矿井涌水量时间序列ARIMA预测模型研究

基于云南某矿山矿井涌水量时序数据,运用时间序列分析软件EViews 8.0经过差分运算、模型定阶、模型识别、模型检验等步骤建立了合适的ARIMA模型ARIMA(0,1,2)。利用该模型对该矿井2017年7-11月的涌水量进行预测,得出了预测结果,并与实际数据进行了对比分析。研究结果表明:预测结果与实际数据最大相对误差为6.0%,最小相对误差为1.8%,平均相对误差2.5%,与实测数据有较好的拟合,预测效果较好,说明了ARIMA模型可以用于矿井涌水量预测,并可为矿井涌水量预报和水害防治工作提供依据。     

青岛市环胶州湾各河流输沙特征分析

通过对青岛市环胶州湾各河流上的水文站历年含沙量、输沙量资料分析计算,推求出各河流的入海输沙量,并对输沙特征进行分析评价,最后得出以下以下结论:(1)从空间分布来看,胶州湾河流输沙主要来自胶州湾西北部和东北部。(2)河流属中沙河流。河道上游多年平均含沙量和输沙模数均大于河道中下游。(3)输沙量年际变化较大,最大年输沙量是最小年输沙量的518.7倍,且年降水量较大时,年入海水量也较大,年输沙量也较大。(4)河流悬移质颗粒特征为河流从源头到河口,泥沙粒径是不断减小。     

基于DEM的天山山区气温和降水序列推算方法研究

为了计算天山山区区域气候要素平均值序列,提出了一个新的气候序列计算方案.对天山山区17个气象站和10个水文站的1961-2000年的年气温、降水资料进行了自然正交分解(EOF),并以DEM(Digital Elevation Model)的1 km×1 km网格数据为基础,结合多元回归等方法,分别建立了前3个特征向量与经度、纬度及海拔高度因子的插值模型,由此推算出天山山区(海拔≥1500 m)年平均气温、降水序列.误差分析表明,27站实测的年平均气温序列与计算的区域平均序列值的相关系数为0.996,系统性偏差小,平均相对误差为5.5%;年降水量序列的实测值与计算值平均相对误差略大,为14.8%,相关系数为0.972.区域平均序列的计算值与测站简单的算术平均序列在量值上存在明显的差异,计算出的气温平均偏低4.3℃,降水量平均偏高43.2 mm.此方法为计算站点稀少、地形复杂的区域平均的要素时间序列方面提供了一个解决手段.     

基于EMD组合模型的径流多尺度预测

受全球气候变化与人类活动影响,径流序列愈发呈现出非稳态与非线性特征,为降低由此而引发的预报误差,充分发挥不同模型对提高径流预测精度的优势,针对传统径流预报模型的单一性,以干旱区典型内陆河玛纳斯河为例,采用经验模态分解(EMD)提取径流序列中具有物理含义的信号,得到不同时间尺度的多个固有模态函数(IMF)及1个趋势项,利用 ARIMA模型与GRNN模型分别对不同时间尺度的IMF分量进行模拟,分析径流未来变化趋势。运用多元线性回归法、Spearman相关系数法、平均影响值法筛选大气环流因子作为神经网络模型的输入项,根据子序列的局部频率特点构建组合模型。最后将各IMF分量的预测结果重构,得到径流的最终预测值。单一评价指标无法全面评价模型精度,本文通过构建TOPSIS评价模型对径流预测模型进行定量评估,客观评价模型优度。结果表明:EMD分解能有效提取径流序列中隐含的多时间尺度信号,由趋势项可知玛纳斯河径流量总体呈上升趋势;EMD分解可提高ARIMA模型25%的合格率,但对于高频率分量IMF1、IMF2、IMF3,ARIMA模型的相对误差达到70%以上,预测结果不理想;经过筛选预报因子可有效提高GRNN模型精度,其中MIV法筛选的预报因子最适合玛纳斯河,与EMD-ARIMA组合后的GRNN模型的合格率最高,TOPSIS模型得分也最高。预测结果可作为水资源规划与调度的科学依据,建模思路也可为优化径流预测模型提供新途径。     

贵州退耕还林以来土壤侵蚀的时空变化及与降水关系

用变差系数作为衡量其变化幅度大小的指标,运用二元定序变量的Spearman相关分析方法,对贵州省2000年退耕还林以来的河流输沙量、输沙模数和泥沙含量的时空变化与降水量的关系进行了分析。结果表明:贵州省退耕还林以来,河流的输沙量、输沙模数与含沙量均呈减少的趋势,三者的年际变化幅度比较小,但是比其降水量的变化幅度大;从空间差异看,贵州长江流域多年的平均输沙量、输沙模数和河流含沙量比贵州珠江流域的大,而河流输沙量、输沙模数与含沙量的年际变化幅度则比贵州珠江流域的小;贵州的输沙量与降水量的Spearman相关系数为0.897,关系密切,其回归统计方程模型为y=x1.223。      

重庆地区岩溶地下河水溶解无机碳及其稳定同位素特征

稳定碳同位素是指示岩溶动力系统碳来源及转化的重要指标。为揭示重庆地区岩溶地下水中溶解无机碳基本特征和碳来源,本文对该地区63条岩溶地下河水样进行了水化学和碳同位素分析。研究结果表明,重庆地区地下河水溶解无机碳主要表现形式为HCO3-,雨季由于稀释作用其浓度低于旱季。重庆岩溶地下河水δ13C-DIC（V-PDB）旱季变化范围为-15.34 ‰～-5.89 ‰,雨季变化范围为-17.40 ‰～-4.23 ‰。根据δ13C同位素质量平衡方法,计算得到重庆地下河旱季碳酸盐岩溶蚀对DIC贡献为45.1 % ～79.7 %,雨季平均为34.6 %～82.1 % 。计算结果表明,在人类活动不断增强的情况下,岩溶水体DIC通量中碳酸盐岩溶解来源的DIC和其参与岩溶地下水δ13C值的形成并不一定是岩溶作用理论方程中所计算的50 %,而是有一定的变化范围。因此在计算岩溶作用碳汇时,建议通过δ13C值扣除碳酸盐岩溶蚀形成DIC的通量后再来推算岩溶作用形成的碳汇量。      

雷州半岛年降水量序列分析及预测模型

采用了雷州半岛徐闻气象站年降水量(1957～2002年)的时间序列资料,运用时间序列分析建模方法,对序列提取趋势项和周期项,并用自回归-滑动平均混合模型拟合剩余序列,然后再对年降水量序列进行预测。分析结果证明,建立的时间序列预测模型,具有较高的预报精度,其预测的结果可以用作雷州半岛旱情预报和防治的参考依据。     

某平原区地下水位动态变化的ARIMA模型预测研究

该文简要分析了某平原区气象水文、地形地貌、地质条件、水文地质条件,对其地下水位动态特征进行了研究。该文采用ARIMA模型,将非平稳时间序列转化为平稳时间序列,然后将因变量仅对它的滞后值以及随机误差项的现值和滞后值进行回归,建立模型,根据原序列是否平稳以及回归中所含部分的不同,涉及移动平均过程(MA)、自回归过程(AR)、自回归移动平均过程(ARMA)以及ARIMA过程。该文调查分析了该平原区地下水位动态变化特征,以地下水位动态数据进行了模型预测分析。结果表明:该模型对于预测地下水位动态变化特征准确度较高,总体误差小于15%,可用于地下水的动态预测分析。     

粗颗粒悬移质测验误差分析

本文根据流速与含沙量分布,研究了悬移质积点法对粗颗粒含沙量测验误差.首先指出无论从输沙率还是从悬浮高度看,粗颗粒悬移质集中于河底,致使水文测验中的一些测验方法(如一点法、二点法、三点法等)带有较大的误差.进而分析了各种测法对粗颗粒的相对误差,并且随着颗粒变粗,误差愈来愈大,以致不能接受.这种情况在水库下游河道冲刷过程中,会在一定程度上出现,必须重视研究和调整测验方法.最后通过与长江委水文局在沙市及监利两水文站试验结果对比,证明本文理论上的分析是可信的.     

基于GM模型的河西走廊区域地下水矿化度预测

研究地下水矿化度对于建设优美的生态环境、实现水资源的可持续发展具有十分重要的意义。通过GM(1,1)预测模型和GM(1,N)预测模型对双河村和新兴村地下水矿化度进行预测,并与实际检测值进行对比分析,发现GM(1,1)模型预测双河村与新兴村地下水矿化度预测值,预测结果与实际值大体变化趋势相同;而GM(1,N)模型下双河村与新兴村地下水矿化度预测值与实际值的变化一致,双河村的预测平均相对误差5.09%,预测精度94.91%,对新兴村的预测平均相对误差3.20%,预测精度96.80%,模型拟合效果较为科学,其预测结果能够作为最终数据进行分析,为该地区地下水矿化度的研究提供了理论依据。     

基于水体光学分类的鄱阳湖悬沙浓度反演方法研究

鄱阳湖是我国重要的湿地生态系统,对调节流域的水沙变化有着重要作用。由于鄱阳湖湖区面积广,内部差异大,单一的悬浮泥沙反演模型不足以准确反演出湖区的悬浮泥沙浓度。以实测的反射光谱数据、泥沙浓度数据为基础,提出一种基于分类后的反演模型,即根据实测数据的光谱形态特征分类出5种典型的水体类型。在此基础上,将分类后的各类水体分别建立各自合适的反演模型进行反演。结果表明基于水体分类的经验模型反演达到满意效果,平均绝对误差为0.00217g/L,平均相对误差为3.022%。基于分类后的经验反演模型适用于鄱阳湖悬沙浓度分布的监测研究,有助于更加宏观、准确的掌握鄱阳湖泥沙浓度的空间分布和变化,为保持鄱阳湖资源的可持续开发与利用提供决策依据。     

基于Landsat-8数据南海近岸悬浮泥沙与叶绿素a浓度定量反演

为了对南海近岸海域海水悬浮泥沙与叶绿素a进行浓度估算,基于Landsat-8数据确定悬浮泥沙与叶绿素a的敏感波段并构建估算模型。结果表明,Landsat-8数据第一、二、四波段对悬浮泥沙浓度较为敏感,第一、二、三波段对叶绿素a浓度较为敏感,而以上单波段仍不能单独用于准确提取该区悬浮泥沙与叶绿素a,故建立多种形式的统计模型。由第一、二、四波段线性组合形成的悬浮泥沙浓度反演模型的相关系数达到0.904,平均相对误差为10.24%,反演精度为89.76%。由第一、二、三波段线性组合形成的叶绿素a浓度反演模型的相关系数达到0.886,平均相对误差为11.27%,反演精度为88.73%。     

Sediment diffusion during overbank flows

Distinctive overbank sediments deposited since European settlement on the floodplain of the Brandywine Creek, Pennsylvania, are used to calibrate and test a diffusion model of overbank deposition. The predictions of the model can be calibrated to reproduce the topography of the post-settlement lithosome with an average error of 7%. The model also correctly predicts the decrease in mean grain size away from the channel. The model greatly underestimates the ability of floodwaters to transport sand away from the channel. Apparently, sand is transported across the floodplain by bedload transport and by advective suspended sediment transport as well as by diffusion. If flow duration data for 1912–1981 and the present rating curve for the Brandywine Creek at Chadds Ford, Pennsylvania, are assumed to apply throughout the post-settlement period, the model may be used to estimate palaeohydraulic characteristics of post-settlement floods. Calculations indicate that 212 post-settlement floods covered the floodplain to an average depth of 1.6 m, transported an average excess suspended sediment concentration of 6200 ppm, and deposited an average thickness of 1.4 cm of sediment on levees next to the channel.     

扇三角洲砂体几何形态沉积数值模拟方法研究

扇三角洲是陆相碎屑岩重要的沉积类型之一.利用砂体沉积过程数值模拟方法可以预测扇三角洲砂体的几何形态.在利用泥沙冲淤动力学模式建立扇三角洲沉积过程的数学方程后,根据现代三角洲沉积特征,设计了其沉积过程的模拟条件,计算域长100 km、宽50 km,流量按50年一遇洪水设计,模拟过程到2 000年时,扇三角洲沉积过程基本达到平衡状态,此时前缘复合砂体最大厚度约39 m.通过对扇三角洲前缘砂体几何形态的模拟研究,总结出扇三角洲沉积体储层建筑结构的模拟与预测方法.计算过程中可识别出4种沉积砂体,包括水下分流河道(砂体的平均长宽比为2.68,平均宽厚比为79.8)、河口砂坝(平均长宽比为2.02,平均宽厚比为68.2)、远砂坝(平均长宽比为1.65,平均宽厚比为58.3)、水下溢岸沉积.主要沉积单元砂体几何参数之间的相关关系较好.实验结果表明,利用泥沙冲淤动力模式可以较好地揭示扇三角洲发育过程,进而可以预测扇三角洲砂体的几何形态.     

基于BP神经网络的复合污染体系中沉积物吸附阿特拉津的规律

建立了Cu2+和阿特拉津(AT)复合污染体系中沉积物各活性组分及其交互作用对AT吸附量影响的BP神经网络模型,模型预测值和实验值的相关系数达到0.97,各集合的平均偏差均小于10%。模型显示,AT在沉积物上的主要吸附位是铁氧化物。沉积物吸附AT时铁氧化物、锰氧化物、有机质之间存在显著的交互作用,铁氧化物、锰氧化物交互作用贡献率为-130%～80%,铁氧化物、有机质交互作用贡献率为5%～28%,锰氧化物、有机质交互作用贡献率为-200%～-70%。各活性组分吸附AT的能力及其交互作用受Cu2+的影响较大,其中:Cu2+对AT在铁氧化物上的吸附表现为拮抗作用,对AT在锰氧化物上的吸附表现为协同作用,而对AT在有机质上的吸附影响不显著,同时Cu2+减弱了铁氧化物-锰氧化物和锰氧化物-有机质的交互作用影响,增强了铁氧化物-有机质的交互作用影响。     

Assessing the impacts of climate and land use change on streamflow,water quality and suspended sediment in the Kor River Basin,Southwest of Iran

This research addressed the separate and combined impacts of climate and land use change on streamflow, suspended sediment and water quality in the Kor River Basin, Southwest of Iran, using (BASINS–WinHSPF) model. The model was calibrated and validated for hydrology, sediment and water quality for the period 2003–2012. The model was run under two climate changes, two land use changes and four combined change scenarios for near-future period (2020–2049). The results revealed that projected climate change impacts include an increase in streamflow (maximum increases of 52% under RCP 2.6 in December and 170% under RCP 8.5). Projected sediment concentrations under climate change scenarios showed a monthly average decrease of 10%. For land use change scenarios, agricultural development scenario indicated an opposite direction of changes in orthophosphate (increases in all months with an average increase of 6% under agricultural development scenario), leading to the conclusion that land use change is the dominant factor in nutrient concentration changes. Combined impacts results indicated that streamflows in late fall and winter months increased while in summer and early fall decreased. Suspended sediment and orthophosphate concentrations were decreased in all months except for increases in suspended sediment concentrations in September and October and orthophosphate concentrations in late winter and early spring due to the impact of land use change scenarios.     

Application of physiographic soil erosion–deposition model in estimating sediment flushing efficiency of empty storage

In this study, we developed a physiographic soil erosion–deposition model to simulate sediment yield from a watershed into Agongdian reservoir and sediment flushing to estimate the efficiency of empty flushing. The model was verified using data related to Typhoons Morakot and Fanapi. Thereafter, we calculated the sediment flushing efficiency of empty storage under the conditions of 1- and 2-day storms with seven return periods. The simulated results revealed that the amount of sediment yield from Joushui River watershed was approximately 70% on average, whereas that from Wanglai River watershed was approximately 30%. These results are consistent with those of a government research report, which suggested that the sediment yield figures from Joushui and Wanglai River watersheds were 72 and 28%, respectively. Furthermore, the efficiency of empty flushing was more than 55% when using the shaft spillway pipe, suggesting that the model can be applied to estimate sediment yield and flushing efficiency.     

珠江口沉积物210Pb分布特征及环境意义

根据珠江口及其邻近海域中的14个沉积柱样的210Pb随深度分布的测量数据以及210Pb过剩衰减法的原理,建立了基于傅立叶级数的变沉积速率模型,对珠江河口近50年来河口沉积物的沉积序列进行了分析。分别对各柱样的210Pb数据使用变沉积速率模型进行计算,获得了柱样更切实的沉积速率变化过程并分析沉积速率、年代计算结果与同时期内沉积环境之间的关系,结果表明:珠江口不同站位的沉积速率差异很大,几个站位的整体平均沉积速率分别是,7.25 cm/a,5.36 cm/a,3.26 cm/a,3.03 cm/a,1.58 cm/a;沉积速率的变化与同时期发生在区域内的洪水、风暴潮、人类活动、河口演变等一系列综合因素有较好的对应关系,这说明使用基于傅立叶级数的变沉积速率模型得到的210Pb沉积速率变化的垂直分布能够解释其对应时段内的沉积环境,此模型亦可为其它河口区域的210Pb沉积速率计算提供借鉴。     

Evaluating the impact of management scenarios and land use changes on annual surface runoff and sediment yield using the GeoWEPP: a case study from the Lighvanchai watershed,Iran

This study was undertaken to evaluate land use change impact and management scenarios on annual average surface runoff (SR) and sediment yield (SY) using the GeoWEPP tool in the Lighvanchai watershed (located in northwestern Iran). Following a sensitivity analysis, the WEPP model was calibrated (2005–2007) and validated (2008–2010) against monthly observed SY and SR. The coefficient of determination (R ²), Nash–Sutcliffe efficiency (NSE), mean bias error (MBE), and root-mean-square error (RMSE) were applied to quantitatively evaluate the WEPP model. The results indicate a satisfactory model performance with R ² > 0.80 and NSE > 0.60. Therefore, the model for current land use (scenario 1) was run for a 30-year time period (1982–2011). The annual average of SR and sediment load were predicted as 93,584 m³/year and 4340 ton/year, respectively. To reduce the annual average surface runoff and sediment yield at the watershed scale, the second scenario (alfalfa cultivation with suitable tillage) and the third scenario (grassland development) as two management scenarios of land use changes were defined by identifying the critical hillslopes. The rate of SR and sediment load in the second scenario were 42,096 m³/year and 429 ton/year, respectively. For the third scenario, the model predictions were 30,239 m³/year and 226 ton/year, respectively. Compared to the first scenario, the reduction rates in annual average of sediment load were about 90 and 94%, respectively. Moreover, for the second and third management scenarios, the reduction rates in annual average of SR were about 55 and 67%, respectively.     

黄河下游非恒定输沙数学模型——Ⅰ模型方程与数值方法

构建起具有通用性的黄河下游一维非恒定输沙数学模型.该模型建立了新的泥沙连续性方程与河床变形方程,克服了以往数学模型计算中取饱和恢复系数小于1等缺陷,引入了符合黄河下游河道水沙特点的水流挟沙力和河床糙率计算等公式,给出了悬移质含沙量以及悬移质泥沙平均粒径沿横向分布的计算方法,以及阐明了河槽在冲淤过程中河宽变化规律的模拟技术.运用Preissmann四点差分格式离散水流方程,并与泥沙连续性方程进行非耦合求解.