HIMS系统及其定制模型的开发与应用

水循环既是水文科学的基本理论,又是进行水资源科学评价、合理利用和有效保护的基础．从水资源研究的需要出发,广泛参考国内外有关水文建模的经验,立足自主开发,建立了一种具有多种功能的水文水资源模拟系统（HydroInformatic Modeling System,简称：HIMS）．该系统已取得多项国家版权局的软件著作权．结合国家“973”项目对黄河的研究,进行了具体的研发和应用,已取得实用性的成果,并且与澳大利亚联邦科工组织（csmo）合作,利用澳大利亚的331个流域50多年来逐日降雨径流观测数据进行验证,取得良好的效果．研究表明HIMS系统具有比较广泛的适应性,能够针对不同的水文水资源问题进行模拟,并具备定制模型与二次开发的应用前景．     

面向流域系统的生态需水量整合研究

水库（群）的运行调度对坝址下游水文情势产生一定影响,维及到下游河流廊道及与河道存在水力联系的生态系统生态用水安全.为保障下游生态用水,需对水库（群）进行生态调度;而生态需水及其整合计算是其关键支撑.生态需水整合的核心是在对各类生态需水进行评价的基础上,以流域/区域水循环及其伴生水生态过程为主线,将各类生态需水整合成满足水资源配置或调度要求的水量过程.本文结合水库（群）生态调度实践需求,以各类生态系统的生态需水规律及水力联系为基础,整体提出流域生态需水的整合模式;在分布式水文模拟技术的支撑下,构建了生态需水整合模型;并就南水北调西线一期工程雅砻江流域的生态需水及其整合计算进行了研究.结果表明,上述整合模式有效结合了各类生态系统生态需水在时空上的水力联系,与基于集总式水平衡分析的生态需水整合模式相比,克服了多时空尺度上生态需水水源及生态供水难以得到有效保障的不足,可满足水库（群）生态调度的需求.     

全球水遥感技术及其应用研究的综述与展望

星基遥感技术在获取时空复杂多变的水信息方面具有独特的优势,如TRMM/GPM,SMAP,GRACE,SWOT,GRACE-II,PATH,TERRA,AQUA,以及国内的风云系列等环境卫星提供了前所未有的全球遥感水文大数据.为了进一步促进遥感技术在水循环研究和水资源管理中的应用,促进学科交叉和系统集成研究,本文系统综述国际前沿的全球水循环遥感卫星技术、遥感参数反演及其在水文中的潜在应用等,重点介绍降水、土壤湿度、蒸散、地下水、水面高程、冰川、云和大气水等遥感技术,同时探讨全球水循环观测卫星的研发和功能,分析数据同化、遥感反演参数不确定性方面的技术瓶颈及未来展望.     

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.     

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．     

黄河源区水循环变化规律及其影响

黄河源区的水文循环规律在20世纪90年代发生了很大的变化.河源地区水循环变化的主要特点是在降水量变化不大而且略有增加的前提下,径流量有比较明显的下降,而且径流也更加集中在汛期.河源地区的水平衡调蓄量一直处于负均衡状态,从而导致了该地区生态环境的恶化.径流减少的主要原因是蒸发量的增加.河源区径流量与上游各水文站的径流量有较好的相关关系,河源区径流减少,整个黄河上游地区的来水量也有下降趋势,影响全流域的水资源供需平衡.径流减少后当地生态环境恶化,河道系统的水文循环发生深刻的变化.今后的演变趋势是由于西北地区温度持续变暖,21世纪的水循环的演变趋势将是蒸发量增加,径流量进一步减少.因为水利工程的修建,局部生态环境恶化态势会有所缓解,但是对于下游的生态环境影响却很复杂.     

流域热力学系统水文模型：本构关系

Reggiani等提出的代表性单元流域方法是应用热力学理论构建尺度协调水文模型的最初尝试,Tian等扩展了Reggiani等的代表性单元流域定义,在此基础上构建的流域热力学系统水文模型能够物理地模拟流域上发生的各种主要水文过程,方便了新子区和相物质的增加,增强了模型的可扩展性。针对Tian等建立的基本方程,初步建立了其中质量交换项和动量交换项的本构关系及几何关系,形成了闭合的常微分方程组,使模型可应用于流域水文模拟的实践。     

基于GIS平台的县级森林资源管理信息系统的分析与设计

本文讨论了以PowerBuilder为集成环境,以Maplnfo为GIS软件,应用集成的方法设计和开发通用的县级森林资源管理信息系统的方法;同时对系统的总体目标、系统的功能进行了分析和设计.系统利用PowerBuilder强大的数据窗口功能极大的提高了系统的通用性,同时也很好的解决了一直困扰森林信息管理者很久的数据标准化问题;本文还对MapInfo与PowerBuilder集成等几个关键技术问题进行了探讨,并在系统中得到应用,使系统不仅能够快速的建立个性化的县级森林资源信息管理系统,并且实现了教据和图形的交互,能够更加准确和形象的为决策者和管理者提供基础数据的支持.     

黄河下游水资源转化结构及其变化规律

在黄河下游河流生态环境需水量和河流系统功能研究的基础上,结合研究区域的实际情况,针对水资源在河流系统中的不同服务目标,将通过黄河下游各主要水文断面的水资源划分为生态环境水、资源水和灾害水3个组成部分(简称“三水”),并分别对“三水”的概念及其在实践中的意义进行了阐述.通过对1950～2001年逐日水文数据的整理分析,计算了每年的“三水”数量,探讨了50多年来“三水”的相互转化情况及其变化规律.结果表明,自20世纪50年代以来,尽管水资源优先用于满足河流系统功能最基本的需要,但可用生态环境水在比例增加的同时水量却不断减少,与黄河下游河道最小生态环境需水量的差值不断增大;而潜在可利用的资源水无论是数量还是比例均呈明显减少趋势.20世纪90年代以来,沿岸实际需水量已经超过潜在可利用的资源水量而需动用早已不足的生态环境水,使河流系统正常功能进一步受损、河道日益萎缩,进而导致灾害水在总水量大幅减少的情况下其比例及潜在危害仍无明显减小.     

多尺度非均质多孔介质模拟及参数灵敏度分析

针对多孔介质非均质固有的多尺度性和单一观测资料的局限性, 提出了将确定性和随机性方法相结合以模拟非均质体, 并以海岸平原沉积环境为例, 来说明并检验. 首先, 依据转移概率矩阵, 判断和划分非平稳不整合面, 并综合水文地层学分析, 建立了区域(大)尺度确定性层序模型. 其次, 利用岩心记录剖面和CPT资料, 确定了水文沉积相的水平平均长度, 建立了各沉积系统的Markov模型, 得到了局部(中等)尺度随机水文相模型. 最后, 层序模型和相模型相结合, 生成了融合定量与定性观测资料,兼具确定性与随机性的多尺度非均质模型. 此外, 为进一步研究模型参数的不确定性对溶质运移的影响, 重建了代表两类非均质模型的多个虚拟体, 并分别用来模拟地下水流和污染物运移的过程. 灵敏度分析表明, 水文相水平平均长度的拉长, 一般会导致污染物弥散云的第1, 2阶空间矩趋于增大.     

一种集成通用高超声速飞行器气动工程预测系统

本文建立了一种面向高超声速飞行器的集成通用气动预测系统.通过引入CAD/CG建模技术实现了复杂飞行器3D几何模型的快速准确建模,并可以利用网络上的共享模型资源直接计算.引入FEM技术和自由网格生成算法,实现了复杂飞行器模型的快速网格生成.设计并开发了通用面元几何分析程序,建立了外法线快速矫正方法.基于面元气动分析理论开发了面元气动分析求解器,实现了面元气动计算和整机气动参数整合,能计算飞行器的气动力、力矩和气动导数.通过软件集成调用技术,将几何建模、面元划分、面元分析、面元气动计算以及后处理集成在统一的软件系统中,实现了高超声速飞行器气动参数的全自动计算与分析.HTV-2和航天飞机的仿真计算结果表明了该系统的有效性.     

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.     

天空河流:发现、概念及其科学问题

介绍了天空河流的发现、概念及未来研究.对气象再分析数据的分析发现,大气水汽通量场中不仅存在通量强度相对周围区域更大的局部性条带结构,而且整个水汽通量场中都存在着通量相对较高的水汽输送网络结构,形成了全球及区域水汽输送的主干通道.由于这些通量强度很高的条带构成的网络结构是水汽汇聚、输送最为集中、强度最大的网络,与地表河流具有类似的分级属性,我们可将这种水汽输送的网络结构上称为"天空河流(River in the Sky)",或简称"天河(Sky River)".天河是对水汽集中输送带概念的升华和深化,新的概念的提出有利于我们认识大气中的水汽输运规律,对研究地球水循环长期演化规律的统计特征及其与地表水文、泥沙等流域过程的相互作用机制具有重要的价值.     

产业生态学和生态产业转型

本文分析了产业生态学出现的背景,详述了产业生态的基本概念,研究方法和研究热点,提出生态产业是按生态经济原理和知识经济规律组织起来的基于生态系统承载能力、具有高效的经济过程及和谐的生态功能的网络型进化型产业。它通过两个或两个以生产体系或环节之间的系统耦合,使物质、能量能多级利用、高效产出,资源、环境能系统开业、持续利用。本文还提出了生态产业建设的８个原则和方法。并提出了产业生态管理的５种方法：生命周期评价（面向产品环境管理）;产品生态设计（面向绿色产品开发）;生态产业园规划（面向区域的规划）;生态产业孵化（面向生态产业开发）;生态管理（面向持续发展）。     

多通信接口的M_BUS数据集中器的硬件设计与实现

详细介绍了一种多通信接口的M_bus数据集中器的硬件设计.使用嵌入式主控芯片LPC2387,实现了数据集中和处理,集成在系统中的Profibus总线接口、RS232异步串行口、CAN总线接口、以太网接口使得数据可以在多种总线上进行传输.测试结果表明,该系统的通用性强,稳定性好,数据传输的可靠性高.     

基于能量平衡模型的陇东黄土高原蒸散发遥感反演——以平凉市崆峒区水土保持世行贷款项目区为例

利用TM遥感影像和地表热量平衡模型估算平凉市崆峒区水土保持世行贷款项目区的蒸散发量,并结合地面实测资料进行检验,分析了该区域蒸散发的分布规律,研究了蒸散发量与土地利用、地表参数、地形参数的关系。结果表明：研究区当日蒸散发量介于0．46～7．85mm之间,平均3．81mm,空间分布差异明显;不同下垫面的蒸散发能力有一定差别,其中水体和林地的日蒸散发量最大;蒸散发量与NDVI和斋程等呈线性正相关,而与地表温度呈线性负相关。本研究可为区域地表水循环和生态修复提供数据支持。     

基于隐马氏性分析的Bayes网络面雨量模型及其应用

面雨量估算是水文预报及各类流域水文模型中的基础工作. 基于任意网格上的降水量只与其四周网格的降水量具有不可否定的相关性, 我们提出将Bayes网络和Markov随机场应用于面雨量估算中. 采用球面坐标系、EM算法对区域进行插值, 从而可以估算出区域内任一点的降水量. 以青海湖地区的7个降水站点为例进行了面雨量估算的实例研究, 通过与泰森多边形法、距离平方倒数法和克里金法等常用的面雨量估算方法对比发现, 本文的方法具备统计学的意义, 并能解决复杂环境下判断不同点降水量之间关系的问题, 模拟结果更为合理、准确.     

喷射成形12 mm厚La62Al15.7(Cu,Ni)22.3块体非晶合金的制备

用喷射成形工艺成功地制备出了总体直径为380mm、最大厚度为12mm,中心区域半径（最大厚度区域半径）为150mm的盘状La62 Al15.7（Cu,Ni）22.3块体非晶合金。DSC实验检测其玻璃转变温度（Trg）以及过冷液相区（△Tx）均比采用甩带法或铜模吸铸法制备的同成分非晶合金高。利用ANSYS有限元方法模拟了沉积坯温度场的变化,结果表明在合理控制喷射成形工艺参数的情况下有可能制备出更大尺寸的La62Al15.7（Cu,Ni）22.3块体非晶合金。     

湖南生态经济系统的能值分析及其可持续性评估

运用能值分析理论和方法,对湖南省1999～2006年的能值投入率、净能值产出率、环境负载率、能值货币比率、能值使用强度、人均能值使用量、电力能值比率、人口承载力、基于能值分析的可持续发展指数、废弃物能值比率等10个指标及其变化趋势进行定量分析,并与其它国家和地区的相关指标进行比较研究.研究结果表明：（1）湖南社会经济水平虽然不断上升,但目前整体上较落后,处于我国各省市的中游水平,湖南发展经济和提高人民生活水平的道路还很长.（2）湖南还属于资源输出型的生态经济区域,需要尽快改变这种状况.（3）湖南资源环境压力较大,应控制耗能产品、环境污染产品出口,努力发展水电,适度抑制人口增长,遵循功率最大化原则,提升生态经济系统的可持续发展能力.