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．     

跨流域调水管理仿真的Agent结构模型

鉴于传统水资源开发配置和调度管理普遍采用系统动力学方法进行系统仿真，有一定局限性，采用复杂适应系统理论以及多Agent建模方法分析了跨流域调水管理过程的层次结构，结合南水北调东线水资源调度管理系统，设计了一种基于复杂适应系统仿真的Agent结构模型，并对Agent结构模型的形式化描述和特点进行分析，最后基于swarm仿真平台进行了仿真和验证。结果表明跨流域调水管理仿真的Agent结构模型可以协调好智能体的反应性和适应性，满足了跨流域调水管理复杂适应系统仿真中对Agent的不同要求。     

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.     

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.     

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.     

黄土沟壑区产输沙特征的空间尺度效应研究

以黄土丘陵沟壑区的典型流域岔巴沟为例, 首先通过实测数据分析水沙过程的尺度现象和规律, 明确了流域产输沙的主要子过程及其影响因素和作用机理. 然后采用集成了坡面侵蚀、沟坡区重力侵蚀和沟道不平衡输沙3个子模型的黄河数字流域模型在较高分辨率的单元上模拟研究流域的暴雨—径流—产输沙响应, 结果重现了水沙过程的尺度现象. 在尺度现象是由不同产输沙子过程的空间尺度分布迭加引起的假定下, 对模拟结果进行分析, 发现重力侵蚀和高含沙水流特性是引起黄土沟壑区泥沙过程尺度现象的最主要因素.     

区域目标ET的理论与计算方法：应用实例

目标ET是指在一个特定发展阶段的流域或区域内,以其水资源条件为基础,以生态环境良性循环为约束,满足经济持续向好发展与和谐社会建设要求的可消耗水量.基于目标ET的水资源配置用耗水量代替需水量,突出了资源节水理念,是未来水资源管理的发展趋势.本文采用先分项、再综合、后评估的方法计算了天津市2010水平年的目标ET.分项目标ET包括不可控ET和可控ET,不可控ET利用分布式水文模型和遥感监测模型互为校验得到;可控ET主要包括灌溉耕地ET和居工地ET,灌溉耕地ET利用土壤墒情模型和蒸散发模型计算,居工地的工业生活用水ET通过定额和耗水率计算.论文根据不同的水资源条件组合,设置了八套计算方案,分别计算了各种方案的目标ET,并对计算结果进行了评估,给出了推荐方案.     

赣江流域高分辨率卫星降水数据的精度特征与时空变化规律

提出了一种基于地面雨量计空间插值数据,从栅格单元、子流域以及全流域3种空间尺度上综合验证和比较卫星降水数据精度的方法.采用该方法,针对长江中下游赣江流域,以2003~2009年325个雨量站空间插值数据为基准,在日时间尺度上,综合评价了TRMM 3B42,TRMM 3B42RT,CMORPH,PERSIANN,GSMaP MWR＋和GSMaP MVK＋共6种高分辨率卫星降水数据的精度,揭示了精度指标的时空变化规律.结果表明经地面雨量计校正的3B42综合精度最高,在日均意义上略为高估了基准降水量,其他未经校正的5种数据均有较大程度低估.同时,6种数据在汛期的精度显著高于非汛期.随着时间尺度的扩展,卫星降水数据的精度有不同程度提高,其中3B42最明显.在赣江流域西部山区及北部山前区,卫星降水数据的精度较低,而在中部及东南部丘陵、盆地相对较高.随着空间尺度的扩展,6种数据的精度不断提高.本文为验证其他区域卫星降水数据精度提供了范例,并为进一步研究利用卫星降水数据分析流域水文过程提供了直接依据.     

面向柔性制造系统的基于“自治子网”的Petri网结构化建模方法及其活性保障策略

提出了一种面向柔性制造系统的基于共享“自治子网”融合的“至底向上”的Petri网结构化建模方法, 并基于网络的结构特征: 不变结构和虹吸结构, 对所得模型的活性、保守性和可逆性进行了理论分析. 证明了所得模型的保守性, 并进一步刻画了模型活性与“虹吸”结构之间存在的等价关系. 基于这一充要条件, 通过在模型中以“自治子网”融合的方式加入特定条件的控制子网来建立一种活性保障策略, 保证模型的活性. 这种基于模型结构特性得到的结论对所得模型具有普遍意义, 从方法学上保证所得的柔性制造系统的Petri网模型的活性、保守性和可逆性等重要属性. 给出的实例展示了该方法的有效性.     

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.     

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．     

结合搜索空间划分和抽象进行LTL模型检测

在应用模型检测于工业系统时,状态空间爆炸仍然是一个主要的障碍.基于抽象的方法在克服状态空间爆炸方面取得了很大的成功.提出一种结合搜索空间划分和抽象的方法来降低模型检测的空间复杂度.划分依赖于每个所分划的搜索空间的表达.特别地,划分可以逐步求精以获得更好的空间消减.从数值实验看,这种搜索空间划分和抽象的结合在基于内存的需求上能提高验证的效率,同时能得到比单独使用其中一种方法更好的效果.     

考虑降雨预报的跨流域调水供水调度及其风险分析

建立考虑降雨预报的跨流域调水供水调度模型,利用决策树算法根据水库当前状态和GFS降雨预报信息获取跨流域调水规则,以确定跨流域调水量,然后进行水库供水调度;选择调水保证率,供水可靠性（缺水风险率）,供水恢复性,供水破坏率作为风险评价指标建立风险综合评价体系,对跨流域调水供水调度模型进行风险评估．实例表明,采用考虑降雨预报信息的跨流域调水供水调度模型较水库常规调度和优化调度,综合风险率低,且能有效的提高水资源的利用效率．     

黄河流域河水与地下水转化关系研究

从控制黄河流域水资源形成的地质、地貌条件入手,依据地下水位动态、同位素以及地下水流场分析和野外调查等资料,分析研究了黄河流域河水与地下水的转化关系,在此基础上提出了黄河流域河水与地下水补排关系的8种模式.分析了各种模式的水动力特征,从而为定量模拟和评价河水与地下水转化关系以及黄河维持机理和流域地下水可再生能力研究提供了科学依据.     

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.     

高速铁路建设的标准化管理模式研究

为探索新时期中国高速铁路的建设管理问题,建立了高速铁路建设标准化管理的“Why-What-How”框架,重点研究了标准化管理的实施过程.将高速铁路建设标准化管理的过程划分为内容确定、文件编制和实施三个阶段,建立了基于分解与集成的内容选择模型、基于专家共识的文件编制模型和基于PDCA的实施过程模型.     

基于遥感叶面积指数的水文模型定量评价植被和气候变化对径流的影响

摘要针对经典概念性降雨径流模型较少考虑植被信息的问题,本文以澳大利亚南部典型中尺度Crawford River试验流域为研究基础,采用基于NOAA/AVHRR 遥感叶面积指数的Penman-Monteith蒸散发模型对原新安江模型和SIMHYD模型进行改进,借助改进的水文模型模拟植被变化后的径流过程,并尝试定量划分植被变化和气候变化的径流响应.结果表明：新安江-ET 模型和 SIMHYD-ET 模型与原模型相比,模拟精度有一定提高.另外,在 Crawford River 流域有 25%的面积植树造林情况下,流域年径流总变化量为 32.4 mm,为造林前多年平均径流量的 47.6%. 其中,由植被变化引起的径流变化量为 20.5 mm,为造林前多年平均径流量的 30.1%;由气候变化引起的径流变化量为 11.9 mm,为造林前多年平均径流量的 17.5%.说明造林使该流域径流量明显减少,而且相对于气候变化而言,植被变化对径流量的影响更为显著.     

基于两相浑水模型的三维水沙数值模拟

本文针对悬移质泥沙输移,采用两相浑水模型进行描述,基于SELFE水动力学模型,尝试通过三维数值格式对两相浑水模型进行探索性模拟.建立了两相浑水模式的离散方程,完善了相应的边界条件,采用多组水槽资料率定并验证了模型的可靠性.并以宁蒙黄河2012年洪水为例,采用离散后的模型对宁蒙黄河青铜峡至石嘴山200 km河段进行了数值模拟.并以该河段洪水的洪峰传播特性、不同河段的环流特性、河段泥沙输移及河床冲淤等为重点关注了改进后的模型.结果表明:计算水位、地形、含沙量等数据与实测资料有较好的吻合,环流特性与理论分析一致.综合表明改善后的模型能很好的应用于悬移质泥沙的模拟.     

基于数字流域模型的多沙粗沙区侵蚀产沙计算

黄河难以治理的症结是水少沙多，水沙不平衡．根据多年治黄实践，黄河中游多沙粗沙区的治理是黄土高原水土流失治理的重点，模拟计算多沙粗沙区的侵蚀产沙量意义重大．利用数字流域模型框架建立了黄土高原多沙粗沙区产流产沙数学模型，模型在岔巴沟小流域进行参数率定．应用率定后的模型计算了黄土高原多沙粗沙区1967，1978，1983，1994和1997年这5个典型年份汛期的产流产沙量，得到了多沙粗沙区的汛期径流深分布图和产沙模数分布图．计算结果能够较好地解释黄河流域的“少水多沙”现象，为多沙粗沙区的水土保持工作提供了科学依据．     

基于数字流域模型的多沙粗沙区产沙计算

黄河难以治理的症结是水少沙多，水沙不平衡。根据多年治黄实践，黄河中游多沙粗沙区的治理是黄土高原水土流失治理的重点，模拟计算多沙粗沙区的侵蚀产沙量意义重大。本文利用数字流域模型框架建立了黄土高原多沙粗沙区产流产沙数学模型，模型在岔巴沟小流域进行参数率定。应用率定后的模型计算了黄土高原多沙粗沙区1967、1978、1983、1994、1997五个典型年份汛期的产流产沙量，得到了多沙粗沙区的汛期径流深分布图和产沙模数分布图。计算结果能够较好地解释黄河流域的“少水多沙”现象，为多沙粗沙区的水土保持工作提供了科学依据。