L的全年潜水蒸发量。     

偏最小二乘回归模型的城市水资源承载能力研究

影响城市水资源承载力的各个因素中,经常存在多重相关性,采用传统最小二乘回归法建模,其估计参数存在较大误差,预测精度降低.运用偏最小二乘回归方法,借助主成分分析与典型相关分析,采用成分提取的方法,克服了自变量间的多重相关性,建立了城市水资源承载能力模型,并对模型进行了分析,得到较为满意的效果.     

安宁河流域西昌北段东岸沟谷泥石流危险度评价

泥石流形成受诸多不确定性因素共同影响,是典型的复杂系统。沟谷泥石流形成与流域环境特征密切相关,故采用流域作为评价单元;并通过DEM模型生成地形数据,遥感解译获取森林覆盖数据,地质图矢量化提取地质构造线及岩性数据。为一定程度上解决评价变量间的多重共线性,通过主成分分析进行降维加权评价;同时,为了刻画评价变量绝对差异,采用绝对阈值进行10级分类赋值。为了避免与危险度不是简单的线性关系的坡度指标直接标准化处理对载荷计算和多变量之间的共线性估计造成影响,各原始变量在分级赋值的基础上再借助区间端点进行分级线性插值。评价结果显示,安宁河流域西昌北段东岸中约一半沟谷单元危险度得分在5分以上,形势较为严峻,其中热水河分值高达9.24。评价分级图叠置研究区泥石流灾害点后发现较危险和极危险区沟谷内部或沟口堆积区都发生了泥石流灾害,7个临界危险区中有4个流域内部或汇流通道前端堆积区形成了泥石流灾害,危险度评价结果和灾害点分布较为符合。     

排水沟附近农田潜水蒸发计算的渗流力学方法

潜水蒸发计算方法通常依据潜水水位消退规律建立经验和半经验公式,或是依据土壤—植物—大气连续体建立的SPAC模型。但在设置排水沟控制潜水水位的地段,潜水水位的消退受沟渠排水与潜水蒸发的共同影响,需建立特定水文地质条件下的渗流力学算法。结合实际观测统计制度,将潜水蒸发及灌溉回归等变量离散成阶梯函数;将设置滚水坝的排水沟,概化为水位稳定不变的第一类边界,建立沟渠边界控制下含阶梯函数型源汇项的潜水非稳定渗流模型;利用Laplace变换给出模型解析解,并通过数值法验证解析解的可靠性。依据模型的解,建立利用潜水水位动态实测数据逐日计算潜水蒸发强度的递推公式,讨论沟渠边界的影响;以安徽淮北平原的一个实例,演示方法应用过程与步骤。计算农田潜水蒸发的渗流力学方法,原理上有别于基于潜水位消退规律或SPAC模型的现行算法,且新方法可清晰反映边界条件的影响,计算所需参量较少,易于实际应用。     

蒸发皿中水面蒸发氢氧同位素分馏的实验研究

气象要素与蒸发密切相关,通过室内外不同气象条件下的器皿水蒸发实验,获得了水面蒸发氢氧稳定同位素分馏因子与气象要素的关系。实验结果表明,随着蒸发的进行,剩余水体中逐渐富集重同位素;自由水体蒸发同位素分馏在垂线上有分层现象,表层水体同位素值比垂线平均的同位素值略富集;不同温度条件下的室内蒸发实验中,温度越高,液-气间分馏系数越小,相应于同一剩余水体体积比,剩余水体稳定同位素值则越低。室外器皿水自由蒸发实验中得出的蒸发线方程斜率较大地偏离了当地降水线,表明实验期间水体蒸发分馏作用较明显。该研究为进一步揭示水体蒸发分馏规律提供了可靠的实验依据。     

新疆三工河流域平原区潜水蒸发特征分析

分析三工河流域阜北地下水潜水均衡试验场多年资料,潜水蒸发量主要与潜水埋深及土质有关,潜水蒸发量随埋深的增加而减小,随土壤粘性的增加而减小,土壤岩性对潜水蒸发影响力随埋深增大而减小并趋于稳定,潜水蒸发与埋深具有较好的相关性。     

高盐度潜水蒸发试验研究现状及展望

多年来,许多专家学者对干旱区潜水蒸发的机理和规律做了大量研究工作,并取得了明显进展.但这些传统意义上的蒸发研究均未考虑潜水矿化度对潜水蒸发的影响,将在淡水条件下得出的潜水蒸发有关参数直接用于极端干旱区高盐度潜水蒸发的计算必将产生偏差.虽然部分学者注意到矿化度对于潜水蒸发的影响,但开展的研究只限于一般矿化度(小于10 g...     

基于SAPSO-ELM的瓦斯涌出量分源预测及应用

为了提高瓦斯涌出量预测精度,针对瓦斯涌出量影响因素的多重相关性、复杂性等问题,结合主成分分析法和分源预测理论,对开采层、邻近层、采空区的瓦斯涌出量数据分别进行主成分分析降维,得到预测指标。针对极限学习机(ELM)存在的输入权值矩阵与隐含层阈值随机生成的问题,利用模拟退火粒子群算法(SAPSO)对极限学习机的参数寻优,将新疆某煤矿回采工作面瓦斯涌出量及影响因素作为SAPSO-ELM模型的输入进行训练,再利用训练好的SAPSO-ELM模型对陕西某煤矿回采工作面的瓦斯涌出量进行验证预测,并对比原始ELM模型的预测结果。结果表明,SAPSO-ELM模型的平均相对误差为3.45%,ELM模型的平均相对误差为8.81%,与ELM模型相比,SAPSO-ELM模型预测精度及效率均优于原始ELM模型。分源预测理论和主成分分析法的结合有效解决了多因素间的多重相关性并降低了预测模型的复杂度,SAPSO-ELM预测模型实现了瓦斯涌出量的快速精准预测,对预防瓦斯事故发生和保障煤矿安全高效开采具有较好的指导作用。      

气象极值变化及其导致的农业气象灾害趋势分析——以甘肃省为例

依据甘肃省62个气象站1960-2005年的地面气候资料, 分析农作物生育期(3-10月)内气象要素极值的变化趋势, 并用主成分分析方法研究了该变化对农业气象灾害发生趋势的影响.结果表明: 与温度相关的气象要素极值表现出了同平均气温类似的显著上升趋势,其中降水相关的气象要素极值变化说明甘肃省降水结构发生了改变, 极端性有所减弱;其他相关要素中, 最大风速存在明显下降趋势, 蒸发量呈下降趋势、日照时数呈上升趋势, 但都不够显著.大部分气象极值的变化与农业气象灾害的变化呈正相联系, 只有很少部分气象极值的变化与农业气象灾害的变化呈反相联系.综合分析这些气象极值在甘肃省范围内的变化趋势, 揭示出未来甘肃省干旱灾害倾向于加剧, 而洪涝灾害趋于减轻.     

1980-2017年青海省玉树地区季节冻土变化对气候变暖的响应

利用玉树地区5个气象台站1980-2017年逐月温度和最大冻土深度资料,采用线性趋势、相关及主成分分析等统计方法,对玉树地区最大季节冻土深度在气候变暖背景下的变化规律进行了详细探讨,在分析冻土深度与气温及地表温度变化关系的基础上给出最大冻土深度对温度变化的响应模型。结果表明：1980-2017年玉树地区最大冻土深度以10 cm·（10a）^-1速率呈显著下降趋势,年代际间变化则表现出“减-增-减-增”波动特征,年内对温度变化的响应在时间上存在一定滞后性;最大冻土深度空间分布呈“西北高、东南低”且具有明显的垂直地带性分布;温度变化对局地季节性冻土的影响有一定差异性,除平均最高地温外其余各温度因子与最大冻土深度变化具有良好的一致性,对冻土影响最大的是平均地温,其次为平均最低气温和平均气温,季节性冻土对气温变暖的响应呈现为退化状态。最大冻土深度变化的温度影响因子主成分回归表明,近年来气温和地温的显著升高是玉树地区冻土退化的最大驱动力,响应模型对估算玉树地区未来最大冻土深度的变化具有较高的可信度。     

准噶尔盆地顶山地区乌伦古河组氧化带元素地球化学特征及其与铀矿化的关系

主要对准噶尔盆地顶山地区乌伦古河组潜水氧化带和层间氧化带的砂岩进行主量元素、微量元素、稀土元素地球化学特征分析和对比.主微量元素特征显示：潜水氧化带的黏土作用,碳酸盐化作用,U、V、Mo的相关性比层间氧化带强.稀土元素特征显示：层间氧化带与潜水氧化带具统一的物源、沉积环境和构造背景,潜水氧化带轻重稀土分异程度、后生蚀变作用较层间氧化带强,层间氧化带Eu负异常较潜水氧化带明显.     

深部煤层吸附行为及含气量预测模型

深部煤层含气量变化特征与浅部有所不同,实测数据极少,需要研发新的方法对其进行预测。本文以鄂尔多斯盆地东部主煤层为对象,分析了影响吸附常数的地质因素。基于煤样在不同温度条件下的高压甲烷等温吸附实验,采用主成分分析方法,探讨了深部煤层含气量预测方法。选取温度、镜质组反射率、水分含量、灰分产率、镜质组含量、惰质组含量6个因素进行主成分分析,提取出3个主成分,获得吸附常数与3个主成分之间的多元一次函数关系,根据朗格缪尔方程并结合含气饱和度建立了深部煤层含气量预测模型。采用这一模型,对鄂尔多斯盆地东部深部煤层进行了实例研究。结果表明,煤层含气量随埋深的变化存在一个临界深度,临界深度大致在750~1200m之间,随煤级及地层温度和地层压力而呈规律性变化。在临界深度以浅,煤层含气量随埋深的增大而增高;超过临界深度后,含气量随埋深的增大而减低。     

基于主成分分析和水质标识指数的天津滨海新区地下水水质评价

地下水水质评价中,评价地下水质量的指标较多,且各指标之间具有一定程度的信息重叠。本文将主成分分析和水质标识指数结合起来,通过主成分分析选取主导因子,建立水质评价指标体系,在此基础上运用水质标识指数方法进行地下水水质评价。通过采集测试天津滨海新区不同地下水监测井中的地下水样品,运用主成分分析和水质标识指数对潜水水质进行综合评价。结果表明:受地下水咸化影响,滨海新区综合水质级别以Ⅴ类为主。剔除反映海水咸化的指标后,潜水水质以Ⅲ～Ⅴ类为主,局部Ⅴ类的潜水可能受工业废水及生活污水的排放、工业企业生产、填垫土质等因素的影响,相关部门应不断完善环境保护管理机制,做好地下水土环境质量的控制与保护。