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数字孪生流域:未来流域治理管理的新基建新范式 被引量:78
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作者 冶运涛 蒋云钟 +5 位作者 梁犁丽 赵红莉 顾晶晶 董甲平 曹引 段浩 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期683-704,共22页
数字孪生流域是数字孪生地球的重要组成部分,厘清数字孪生流域理论定义和内涵是研究和建设数字孪生流域的前提和基础,对流域智慧化治理管理具有重要意义。本文基于数字孪生理论技术,开展了以下研究:(1)给出了数字孪生流域的定义,认为数... 数字孪生流域是数字孪生地球的重要组成部分,厘清数字孪生流域理论定义和内涵是研究和建设数字孪生流域的前提和基础,对流域智慧化治理管理具有重要意义。本文基于数字孪生理论技术,开展了以下研究:(1)给出了数字孪生流域的定义,认为数字孪生流域是以服务流域全生命周期管理的全量数据和领域知识驱动物理流域和虚拟流域交互映射、共智进化、虚实融合的新基建新范式,并辨析了与传统建模仿真的区别。(2)数字孪生流域内涵是通过“由实入虚”、“以虚映实”和“由虚控实”实现物理流域对象的全生命周期管控,特征包括高度保真、演化自治、实时同步、闭环互动和共生进化。(3)数字孪生流域基本模型由物理流域、虚拟流域、实时连接交互、数字赋能服务、孪生流域数据和孪生流域知识组成,其核心能力包括物理流域感知操控、全要素数字化表达、实景可视动态呈现、流域数据融合供给、流域知识融合供给、流域模拟仿真推演及孪生自主学习优化。(4)提出数字孪生流域要解决的关键科学问题和关键技术体系,并从感知网、数据网、知识网、模型网及服务网展望了数字孪生流域发展方向,阐述了数字孪生流域的赋能领域。本文旨在通过数字孪生流域理论新型研究范式为数字孪生流域技术应用落地提供理论指导,对未来智慧流域研究和数字技术在流域治理管理中的应用提供有益的启发与借鉴。 展开更多
关键词 数字孪生流域 智慧水利 智慧流域 物理流域 虚拟流域 数字流域 元流域
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数字孪生流域的基础模型、演化路径与评判准则 被引量:20
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作者 冶运涛 蒋云钟 +4 位作者 寇怀忠 顾晶晶 董甲平 黄建雄 关昊哲 《华北水利水电大学学报(自然科学版)》 北大核心 2023年第4期27-38,46,共13页
从数字孪生流域的底层构建逻辑、发展演化路径、成熟度评判准则等方面,将数字孪生理论技术与流域治理管理相结合开展了如下研究:①提出了由物理流域、虚拟流域、实时连接交互、数字赋能服务、孪生流域数据和孪生流域知识组成的数字孪生... 从数字孪生流域的底层构建逻辑、发展演化路径、成熟度评判准则等方面,将数字孪生理论技术与流域治理管理相结合开展了如下研究:①提出了由物理流域、虚拟流域、实时连接交互、数字赋能服务、孪生流域数据和孪生流域知识组成的数字孪生流域基础模型;②研究了数字孪生流域演化路径,包括流域数字感知、流域数字映射、流域数字认知、流域数字模型、流域数字投影、流域数字孪生;③研究了数字孪生流域评判准则,包括要素能透彻感知、映射能高度逼真、状态能精准预测、推演能拟实假设、现象能合理解释、虚实能动态交互;④提出了数字孪生流域建设应关注的重点。研究成果可为推动数字孪生流域(水网、水利工程、灌区)的科学建设、有序运行和健康发展提供指导和借鉴。 展开更多
关键词 数字孪生水利 数字孪生流域 智慧水利 智慧流域 数字孪生水网 数字孪生水利工程 数字孪生灌区
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以数字孪生水利为核心的智慧水利标准体系研究 被引量:36
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作者 冶运涛 蒋云钟 +4 位作者 曹引 黄建雄 关昊哲 顾晶晶 董甲平 《华北水利水电大学学报(自然科学版)》 北大核心 2023年第4期1-16,共16页
标准是引领和支撑智慧水利规划设计、建设运行、迭代升级的重要抓手。在分析智慧水利概念达成共识、数字孪生水利研究与实施、智慧水利业务应用保障等智慧水利标准需求的基础上,设计了智慧水利标准体系形成的基本原则,分析了水利部提出... 标准是引领和支撑智慧水利规划设计、建设运行、迭代升级的重要抓手。在分析智慧水利概念达成共识、数字孪生水利研究与实施、智慧水利业务应用保障等智慧水利标准需求的基础上,设计了智慧水利标准体系形成的基本原则,分析了水利部提出智慧水利框架的演变过程,提出了一套由基础共性标准、信息化基础设施标准、数字孪生平台标准、业务应用标准、网络安全标准、建设与运行标准等构成的以数字孪生水利为核心的智慧水利标准体系,最后展望了智慧水利标准发展路径。期望本文建立的标准体系能够为我国智慧水利标准的系统研究、全面推进和科学制定提供参考,同时为智慧水利科学规范建设和健康有序发展提供支撑。 展开更多
关键词 标准体系 智慧水利 智慧流域 数字孪生流域 数字孪生水网 数字孪生水利工程 数字孪生灌区
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基于ANUSPLIN插值法的青海湖流域数字流域模型研究 被引量:2
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作者 王海彬 刘家宏 +1 位作者 刘希胜 王东 《水资源保护》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期82-91,共10页
基于青海湖流域2010—2020年的降水资料,利用ANUSPLIN插值法反演了青海湖流域的降水时空分布。结合水文气象及地球遥感解译等资料,构建了青海湖流域数字流域模型,并对模型参数进行了率定和验证。将模型应用于探究下垫面变化对流域水文... 基于青海湖流域2010—2020年的降水资料,利用ANUSPLIN插值法反演了青海湖流域的降水时空分布。结合水文气象及地球遥感解译等资料,构建了青海湖流域数字流域模型,并对模型参数进行了率定和验证。将模型应用于探究下垫面变化对流域水文过程的影响,解析了青海湖流域水循环演变规律和驱动机制,并对关键参数进行了敏感性分析。结果表明:在率定期和验证期,布哈河口站纳什效率系数分别为0.72和0.67,刚察站分别为0.81和0.84,说明数字流域模型适用于青海湖流域降水长时空序列模拟;土壤垂向下渗速率和土壤水平渗透速率主要影响径流的峰值,其中表层土水平渗透速率最敏感;土壤孔隙率及初始含水量主要影响径流的基流,其中中层土初始含水量最敏感。 展开更多
关键词 数字流域模型 ANUSPLIN插值法 下垫面 敏感性分析 青海湖流域
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水利多领域知识图谱关联融合方法研究 被引量:2
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作者 朱浩 赵红莉 +3 位作者 段浩 甘甜 李豪 周逸凡 《人民黄河》 北大核心 2025年第3期123-129,134,共8页
多领域知识图谱关联融合是实现知识共享、支撑跨领域知识综合分析和方案决策的重要基础。基于水利多业务领域本体在术语、结构、概念上的异构特点,提出一种基于多策略的跨领域知识图谱关联融合方法,包括:结合多维相似度计算方法与领域规... 多领域知识图谱关联融合是实现知识共享、支撑跨领域知识综合分析和方案决策的重要基础。基于水利多业务领域本体在术语、结构、概念上的异构特点,提出一种基于多策略的跨领域知识图谱关联融合方法,包括:结合多维相似度计算方法与领域规则,进行等价和同形异义关系判定;利用领域规则,进行上下义和部分关系判定;根据判定结果,合并等价节点,保留同形异义节点,新增上下义和部分关联。以防洪与供水2个业务领域的知识图谱为例,进行跨领域知识图谱关联融合方法的应用。应用情况表明:该方法能较好满足水利专业跨领域知识关联融合的要求,可实现跨领域知识图谱的自动关联匹配,融合后的图谱可为更大范围的知识关联应用提供支撑。 展开更多
关键词 水利 多领域 知识图谱 关联融合 本体异构 等价
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黄河流域地下水储量时空演变特征及影响因素分析 被引量:3
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作者 刘家宏 周美林 邵薇薇 《人民黄河》 CAS 北大核心 2024年第9期67-73,共7页
基于GRACE和GRACE Follow-On卫星及GLADS数据,考虑气候、植被等影响,构建了时间序列分解和随机森林算法耦合模型,揭示了2003—2022年黄河流域地下水储量时空变化特征及主要驱动过程。结果表明:近20 a黄河流域地下水储量显著减小,减小变... 基于GRACE和GRACE Follow-On卫星及GLADS数据,考虑气候、植被等影响,构建了时间序列分解和随机森林算法耦合模型,揭示了2003—2022年黄河流域地下水储量时空变化特征及主要驱动过程。结果表明:近20 a黄河流域地下水储量显著减小,减小变率为-3.3 mm/a,其中汾河盆地和关中平原地区减小速度最快,变率为-15~-30 mm/a;气候呈暖干化趋势,植被绿度提高,蒸散发量显著增加;地下水储量的减小是植被覆盖增加、气温升高和蒸散发量增加共同作用导致地下水消耗量增加的结果;地下水储量空间变化主导因素差异显著,不同区域主导过程均由植被状况和气温的相互作用驱动。 展开更多
关键词 GRACE 地下水储量 耦合算法 气候变化 植被 黄河流域
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青海湖流域植被动态变化驱动力及空间粒度效应 被引量:8
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作者 周美林 刘家宏 +1 位作者 刘希胜 王亚琴 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1497-1506,共10页
基于Landsat遥感影像分析1986~2020年青海湖流域植被覆盖度时空变化特征,结合多元线性回归和地理探测器,考虑气候、地表及人类足迹的影响,阐明时间和空间尺度下植被覆盖度变化的机制,并探讨空间粒度对驱动因素及其相对贡献的影响.结果表... 基于Landsat遥感影像分析1986~2020年青海湖流域植被覆盖度时空变化特征,结合多元线性回归和地理探测器,考虑气候、地表及人类足迹的影响,阐明时间和空间尺度下植被覆盖度变化的机制,并探讨空间粒度对驱动因素及其相对贡献的影响.结果表明:(1)近35年来青海湖流域植被状况整体改善,表现为中等、中高覆盖度植被面积增加,其中环青海湖东北部及布哈河上游植被覆盖度呈显著增加趋势;(2)时间尺度上,流域平均植被覆盖度变化受气候暖湿化和生态恢复工程驱动;(3)空间尺度上,植被覆盖度变化由气候、地形、植被和土壤控制,解释力较大因素为气温(0.41),高程(0.34)和降水(0.30).气候、地形和人为因素对植被覆盖度的影响存在交互增强效应,气温、高程对交互效用具有控制作用,其中气温与距水系距离、降水和人类足迹的交互较为显著;(4)空间粒度对植被覆盖度空间变化驱动因素的贡献具有显著影响,考虑气候、地表和人为因素交互作用时青海湖流域植被覆盖度空间变化最佳研究粒度为6km. 展开更多
关键词 植被覆盖度 时空变化 气候变化 人类活动 地理探测器 空间粒度 青海湖流域
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塔里木河流域实际灌溉面积变化及其对陆地水储量的影响分析 被引量:1
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作者 徐冉 郝震 +3 位作者 赵红莉 马佳丽 贺君彦 王镕 《中国水利水电科学研究院学报(中英文)》 北大核心 2024年第6期612-622,共11页
塔里木河(简称塔河)流域是典型的干旱绿洲农业区,明晰农业灌溉面积增长对流域水储量的影响,对于维护流域生态环境稳定和可持续发展尤为重要。本文提出了基于作物长势的实际灌溉面积遥感监测方法,采用Landsat卫星影像解译了塔河流域2003... 塔里木河(简称塔河)流域是典型的干旱绿洲农业区,明晰农业灌溉面积增长对流域水储量的影响,对于维护流域生态环境稳定和可持续发展尤为重要。本文提出了基于作物长势的实际灌溉面积遥感监测方法,采用Landsat卫星影像解译了塔河流域2003—2022年实际灌溉面积,利用相关系数及脱钩指数评价了流域实际灌溉面积变化与水储量的相关和依赖关系。研究结果表明:(1)干旱区灌溉与非灌溉植被长势差异显著,以卫星遥感影像计算的作物生育期内最大植被指数(NDVI)为分类指标,采用随机森林分类器辅以一定数量的样本,可实现大范围年实际灌溉面积的快速提取;(2)塔河流域2003—2022年间实际灌溉面积由2989万亩增加到5420万亩,增长比例为81.33%。5个地州中增长量最大的是阿克苏地区,共增了926万亩,增长比例为87.94%;其次是喀什地区,共增长了668万亩,增长比例为77.44%;(3)从相关系数上看,塔河流域2003—2022年间实际灌溉面积与陆地水储量的相关系数为-0.74,5个地州中阿克苏相关性最高,为-0.96,克州最小,为-0.56;(4)从脱钩指数上看,整个流域灌溉面积的增长强依赖于水储量消耗,虽然依赖度近年来有所降低,但未达脱钩状态。从空间上看,喀什、克州、巴州、阿克苏均为强依赖状态,和田为脱钩状态。上述结果表明,对塔河流域大部分地区而言,如果灌溉效率没有显著提升,灌溉面积已不宜继续扩大。本文的研究结果可为塔里木河流域水资源管理与可持续发展提供参考。 展开更多
关键词 塔里木河流域 实际灌溉面积 时空变化 陆地水储量 脱钩指数 随机森林分类
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灌溉制度优化对黑河流域绿洲气候的量化影响研究
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作者 韩聪颖 张宝忠 +2 位作者 魏征 王雅琦 李果 《中国水利水电科学研究院学报(中英文)》 北大核心 2024年第5期501-507,共7页
分析灌溉活动对农田气候的影响特征对准确认识影响我国西北干旱地区农业需耗水变化要素具有重要意义,虽然灌溉气候效应研究已经比较广泛,但目前对灌溉制度变化影响农田气候的机制并不清晰。为明晰灌溉制度对农田气候的影响效应,本文基... 分析灌溉活动对农田气候的影响特征对准确认识影响我国西北干旱地区农业需耗水变化要素具有重要意义,虽然灌溉气候效应研究已经比较广泛,但目前对灌溉制度变化影响农田气候的机制并不清晰。为明晰灌溉制度对农田气候的影响效应,本文基于中尺度气候模式WRF(Weather Research and Forecasting),对比分析了不同灌溉制度下农田气候要素和潜在蒸散发量的变异特征。研究显示,黑河流域绿洲灌溉水量减少和灌溉次数增加显著增加了地表温度约0.04~0.16℃,“冷化效应”增强约0.2~1.2℃,空气相对湿度增加约2%~14%,潜在蒸散发量增加约0.14~0.16 mm/d。灌溉制度优化改变了黑河流域绿洲气候条件,其中,灌溉水量减少和灌水时间优化分配对绿洲气候变化具有协同效应,故在灌溉气候效应研究中应充分考虑灌溉制度的影响。 展开更多
关键词 黑河流域 灌溉制度 气候模式 气候效应 潜在蒸散发
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蓝绿灰基础设施协同的城市内涝调控及关键技术解析
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作者 张克寒 梅超 +3 位作者 刘家宏 王佳 石虹远 董莉榕 《水利水电技术(中英文)》 北大核心 2025年第6期26-37,共12页
【目的】在气候变化和城市化等多种因素共同影响下,全球范围内城市内涝灾害频发,城市蓝绿基础设施源头减排、超标应急的作用进一步凸显,加强蓝绿灰基础设施协同的城市内涝调控十分必要。【方法】基于理念剖析和水量平衡,系统阐述了蓝绿... 【目的】在气候变化和城市化等多种因素共同影响下,全球范围内城市内涝灾害频发,城市蓝绿基础设施源头减排、超标应急的作用进一步凸显,加强蓝绿灰基础设施协同的城市内涝调控十分必要。【方法】基于理念剖析和水量平衡,系统阐述了蓝绿灰基础设施协同的城市内涝调控理念的基本内涵,梳理了蓝绿灰基础设施协同的城市内涝调控典型模式,解析了蓝绿灰基础设施协同的城市内涝调控关键技术,分析了当前蓝绿灰基础设施协同的城市内涝调控面临的挑战并展望了其发展趋势。【结果】系统阐述了蓝绿灰基础设施协同的城市内涝调控理念内涵与典型模式,重点分析了蓝绿灰基础设施协同的城市内涝调控典型模式的基本特点、主要适用区域和概念图示,梳理了城市蓝绿灰基础设施协同的优化设计和智能管控两项关键技术的现状及发展趋势。【结论】加强蓝绿灰基础设施协同是当前城市内涝调控的重要发展方向,未来需进一步加强蓝绿灰基础设施统筹规划、设施优化和智能管控,推动城市雨水系统向协同、韧性、低碳、智慧的方向拓展。 展开更多
关键词 城市雨水系统 蓝绿灰基础设施 优化模拟 智能管控 城市内涝 降雨 气候变化 城市排水
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智慧水利DIS体系构建研究与展望 被引量:7
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作者 蒋云钟 刘家宏 +3 位作者 梅超 王浩 赵红莉 王超 《中国水利水电科学研究院学报(中英文)》 北大核心 2022年第6期492-496,共5页
智慧水利是水利现代化的重要标志和新阶段水利高质量发展的重要实施路径。落实智慧水利总体方案,有序推进水利“新基建”,构建面向未来的水利基础设施体系是贯彻党中央关于“十四五”发展的决策部署的关键之举。本文提出了以自然水系数... 智慧水利是水利现代化的重要标志和新阶段水利高质量发展的重要实施路径。落实智慧水利总体方案,有序推进水利“新基建”,构建面向未来的水利基础设施体系是贯彻党中央关于“十四五”发展的决策部署的关键之举。本文提出了以自然水系数字化(Digitalization)、水利工程智能化(Intelligentialization)、水利管控智慧化(Smartening)为主要内容的智慧水利DIS体系构建思路,并结合不同的应用场景展望了DIS体系建设的关键技术。 展开更多
关键词 智慧水利 新基建 水利工程 数字化 智能化
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基于尾流函数的明渠流量计算方法研究
12
作者 刘建丽 张凯 +2 位作者 白美健 张宝忠 邵帅超 《中国水利水电科学研究院学报(中英文)》 北大核心 2025年第2期173-183,共11页
断面平均流速的合理表征是明渠水流精准计量的关键,针对通过加密测点获取断面平均流速耗时耗力的问题,本文提出了一种基于尾流交点流速表征断面平均流速的明渠流量计算方法。本文在山东省水资源计量装备产业计量测试中心可变渠检测系统... 断面平均流速的合理表征是明渠水流精准计量的关键,针对通过加密测点获取断面平均流速耗时耗力的问题,本文提出了一种基于尾流交点流速表征断面平均流速的明渠流量计算方法。本文在山东省水资源计量装备产业计量测试中心可变渠检测系统开展试验,设置了0.5、1.0两个边坡系数和0.42、0.83、1.56和2.03 m~3/s四个流量梯度共8组试验,研究不同组合下断面流速分布规律,利用尾流函数拟合了中垂线流速数据,提出了断面测流的点面转换法,分析了标准规范法和点面转换法的测流误差,并在石津灌区干渠开展应用。结果表明,对于宽浅型明渠最大流速发生在中垂线水面,不同尾流强度系数的实测流速拟合曲线交于一点,不同组合下尾流交点流速与断面平均流速呈较好的线性关系,采用点面流速转换关系的流量计算误差小于3.32%,满足标准规范法要求;点面转换法在河北石津灌区渠首测站得到了较好的应用,测流误差小于3.10%,与标准规范法相比测点减少了40%以上。研究表明点面转换法在保证测流精度的同时可显著减少测点数量,对提高灌区测流效率具有较高的实用价值。 展开更多
关键词 明渠 流速分布 尾流函数 流速面积法
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南水北调工程受水区城市雨水利用潜力分析 被引量:3
13
作者 刘家宏 王佳 +2 位作者 邵薇薇 苏鑫 杜晓鹤 《南水北调与水利科技(中英文)》 CAS 北大核心 2022年第1期70-78,共9页
考虑地理气候和降水特点等,调研分析我国中、东部地区和西部地区共26个海绵城市建设试点/示范城市的雨水资源利用水平,分区测算城市雨水利用能够替代城市自来水的比例;基于城市建设统计年鉴中南水北调工程东、中、西线受水区60个城市201... 考虑地理气候和降水特点等,调研分析我国中、东部地区和西部地区共26个海绵城市建设试点/示范城市的雨水资源利用水平,分区测算城市雨水利用能够替代城市自来水的比例;基于城市建设统计年鉴中南水北调工程东、中、西线受水区60个城市2018年供水量数据,估算高、中、低利用水平下南水北调工程受水区城市雨水利用的潜力分别为6.19亿、4.71亿和3.27亿m^(3)。考虑降水的不确定性,测算了平水年(P=50%)、枯水年(P=75%)、特枯年(P=95%)受水区城市的雨水资源利用量。以北京、天津、石家庄、济南、太原等城市为典型,计算得到南水北调工程受水区典型城市雨水利用的平均保证率约为45.9%,远低于城市供水保证率的要求。 展开更多
关键词 南水北调工程 雨水利用潜力 海绵城市 供水保证率 水文频率
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考虑结构因素影响的城市排水系统韧性评估方法
14
作者 鲁佳慧 刘家宏 +3 位作者 刘创 赵梓同 宁占金 林金良 《水利水电技术(中英文)》 北大核心 2025年第6期1-12,共12页
【目的】全球洪涝灾害频发导致城市排水系统面临着越来越多的挑战,不仅包括极端降雨(外部荷载),还有管道老化和破裂等潜在的结构失效(内部荷载)所带来的不确定威胁。为研究外部极端降雨和内部结构失效下城市排水系统韧性水平,【方法】... 【目的】全球洪涝灾害频发导致城市排水系统面临着越来越多的挑战,不仅包括极端降雨(外部荷载),还有管道老化和破裂等潜在的结构失效(内部荷载)所带来的不确定威胁。为研究外部极端降雨和内部结构失效下城市排水系统韧性水平,【方法】考虑管龄和流速的影响,提出结构失效概率计算方法,构建不考虑结构因素的超标荷载情景和考虑结构因素的复合情景。在综合考虑城市排水系统对极端荷载的响应过程预备阶段、响应阶段和恢复阶段的基础上,选取评估指标,建立基于云模型的韧性评估模型,并将提出的方法应用于研究区进行案例分析。【结果】结果显示:城市排水系统在复合情景下的节点积水总量与超标荷载情景相比增加了60%以上,节点平均积水时长增加了1.0 h以上;拓扑结构优化之后,城市排水系统在超标荷载情景和复合情景下的节点积水总量分别下降了24.7%~30.1%和20.5%~48.4%。【结论】结构失效对城市排水系统的韧性有一定影响,导致排水能力下降;拓扑结构优化在一定程度上可以提升系统韧性。所提方法能够有效评估极端荷载下城市排水系统的韧性,并为极端荷载下城市排水系统的安全运行提供参考。 展开更多
关键词 城市排水系统 结构因素 极端荷载 韧性评估 气候变化 洪水 降雨 极端天气
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影响滦河流域降水空间分布的多元环境因子作用机制 被引量:4
15
作者 董甲平 冶运涛 +3 位作者 顾晶晶 曹引 赵红莉 蒋云钟 《河海大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期38-47,共10页
为定量评估环境因子对降水空间分布的影响,实现统计降尺度环境因子的科学选取,针对现有方法存在无法避免线性假设、无法保证多自变量共线性免疫和无法有效探索因子间交互作用对降水分布影响的问题,采用地理探测器的定量分析方法,以滦河... 为定量评估环境因子对降水空间分布的影响,实现统计降尺度环境因子的科学选取,针对现有方法存在无法避免线性假设、无法保证多自变量共线性免疫和无法有效探索因子间交互作用对降水分布影响的问题,采用地理探测器的定量分析方法,以滦河流域为研究对象,从因子探测、交互探测和生态探测3个方面探究了环境因子及其交互作用对降水空间分布的影响。结果表明:因子探测中,在年、季、月和旬时间尺度上,经度、纬度、坡度、坡向、NDVI、高程的影响力均超过1%,能够直接影响降水的分布,其中纬度、经度和高程对降水分布的影响最为显著;交互探测中,除2月高程-坡度及7月上旬NDVI-经度外,其余交互作用均达到增强的效果,且所有因子交互结果的影响力均超过10%,相较于单因子有较大幅度的提升;生态探测中,不同环境因子对降水分布的影响差异显著。 展开更多
关键词 地理探测器 统计降尺度 因子探测 交互探测 生态探测 滦河流域
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基于知识图谱的城市洪涝灾害链推演及时空特性解析 被引量:9
16
作者 王浩 杜伟 +2 位作者 刘家宏 王佳 梅超 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期185-196,共12页
城市洪涝灾害具有链式传播特性,解析城市洪涝灾害链的传递规律和时空演变特征对于阻断灾害链具有重要意义。本研究以郑州“7·20”特大暴雨洪涝灾害中地铁5号线被淹和京广快速路隧道被淹2个事件为案例,构建知识图谱揭示灾害链传递... 城市洪涝灾害具有链式传播特性,解析城市洪涝灾害链的传递规律和时空演变特征对于阻断灾害链具有重要意义。本研究以郑州“7·20”特大暴雨洪涝灾害中地铁5号线被淹和京广快速路隧道被淹2个事件为案例,构建知识图谱揭示灾害链传递规律。通过复盘灾害链的演变过程,从中识别灾害链中的诱发点、引爆点、扩散点以及放大点,并着重分析致灾机理以及灾害链的时空特性,以灾害曲线形式直观展示不同灾害链的影响程度。郑州“7·20”洪涝灾害典型案例解析表明,两事件存在多个灾害链阻断时机,在救灾过程中应综合考虑灾前、灾中因素的影响,果断采取断链措施,并且要充分发挥应急措施的时效性,及时阻断引爆点和扩散点,降低洪涝灾害损失。该方法能够应用于链式灾害的复盘,指导分析具体事件的致灾机理和救灾切入点。 展开更多
关键词 城市洪涝 灾害链 知识图谱 灾害链传递 灾害链推演 时空特性
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基于数值试验的降雨径流过程对不透水面空间分布的响应分析 被引量:7
17
作者 梅超 石虹远 +5 位作者 李瑞栋 李玉龙 刘家宏 栾清华 王浩 王佳 《水资源保护》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期86-92,共7页
为解析降雨径流过程对不透水面空间分布的响应关系,构造了一个3 km×3 km的假想试验区域,面向试验区域构建了包含6个不透水率的36种不透水面空间分布,并建立相应的数值试验模型,模拟了重现期分别为2、5、10、20、50、100 a共6种不... 为解析降雨径流过程对不透水面空间分布的响应关系,构造了一个3 km×3 km的假想试验区域,面向试验区域构建了包含6个不透水率的36种不透水面空间分布,并建立相应的数值试验模型,模拟了重现期分别为2、5、10、20、50、100 a共6种不同重现期短历时设计降雨下的降雨径流过程,基于模拟结果对不同不透水面空间分布情景下的降雨径流过程进行了分析。结果表明:在同一不透水率下,不同不透水面空间分布的径流系数差异相对较小,不透水面空间分布对径流特征的影响主要体现在径流峰值和峰现时间上;在同一降雨条件下,不透水率变化是径流过程变化的主导因素,径流系数与不透水率呈线性相关关系,随着不透水率的增加,径流过程线逐渐由“矮胖”变得“尖瘦”。 展开更多
关键词 不透水面 空间分布 不透水率 降雨径流 数值试验
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基于流形学习算法的降雨数据时空分布特征提取及重构 被引量:1
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作者 刘媛媛 刘业森 +4 位作者 刘方华 李梦阳 刘舒 李匡 任汉承 《水利水电技术(中英文)》 北大核心 2024年第9期85-98,共14页
【目的】掌握精细化的降雨时空分布特征,对于城市洪涝风险管理水平的提高具有重要的意义。我国近十几年降雨监测站网密集且数据精细程度高,但时间序列较短;历史降雨资料时间序列长,但是精细程度低。【方法】为了更有效地利用历史降雨资... 【目的】掌握精细化的降雨时空分布特征,对于城市洪涝风险管理水平的提高具有重要的意义。我国近十几年降雨监测站网密集且数据精细程度高,但时间序列较短;历史降雨资料时间序列长,但是精细程度低。【方法】为了更有效地利用历史降雨资料,将流形学习算法引入到历史降雨资料重构中,从高分辨率降雨资料中,提取降雨的时空分别特征,基于该特征,将历史逐6 h的降雨空间数据重构为逐1 h的降雨数据,以满足城市洪涝风险分析的要求。【结果】结果表明,该方法重构数据高值区与实测值的平均误差在15%以内,低值区在20%以内,比传统插值处理的数据高值区误差降低了45%~85%,低值区降低了10%~40%。【结论】利用流形学习算法重构的历史空间降雨数据符合各地区降雨时空分布特征,可提高降雨空间数据颗粒度,实现降雨时空分布精细化特征的有效、合理的提取和总结。 展开更多
关键词 流形学习 机器学习 暴雨时空分布 特征提取 低分辨率重构 泸州 降水
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基于DBSCAN-RF洪水分类的洪水预报应用研究 被引量:3
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作者 甘甜 郑英 +3 位作者 蒋云钟 赵红莉 贺君彦 段浩 《水利水电技术(中英文)》 北大核心 2024年第3期77-89,共13页
【目的】洪水分类预报能有效提高洪水预报准确性,为防灾减灾工作提供科学依据。【方法】针对分类因子和分类算法优选问题,以海河流域徒骇河宫家闸上游为例进行研究,(1)充分考虑产汇流影响因素与洪水特征,选取洪峰流量、洪水总量、时段... 【目的】洪水分类预报能有效提高洪水预报准确性,为防灾减灾工作提供科学依据。【方法】针对分类因子和分类算法优选问题,以海河流域徒骇河宫家闸上游为例进行研究,(1)充分考虑产汇流影响因素与洪水特征,选取洪峰流量、洪水总量、时段洪量、洪水历时、起历时、落历时、峰度、偏度、涨水仰角、落水仰角、C_(s)、C_(v)、前3 d面雨量、前10 d面雨量、累计面雨量及最大面雨量等16维分类因子,使用主成分投影法(Principal Component Analysis,PCA)对分类因子降维提高计算效率;(2)基于密度聚类(Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise,DBSCAN)-随机森林(Random Forest,RF)算法进行洪水分类,减少对分类先验知识的依赖,提高了分类精度;(3)在徒骇河流域进行了方法应用,选择适用于半干旱半湿润地区的超渗-蓄满同时作用的产流模型及单位线汇流模型进行洪水分类预报研究,分别针对各类洪水进行模型率定。【结果】结果表明:轮廓系数为0.7015,表明DBSCAN算法聚类效果理想,基于RF算法的洪水分类准确率为91.67%,分类效果理想;经洪水分类预报,NSE系数均高于0.8,分类预报结果优于直接预报。【结论】结果说明:基于DBSCAN-RF洪水分类的洪水预报能较好地反映研究区域洪水演进过程,为研究区域洪水预报及防灾减灾工作提供依据。 展开更多
关键词 历史洪水 洪水分类 洪水预报 密度聚类(DBSCAN) 随机森林(RF)
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降雨径流过程对不透水面空间分布的响应解析 被引量:2
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作者 石虹远 梅超 +5 位作者 刘家宏 王佳 栾清华 宋天旭 董莉榕 李玉龙 《水利水电技术(中英文)》 北大核心 2024年第7期45-54,共10页
【目的】城市化导致城市下垫面空间特征复杂化,其中显著特征是不透水面与透水面之间形成复杂的空间关系,对城市地表径流过程产生一定影响。进一步探索降雨径流过程对不透水面空间分布的响应机理,有利于深化城市水文效应科学认知。【方... 【目的】城市化导致城市下垫面空间特征复杂化,其中显著特征是不透水面与透水面之间形成复杂的空间关系,对城市地表径流过程产生一定影响。进一步探索降雨径流过程对不透水面空间分布的响应机理,有利于深化城市水文效应科学认知。【方法】开展了降雨径流试验,基于试验数据对二维水动力模型参数进行了率定和验证,并基于所得参数构建了区域大小为1 km×1 km的降雨径流模型,开展了3场真实降雨情景和4类(不透水面上、中、下游和随机分布)城市不透水面空间分布情景下的地表径流过程模拟,对不同情景下的地表径流过程和径流特征进行了分析。【结果】结果表明:在降雨情景A(降雨量10.0 mm)和20%不透水率情景下,上游分布和随机分布之间的径流系数差值占比最大,可达59.9%;在降雨情景B下(降雨量51.8 mm),最大径流流量差值占比为67%。【结论】在同一不透水率下,不透水面空间分布对地表径流过程和径流特征值有一定影响,其影响程度通常随着降雨强度的增加而减小;在同一降雨和不透水率下,在设置的4类不透水面空间分布情景中,不透水面随机分布对径流过程的影响相对其他分布较大。研究结果可为城市径流管控与洪涝防治提供一定参考。 展开更多
关键词 数值模拟 城市内涝 降雨 径流过程 不透水面 城市化
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