以黄河流域土壤水资源为例说明以“ET管理”为核心的现代水资源管理的必要性和可行性

针对流域/区域水资源匮乏程度日益严重的情势,本文立足于水循环全过程,以水资源在其动态转化过程的主要消耗——蒸发蒸腾(ET)为出发点,全面论述了在现代水资源管理中开展以"ET管理"为核心的水资源管理的必要性和可行性.并以黄河流域土壤水资源为研究实例,在采用WEP-L分布式物理水文模型对全流域水循环要素系统模拟的基础上,开展了黄河流域土壤水资源数量和消耗效用分析.结果表明,立足于区域/流域水循环过程,开展以"ET管理"为核心的水资源管理,不仅可以避免水资源的闲置而且也有利于从"真实"节水的角度提高水资源的利用效益,缓解区域/流域水资源的匮乏程度,是对传统水资源需求管理有益的补充.     

以黄河流域土壤水资源为例说明以“ET管理”为核心的现代水资源管理的必要性和可行性

针对流域／区域水资源匮乏程度日益严重的情势,本文立足于水循环全过程,以水资源在其动态转化过程的主要消耗——蒸发蒸腾（ET）为出发点,全面论述了在现代水资源管理中开展以“ET管理”为核心的水资源管理的必要性和可行性．并以黄河流域土壤水资源为研究实例,在采用WEP—L分布式物理水文模型对全流域水循环要素系统模拟的基础上,开展了黄河流域土壤水资源数量和消耗效用分析．结果表明,立足于区域／流域水循环过程,开展以“ET管理”为核心的水资源管理,不仅可以避免水资源的闲置而且也有利于从“真实”节水的角度提高水资源的利用效益,缓解区域／流域水资源的匮乏程度,是对传统水资源需求管理有益的补充．     

尺度效应及其节水灌溉策略

根据湖北省漳河灌区不同尺度水分生产率和水分利用情况，本文讨论了灌溉水利用中的尺度效应和传统灌溉效率指标在节水效果评估及水资源调配决策中的局限性。由于节水灌溉的相对性和尺度效应，在采用节水灌溉技术和制定节水灌溉发展策略时，应该分析不同尺度节水的潜力及其相互影响，以保证投资的有效性，并达到田间、灌溉系统和流域尺度真实节水效果的一致。     

基于投影寻踪模型的水资源利用效率评价

本文根据13个省市的水资源相关指标,包括农业万元GDP用水量、工业万元GDP用水量、人均COD排放量、人均生活用水量等,建立评估指标体系并利用投影寻踪模型对上述各省的水资源利用效率进行综合评价。该方法可以依据样本自身的数据特性寻求最佳投影方向,利用最佳投影方向可以判断各评价指标对综合评价目标的贡献大小和方向,进而得到最终的评价结论。     

黄河流域水库群多目标运行控制协同方法研究

依据协同学原理,提出了水库多目标运行控制的方法,该方法能够综合考虑水资源利用过程中相互冲突的供水、防洪、发电等目标.应用序参量构建了描述水资源子系统协调程度的有序度模型,并结合信息熵原理,建立了有序度熵,作为判定系统是否向协调有序方向演化的根据.对水库运行方式进行调控时,首先用模拟的方法获得初始方案,然后根据有序度和有序度熵对初始方案进行调控.应用该方法对黄河流域水库群的调控进行了研究.     

基于总量控制的流域允许取水量与允许排污量统一分配模型

为落实初始水权分配方案,实现允许取水量与允许排污量的统一分配,建立了以初始水权为允许取水量总量控制目标、水量分配仿真模型与纳污能力计算模型相耦合的流域允许取水量与允许排污量统一分配模型;针对模型的复杂性,提出了一套显著提高分配方案可操作性与求解效率的水库群优化调控新技术,该技术综合了系统仿真、轮库迭代与智能计算方法.以北江流域为背景,阐释了模型的建立、求解和应用过程;绘制了大型水库优化调度图,获得了流域水资源系统的长期运行策略,给出了任意年型允许取水量与允许排污量分配方案以及跨行政区断面流量过程,分析了模型的有效性和分配方案的合理性.     

可控环境生产系统建模、仿真与控制研究进展

可控环境生产系统属于复杂系统,目前对这类系统的建模及控制问题没有形成系统的方法与理论,因此在对这类系统进行控制时,缺乏理论依据.本文在回顾过去几十年可控环境生产系统建模与控制的各种方法的基础上,探讨了当前可控环境生产系统在系统建模、仿真及控制中存在的问题,如支持生产可使用的作物生长数学模型信息的不完整性,水肥系统的模型信息的时间尺度问题,环境模型的动态时变特性以及作物、土壤、大气相关变量的作用关系,耦合的多环境因子的控制问题、包括能耗在内的冲突多目标控制问题和考虑模型误差和气候突变等不确定性的鲁棒控制问题等.在此基础上,根据系统的特性:多变量,非线性,多模型(作物模型,土壤模型,大气模型)、模型之间强耦合、大尺度、能量有限、分布参数、冲突多目标等的特点,提出了该系统有效建模、仿真、控制急需解决的瓶颈问题和可能的研究趋势.     

水资源系统整体模型研究

基于新近发展起来的复杂适应系统理论,建立了流域级的水资源系统整体模型,用于分析研究流域的水资源管理和配置.通过一个整体的模型框架,将水资源系统中水文、生产、生活、生态环境和管理制度等子系统的相互作用通过内生变量进行联接,从而取代以往组合模型仅仅通过计算结果的传递来描述子系统间作用的方式.结合整体模型框架的特点,提出了用于求解这个高纬度的非线性模型的嵌套遗传算法,并应用于黄河流域,分析了南水北调西线工程的合理调水量及其边际效益.     

松嫩平原洪水资源利用引蓄水方式研究

以松嫩平原为背景,在河流水资源结构分析的基础上,提出了平原地区洪水资源利用蓄水模型。综合考虑需求、可蓄水量以及蓄水时可承受的风险等因素,将洪水利用状况划分为全蓄型和分蓄型。根据蓄水区蓄水前后防洪能力的变化,提出模型应用风险分析标准及其评估方法。并以嫩江下游大赉河段为例,选择代表性水文年进行分析,结果表明：从利用角度,按照生态、农业需水状况引蓄洪水,不仅能够缓解春旱,而且所产生的蓄水风险也可以承受;从防洪角度,能够大幅度削减洪峰流量,所蓄水量能够提高枯水期河道径流量,改善河流水资源结构。     

西北地区建立区域节水型社会经济体系的突破点

西北地区是我国水资源最为缺乏的地区，水资源短缺和利用不合理巳构成了我国西北地区区域经济可持续发展的主要障碍。本文通过对西北地区水资源总量及利用现状的分析与评价，指出西北地区经济可持续发展的关键是建立区域节水型社会经济体系，而其突破点在于严格控制垦荒，适度压缩灌溉农田面积，改变不合理的水资源利用结构，并对该突破点的意义进行了探讨。     

利用阴影计算建筑物高度的模型比较分析

目前有多种利用高分辨率卫星影像阴影计算建筑物高度的模型,但模型的适用条件却很少讨论.本文对利用单张高分辨率卫星影像提取建筑物高度的模型进行综舍分析,并利用QuickBird影像数据和实测建筑物高度数据对不同的计算模型进行验证分析.结果表明,不同的模型在数据的适用性和参数要求方面存在较大差别,而精准计算模型能够适用于多种成像条件的高分辨率影像,具有较好的实用价值.     

多视观测下雷达转台目标成像的关键参数估计

转台目标模型是逆合成孔径雷达等高分辨率雷达成像系统的基本模型,联合利用多视角观测数据可有效提高转台目标的成像分辨率.针对目标转速、多观测视角差等先验条件未知的转台目标观测情形,文中提出一种基于距离多普勒图像域散射中心位置提取的目标转速、等效旋转中心及各次观测视角差的顺序估计方法.进而,结合卷积逆投影(CBP)算法,形成雷达转台目标高分辨率融合成像的完整方案,取得了优于单视角观测的成像分辨率.同时,分析了参数估计方法的性能及影响性能的若干因素,并通过Monte Carlo仿真验证了性能分析结果.最后,数值实验结果进一步验证了所提供参数估计方法的有效性.     

黄河典型流域分布式水文模型及应用研究

面向黄河中等流域水资源管理,提出一个日过程的分布式水文模型.模型利用GIS/RS技术实现空间分布参数的确定和模型输入信息的处理.在产流计算上采用基于“地形指数”的方法,在汇流演算上采用分段马斯京根方法.模型的运行控制采用基于河网拓扑关系的“空间循环控制代码”的方法.在实例研究中将模型应用于黄河中游泾河流域.根据1996年径流模拟结果表明,模型具有一定的精度,在结构上是合理的,其中水量平衡误差小于5％,模型效率系数达到0.7,能够满足流域水资源管理之需.     

洪水资源利用综合效益动态连续模糊评价案例研究

吉林省白城市2002～2007年洪水资源利用实践为研究背景和实例,基于熵值权向量和多目标多级模糊优选理论,构建了洪水资源利用综合效益评价的多层次半结构性指标体系及动态连续评价模型.以2002年为对比基准年,采用了2种权重进行综合评价,分析评价结果可知洪水资源利用量和其产生的效益、综合评价值和对比增量之间存在着密切的正相关关系.在连续评价的6年中,2003年综合效益最优,其产生的效益评价增量为82.8%,最差的为2004年,其增量为18.2%.不仅对每年洪水资源利用效益进行了综合评价和等级确定,而且对6年进行了连续评价和前后增量对比,实现了评价的延续性和准确性.分析认为,洪水资源利用的经济、生态环境效益突出,社会效益也十分显著,加大利用量可以提高综合效益,并会对该区域的可持续发展起到积极的推动作用,同时动态连续评价的实现为进一步开发利用洪水资源提供了坚实的理论基础和技术支撑.     

港口非线性波浪三维耦合计算模型研究

建立了外域用差分求解高阶Boussinesq方程、内域用有限元求解Laplace方程的三维非线性波浪对船作用的时域计算耦合模型.研究了该类三维耦合模型的匹配条件,耦合求解过程和内域、外域公共区域长度的确定,探讨了内域有限元网格的剖分方法.把该耦合模型的计算结果与实验结果、内域用Euler方程的耦合模型计算结果进行了对比,结果表明该耦合模型具有满意的精度,适用于模拟较大区域内波浪对三维船等固定物体的作用,为今后近海岸大区域非线性波浪对三维非规则物体作用的时域计算和三维分区计算提供了参考.     

结构包含密集模态时主动振动控制中作动器/传感器的优化配置

分析了已有的作动器/传感器配置方法的不足,针对包含密集模态的挠性结构,分析其可控/可观度的特殊性,提出了针对密频系统的作动器/传感器优化配置准则.通过可控性Gram阵的分块解析形式,避免了求解高阶Lyapunov矩阵方程,并利用了轻阻尼疏频系统自然平衡的条件,降低了求解可控度,即可控性矩阵奇异值的计算量.在此基础上用遗传算法寻优,得到元件的优化配置方式.最后通过算例与另外两种基于可控度的优化配置方法对比,证明依本文方法配置密频系统的作动器/传感器,振动控制效果最优.     

螺旋状下降的复式断面明渠中紊动结构与次生流动的数值模拟

采用正交曲线坐标下建立的紊流控制方程, 对弯道水流中由离心力和紊动应力联合驱动的二次流结构建立了数学模型. 将螺旋下降的明渠流动条件下的数值模拟结果与如下试验资料进行了对比: (ⅰ) 交错边滩式矩形断面弯道明渠流动, (ⅱ)复式断面顺直明渠流动. 计算中采用了3种不同的Reynolds应力计算方法, 包括Launder和Ying(LY)及Naot和Rodi(NR)的代数应力模型及运用非线性k-ε模型计算紊动黏性系数的SY模型, 在各种弯道曲率和边界条件下, 对不同紊流模型的二次流结构数值模拟结果精度进行了评估. 研究表明, LY和SY模型数值模拟计算得到的二次流结构和紊动应力分布与试验数据均能达到趋势上的符合, 能够模拟出紊动应力和弯道流动中的离心力对二次流结构形成的影响.     

基于化学反应优化的多无人机地面移动目标协同观测航迹规划

随着无人机技术的飞跃式发展,利用无人机跟踪地面目标在军事和民用领域得到了广泛的应用.鉴于目标所在环境以及运动状态的不确定性,单一无人机已不能胜任日益复杂的应用环境,利用多无人机协同跟踪目标成为改善目标跟踪任务鲁棒性的一种有效手段.本文针对多无人机协同跟踪观测航路难以求解的特点,提出了一种基于进化算法的近似求解方法,以解决多无人机对被跟踪目标观测航路的时空优化问题.本文通过分析与机身以固定安装角连接的传感器在地面有效观测区域模型,提出了包括目标观测时间和航路安全在内的控制方案,并采用了一种基于化学反应优化(chemical reaction optimization,CRO)理论框架的启发式求解策略,规划无人机的最优协同观测航路.仿真的结果表明,本文所提出的方法能够实现多无人机协同跟踪地面移动目标的要求,在满足无人机性能约束和飞行安全的情况下,具有更长的对目标监测时间.     

二元年径流演化模式及其在无定河流域的应用

由于受人类社会活动影响的不断加强,流域水循环过程变得越来越复杂.探索流域年径流量的演变规律对定量分析变化环境中的水资源状况和预测流域未来水资源的演变规律具有特别重要的意义,因为以年为时间尺度能最好地反映天然和人类活动驱动下的流域水资源变化规律.在水资源的二元演化模式下提出了年径流的天然-人工二元演化理论,并在黄河中游的无定河流域进行了应用.应用实例中着重对无定河流域下垫面动态变化情况下的降水径流关系进行了深入的对比分析,并提出了代表流域水保措施的水保指标面积的概念,利用水保指标面积来反映流域下垫面条件,并建立了反映流域下垫面动态变化的降水径流经验模型.     

高性能地学计算进展

地学计算是用计算机解决复杂的空间问题的艺术和科学.计算科学使用计算机去研究科学问题,高性能地学计算(HPGC)是高性能计算科学到地理科学的应用.它将高性能计算资源应用于各种类型的地理科学数据、信息和模型,来解决地球科学问题.它使用计算科学理念发展了专业学科理论、算法、体系结构、系统、支撑工具和基础设施.高性能地学计算的应用领域主要包括空间数据分析、动态建模、仿真、时空动力学、可视化、虚拟现实、采用非传统数据采集与分析技术的应用.本文介绍了高性能地学计算的发展、基本模式和分类.分析了当前国内外的研究现状,从关键技术等方面,重点阐述了具有代表性地学网格计算应用项目.最后总结了高性能地学计算未来的两大发展趋势.