基于GIS技术的浅层地下水硝酸盐氮浓度场数值仿真

地理信息系统(GIS)技术与数值模拟技术相结合,揭示地下水硝酸盐氮浓度场的时空变化特征。采用准三维数值仿真技术,建立地下水水流模型、溶质运移模型和地下水运动方程组成的地下水水质模型。先解地下水水流模型,得到地下水渗流场水位函数H(x,y,t);再解地下水运动方程得到各单元的地下水实际流速;最后解溶质运移模型,求出计算区内任一点的硝酸盐氮浓度。数值模拟与空间分析结果表明,研究区地下水水质系统状态比较稳定,硝酸盐氮浓度场的时空分布变化较小。     

煤矸石淋滤液对地下水污染的数值仿真研究

针对新邱露天煤矿矸石山附近于家沟地区地下水污染的实际情况，分析了矸石山淋滤液在地下水中的、迁移规律。在综合考虑对流、弥散、吸附解吸及存在源汇项的条件下建立煤矸石淋滤液在地下水中迁移的动力学数学模型，采用有限差分的方法对模型进行了数值求解，对不同污染强度、不同时间条件下地下水系统中淋滤液动态变化规律进行了数值仿真，预测了污染物浓度的时空分布特征，并结合实际水质监测数据对模拟结果进行了分析。模拟结果表明，污染物浓度变化趋势及模拟值与监测结果基本吻合，从而验证了模型的可靠性和实用性，为地下水污染的治理提供依据。     

矸石山渗滤液在地下水系统中运移的仿真分析

针对阜新矿区新邱南部矸石山对地下水污染实际情况,分析了矸石山渗滤液在含水层中运移的规律,建立了渗滤液在地下水系统中运移的耦合动力学仿真模型,利用该模型对渗滤液在地下水中迁移行为进行仿真分析,预测了污染物浓度的分布范围及随时空变化趋势。并与于家沟地区实际检测点数据进行对比,结果表明:渗滤液浓度拟合误差小于6%,从而验证了模型的可靠性和实用性,为地下水资源开发过程中污染控制与治理措施提供依据和理论指导。     

地下水多层含水层系统的动态数值仿真

建立地下水多层含水层系统的动态数值仿真模型，对郑州市地下水流场进行预报和评价。以非均质各向同性渗流模型仿真地下水流，用不规则三角网格有限差分法求解三维数值仿真模型。先解逆问题反求参数，再解正问题计算地下水各项资源量，数值仿真预报地下水渗流场至１９９８年。通过地下水渗流场的优化调控，使研究区内不合理开采地下水资源所引发的环境问题减小到最低程度，为郑州市水资源管理提供科学依据     

基于系统动力学的北京市农业水足迹模拟与影响因素分析

北京市水资源严重短缺,提高农业用水效率对北京市的经济社会发展具有极其重要的意义。本文将农业水足迹分为农作物实际需水、畜牧业用水和农业生活用水三部分,探寻影响这三部分变量的因素,建立各因素之间的动力学方程,并基于vensim软件建立系统动力学模型。基于系统动力学模型,分设惯性增长、气候干旱、农业灌溉用水有效利用系数变化、畜牧业发展四个情景,调整不同的参数,对北京市农业水足迹进行情景模拟和模型检验。研究表明:(1)在气候因素的影响下,农业用水随着干旱程度的加剧而呈现平稳增加的趋势,增加了 1.5× 10~8 m~3;(2)在农业灌溉用水有效利用系数的变化下,农业用水以2.242× 10~7m~3/a的速率增加;(3)在畜牧业发展迅速,产量增加的情况下,农业用水量以7.765 × 10~7 m~3/a的速度增加。因此,农业用水量主要受经济发展和科技进步的影响,为适应气候变化、经济发展以及科技进步带来的影响,需采取更多有效措施来提高农业用水利用率,科学管理水资源的分配,实现北京市水资源的可持续发展。     

车尔臣河流域水资源承载能力的多层次模糊综合评价与分析

水资源作为一种重要的战略性资源,其对区域生态环境安全尤其是干旱半干旱地区生态环境安全及区域可持续发展具有重要意义。在区域水资源承载力研究及可持续发展理论指导下,建立了多层次模糊综合评判模型,并运用其对车尔臣河流域水资源承载能力进行计算与评价,最后针对车尔臣河流域水资源可持续发展提出建议。表2,参12。     

基于SD模型的水生态承载力模拟优化与例证

提出了系统动力学和投影寻踪法的水生态承载力模拟和优选方法,以常州市为例进行实证研究. 采用情景分析法,从节水和污染控制方面,设计了零方案,节水方案,污染控制低方案,污染控制中方案和污染控制高方案等5个情景方案. 通过Vensim DSS软件建立SD （system dynamics）模型和模拟仿真平台,模拟了2020年常州市水生态承载力,得到5种情景方案的模拟结果. 采用遗传投影寻踪法,对5种情景方案进行优选,推荐方案为污染控制高方案,在该方案下,2020年常州市可承载的人口数量为481万人,GDP总量可达到6094亿元,相应的水资源开发利用率为48.8%,最大水环境容量利用率为100%,要达到以上水生态承载力目标,必须提高水资源利用效率,降低重点污染行业增长速度,增加污水治理投资金额,提高污水处理率等. 研究结果为评估水生态承载力提供了理论依据,为研究区水生态环境保护和经济社会发展提供了决策参考.     

城市环境水文地质灾害的渗流场时空调控

从水资源科学管理的角度出发,以郑州市为例,系统分析了研究区长期过量开采地下水,导致的一系列环境地质灾害,诸如浅层地下水污染、中深层地下水水位持续下降形成区域地下水降落漏斗并不断扩张,劣质水进入供水含水层、     

地下水系统准三维流场数值模拟与流场宏观调控

郑州市长期过量开采地下水致使地下水位大幅度下降,由此引发了一系列水环境问题：１）区域地下水降落漏斗形成并不断扩展;２）大幅度增加供水难度和费用;３）导致水环境质量恶化;４）诱发地面塌陷和沉降．研究区内地下水系统（＜２５０米）可概化为浅层地下水系统和中深层地下水系统,两者通过弱透水层系统发生水力联系．本项研究根据抽象出的研究区地下水系统概念模型,建立了地下水流场准三维模拟模型．经模型校正和识别后对研究区地下水流场做了数值预报,并基于此提出流场宏观调控技术方案     

北京市商品住宅系统动力学模型构建及其在预警中的应用

次贷危机的爆发引起了学术界对房地产风险及预警系统的关注.首先对传统的房地产市场预警方法进行了回顾和分析,然后从系统科学的观点出发通过对商品住宅市场各影响因素的分析构建了北京市商品住宅的系统动力学模型.通过实证仿真研究验证了模型的有效性并利用该模型对不同假设情景下北京市2010年商品住宅市场的主要指标进行了综合模拟预测,为房地产市场综合模拟预警体系提供了一个系统预测方法.     

污染许可证交易制度对闭环供应链网络的影响

为促进企业从闭环供应链整体出发正确处理污染排放,既控制正向供应链污染排放,又注重减少废旧产品回收再处理过程二次污染排放,构建多成员企业的闭环供应链网络,排放多种污染物,影响多个污染区域,分析污染许可证交易制度下成员企业守约情形和违约情形时成员企业的均衡条件,给出变分不等式框架,构建两种情形下的成员企业博弈模型,研究污染许可证交易制度对闭环供应链网络的影响.给出模型的求解算法,最后提出算例分析网络各成员企业间的博弈关系,比较不同情形下成员企业所做选择的差异.发现守约时,若污染许可证初始分配满足环境目标,则权威部门指定的环境标准可以达成;违约时,建立合理的惩罚框架可保证不出现违约行为.     

气候变化综合评估模型研究新进展

本文在总结全球29个典型的气候变化综合评估模型(integrated assessment models, 简称IAM)的基础上, 围绕模型框架, 不确定性, 公平性, 技术进步和减排机制等五个关键科学问题, 系统总结并评述了气候变化综合评估模型的新进展. 气候变化综合评估模型主要的模型框架有最优化模型, 可计算一般均衡模型和模拟模型等三类. 针对气候变化不确定性, 气候变化综合评估建模中需要解决气候变化影响的概率分布, 人类对气候变化的风险厌恶程度, 人类对社会福利的时间偏好等问题. 在代际公平性方面, 伦理派支持较低的贴现率, 在气候政策上主张立即大幅减排; 市场派支持较高的贴现率, 在气候政策上主张渐进式采取行动. 在区域公平性方面, 应当给予欠发达地区高于发达地区的社会福利权重. 综合评估模型对技术进步的处理有从外生到内生的趋势, 技术进步内生的主要途径包括直接价格诱导, 研发诱导和学习诱导三种类型. 在减排机制方面, 从成本效益角度分析的学者普遍认为价格机制比数量机制更有效.     

基于总量管理的北京市水资源动态供需平衡

基于总量管理策略,以吴季松教授创立的水资源总量控制工程管理动平衡态模型为理论基础,开展北京市水资源系统管理应用研究。研究从生活用水、生产用水和生态用水方面分析了北京市水资源需求的发展特点,并从地表水供给、地下水供给和再生水供给方面分析了水资源供给的现状及未来发展趋势,对2015~2050年北京市水资源动态供需平衡关系进行了预测评价。为实现北京市水资源动态供需平衡,应合理利用南水北调水资源,提高再生水利用规模,加大地表水资源和再生水资源的供给,并从长远考虑,建议从人口总量控制、实施渤海水淡化调水入京、实行严格的水资源管理制度等方面采取措施,保障北京市水资源的可持续发展。     

水资源系统工程的理论框架探讨

作为一门新兴交叉综合性工程技术学科,水资源系统工程在人口、资源、环境、经济与社会区域可持续发展战略研究中具有重要意义.根据水资源系统工程的基本概念,指出水资源系统工程的实质就是处理各种水资源系统问题的方法论,据此提出了水资源系统工程新的理论框架,它由水资源系统优化方法、建模方法、预测方法、模拟方法、评价方法和决策分析方法组成.该理论框架在各种应用系统工程研究中具有参考应用价值.     

基于系统动力学的区域绿色发展多情景仿真及实证研究

参考DPSIR分析框架,采用系统动力学建模技术,构建了区域绿色发展多情景仿真模型,模型由经济人口、资源能源、环境评估3个子系统构成。以湖南省为研究案例运行仿真模型,有效性分析显示模型对大部分关键指标的历史和现状数据的仿真误差在10%以内。设计了粗放-调整、经济转型优先、污染治理优先3类情景方案,对湖南省3类情景2016~2030年的仿真运行结果表明:(1)经济总量增长和城镇化方面,长期上经济转型优先情景最优、其次是污染治理优先情景,但粗放-调整情景在2020年前仍能维持较高经济增速;(2)能源供应是湖南省未来主要的资源瓶颈,各类情景中远景一次能源自给率均将下降至30%以下,此外粗放-调整情景将有20%~25%用水缺口;(3)大气污染控制上污染治理情景优于经济转型情景,碳排放和水污染控制上偏重源头预防的经济转型情景效果更佳。文末根据仿真结果提出了相应的政策建议。     

基于高斯烟羽模型的PM2.5污染源扩散规律模拟分析

大范围频现的雾霾问题引起了政府部门和社会公众的高度关注。运用高斯烟羽模型构建PM2.5污染物的扩散模型,选取受PM2.5影响较为严重的西安地区作为分析案例,研究分析PM2.5的扩散规律及其扩散的污染区域范围。首先,介绍高斯烟羽模型的使用条件与各参数设置,分析影响PM2.5扩散的相关因素:风速、大气温度度、逆温、泄漏源参数、粗糙度等级等;然后,结合西安春节当天的监测点PM2.5浓度,在Matlab7.0软件平台下模拟仿真出其扩散的污染区域。研究结论对政府环境规制的设计实施以及有效控制和降低环境污染的应急预案具有一定的现实指导意义。     

黄河流域水资源供需平衡的动态仿真与模拟

水资源是经济社会发展的重要战略性资源，黄河流域水资源供需矛盾突出，水资源供需平衡将直接影响黄河流域生态保护与高质量发展。本文综合运用系统动力学和随机前沿分析方法，构建了黄河流域各省份水资源仿真模型，模拟预测了2021—2035年期间不同水资源利用方案和经济增长情景下的水资源供需缺口。结果表明：(1)预测期间黄河流域整体需水量小幅增加，水资源供需缺口呈现先增加后下降的趋势；(2)除青海和四川外，黄河流域其他省份均存在不同程度的水资源缺口；(3)水资源利用方案是影响水资源利用状况的关键因素，高度协调方案下黄河流域2035年水资源供需缺口比中度协调方案小34.93亿立方米至37.24亿立方米，比低度协调方案小73.71亿立方米至77.68亿立方米；(4)影响各省份水资源供需平衡的主导因素不同，整体来看水资源供需缺口对单位农业用水量的变动更加敏感。     

西气东输走廊"资源-经济-环境"集成发展系统仿真研究

以西气东输管线气站为节点,建立了地下开发资源、地面拉动经济、空中减轻污染三个空间层次的集成仿真系统。仿真系统由流动模型、消费模型、环境模型和经济模型四部分组成。其中,流动模型是基础,它通过地下渗流模拟、地面管线流动模拟、空中污染物传质扩散模拟进行流量分析,再经过消费模型和环境模型,可得到污染物排放程度及空间分布。经济模型计算了由开发效益、环境效益和社会效益组合而成的综合经济效益,实现了西气东输走廊的资源、经济、环境的有机集成。最后,本文以西气东输终点的长江三角洲为例进行了计算,得出西气东输在资源、环境与经济上可取得的良好效果。     

地下水渗流场可视化动态模拟与应用研究

针对地下水模拟系统缺乏动态处理和时空分析能力,基于有限元数值计算理论方法,以虚拟环境中可视化技术为支撑,提出了地下水渗流场可视化动态模拟的体系架构.设计了虚拟开采井条件下的流场仿真模拟和水位动态模拟算法,并通过建立流场的拓扑结构和特征提取、以及区域布点、质点途经单元的流速计算等,实现复杂流场的连续流线生成与动态跟踪模拟.以北京市平原区地下水渗流场为例,表明所提出的方法能够有效而准确地实现地下水渗流场三维动态模拟与可视化显示.     

基于神经网络的空间流场智能模拟

基于作者提出的水流智能模型思想,运用人工神经网络方法对透水框架式四面体的尾流场进行智能模拟,为复杂水流的空间流场仿真提供一种新的研究途径。通过水槽实验,借助声学多普勒流速仪(ADV)自动测量分析系统测得四面体九种工况下的空间尾流场,作为四面体水流智能模型的学习样本和测试样本,经过训练获得智能模型的工作表达式,预测流场与实测流场基本吻合。研究结果表明,基于神经网络的水流智能模型,仿真速度快,外延泛化能力和容错能力强,且精度较高,因此具有广阔的应用前景。