基于生态系统动力学模型的太湖藻类动态模拟

本文以生态系统动力学模型CAEDYM为建模框架,紧密结合太湖生态系统结构与功能特点,以河道流量及其物质含量、风场、太阳辐射等为外部函数,以藻类生消及其相关营养盐变化过程为建模核心,建立了考虑内源释放的各种形态氮、磷输移与转化的太湖整体三维生态系统动力学模型.在前人研究工作的基础上,应用太湖2000年实测数据对模型进行率定和验证,确定了模型各参数值,计算结果显示模拟值能较好地拟合实测值,表明所建藻类生态动力学模型能较好地描述藻类及各种营养盐的动态变化,这对揭示太湖藻类"水华"暴发机理有一定的意义.     

感潮河网调水过程的数值模拟研究

利用外河潮位和内河水位涨落落差进行内陆河网引清调水和防洪排涝,是改善感潮河网水环境、保障当地供水安全和提高防灾减灾能力的一种有效途径。本文根据Saint-Venant方程组和Preissmann加权四点隐式有限差分格式建立了感潮河网调水数学模型,该模型应用于浦东新区河网调水过程模拟的结果表明,其计算速度快、精度也较高,可对感潮河网调水水流时空变化过程、闸门开启过程引排水流量以及调水过程引排水总量进行模拟和计算。结合计算智能方法进一步讨论了调水过程外河潮位实时预报、感潮水闸流量的计算和调水模型河网糙率的反演问题。感潮河网调水过程数学模型的研究可以为平原河网地区水资源的智能监控提供支撑平台。     

基于系统动力学的省煤器建模与仿真

建立能反映省煤器工作状态的模型是锅炉建模的必要环节。基于能量守恒和质量守恒,将系统动力学原理应用于省煤器,以因果回路模型和存量流量模型为载体,提出了省煤器的系统动力学建模方案,并在Vensim软件上加以实现。通过结合生产实例对所建模型进行仿真研究,验证了所建省煤器模型的有效性和可行性。基于系统动力学的省煤器建模方案为省煤器建模提供了新的思路,同时也为工程上一些难以测量的物理量提供了一种软测量方法。     

枯水年引汉济渭并联水库多目标调度及决策

为探明枯水年引汉济渭工程调水能力与发电能力,建立了并联水库多目标优化调度模型,采用非支配排序遗传算法（NSGA-II）进行求解;构建四维评价指标,采用基于k阶p级有效概念的备选方案逐次淘汰法（SEABODE）对Pareto解集优选最终方案。结果表明：三个枯水典型年中,偏枯水年总调水量13.62亿m3,有3个月调水不足;特枯水年平均调水量10.06亿m3,有8 ~ 10个月调水破坏,且缺水深度随来水的减小而加深,最大月缺水量为0.74亿m3。研究成果量化了调水不足损失程度,为指导枯水年引汉济渭工程的水资源高效利用提供了理论依据。     

电力市场中基于情景分析的电网规划方案适应性

对电网规划方案进行适应性评估是电网规划工作的一个重要补充。在市场环境下,原有的电网规划方案是否适应未来市场交易的要求,是评估工作面临的新挑战。鉴于电力系统以及电力市场中诸多不确定性因素的影响,本文基于电力市场模拟的原理,将情景分析引入到电力市场环境下电网规划方案的适应性评估之中,并以电价不确定性的分析为例,详细描述了电力市场中对不确定性因素进行情景分析的基本思想、方法、流程。文中采用了情景出现概率及其重要程度两个指标来衡量各个情景的评估次序,为从大量情景中进行高效的筛选提供了一个便捷的途径。将该整体思路应用于东北电网规划方案的评估中,结合东北区域电力市场运营规则,进行了2010年电网规划的市场化模拟与评估。实际应用表明,所提出的评估方法能够很好地筛选出电力市场中的重要情景,为市场环境下电网规划方案适应性评估提供了一个有力的工具,具有较大的实用价值。     

球磨机制粉系统的系统动力学建模与仿真

本文基于质量和能量守恒宏观角度,分析了球磨机制粉系统对象的特性,应用系统动力学原理,以因果回路图和存量流量图为载体,提出了球磨机制粉系统的系统动力学建模方案。并将仿真曲线与传统模型的仿真曲线对比分析,验证了模型的准确性。所建系统动力学模型结构层次清晰,繁简适当,可很好的贴近实际系统。同时,系统动力学可以为整个火电厂的建模和优化提供一种新的思路和方法。     

基于系统动力学的售电业务放开对电网企业影响的综合评价研究

当前中国正在全面深化电力体制改革,售电业务将大规模放开,在给社会带来红利的同时,对电网企业生产经营产生巨大影响。引入系统动力学模型开展量化研究,按照业务流程,分别建立了售电业务成本-收入模型、输配电业务收入-成本模型、电力增值服务收入-成本模型、电网人员流失模型、现金流模型、需求响应模型、售电及相关业务利润模型等7个分模型。采用某省电力市场2018年年报的相关数据,分市场化电量增速变化、电网售电公司代理电量变化和售电购销价差变化3种情景,对电网相关指标的影响进行了仿真分析,为电网企业开展电力体制改革评估工作提供参考。     

浅水湖泊叶绿素a浓度模拟北大核心CSCD

叶绿素a是湖泊初级生产力评估、富营养化控制与水生态修复的重要指标。本研究通过野外调查采样,分析了浅水湖泊白洋淀春、夏两季11个样点12个水环境参数的时空分布特征,构建了广义可加模型,探讨了叶绿素a与水环境因子间的相关关系。结果表明:白洋淀强人类活动扰动区水环境因子时空异质性明显,叶绿素a浓度与总氮、硝酸盐氮、氨氮、溶解氧、透明度及磷酸盐含量显著相关,其中总氮、氨氮、透明度及磷酸盐是影响叶绿素a含量的最关键环境因子;所构建的广义可加模型最优模型对叶绿素a含量的解释率为98.9%,基于实测数据的验证结果表明模型可靠。研究结果可为白洋淀藻类生长、水华防治及水环境保护提供理论参考。     

基于新型负荷故障概率模型的用户电压暂降损失评估方法和DVR规划配置方案

现有电压暂降损失评价模型使用电压暂降严重程度指标进行评估,这种线性模型较为粗糙;评估时未考虑用户用电设备多样性及不同类型负荷电压耐受能力差异的问题.提出工业过程参与度的概念和一种基于新的负荷电压暂降故障概率模型的电压暂降经济损失评估方法,通过蒙特卡洛法构建电网遭受电压暂降的情景,对具有多工艺流程、多种不同用电设备的工业用户进行电压暂降评估,并制定相应的治理措施.对于一工业园区,在兼顾补偿效果和治理成本的目标下分别求解两种评估模型下的电压补偿装置配置方案,验证了本文电压暂降经济损失评估方法的合理性.     

基于系统动力学的电站热力系统建模与仿真

从物质和能量传递过程均衡性的角度,提出基于系统动力学原理,以因果关系和存量流量关系为载体,从相对宏观的层面构建电站热力系统动态模型的建模方案。论述将系统动力学原理应用于发电过程建模的适用性,以盘山电厂N-36000-1型凝汽系统为例,给出系统动力学建模的基本过程,通过仿真及实际运行数据的对比分析,验证了所建模型的有效性。研究表明,系统动力学模型具有因果关系清晰、模型表述贴切、繁简程度适当、描述现实能力强的特点,可作为发电过程建模及优化问题研究的有力工具。     

尼尔基水利枢纽在嫩江流域水资源调控中作用

尼尔基水利枢纽是嫩江上唯一的一座大型综合性控制工程，具有防洪、工农业供水、发电、航运、环境和湿地保护等综合利用功能。对嫩江流域在自然演进中已被破坏的资源、环境、生态系统具有调控作用，可促进流域的经济、社会可持续协调发展。     

螳螂川蓝藻藻细胞密度和物种丰度的空间变化

受湖泊优势藻属的影响,富营养化湖泊下游河流的藻类方面呈现出独特的分布特征和沿程变化规律。本文以滇池出口河流螳螂川为研究对象,采用藻类分类学和统计分析方法,分析滇池出口处及下游螳螂川沿程的蓝藻物种组成特征,揭示影响蓝藻藻细胞密度/物种丰度变化的理化因子。分析结果表明:螳螂川的优势藻属为微囊藻属,细胞密度在蓝藻总藻细胞密度中所占的比例为79.77%~97.09%;蓝藻藻细胞密度沿程呈指数减少,与河段长度和水力停留时间呈显著负相关关系,与水温、流速、总磷和总氮之间没有显著相关性。蓝藻物种丰度与水温呈极显著正相关(P0.01,R=0.78**)关系,与流速呈显著负相关(P0.05,R=-0.70*)关系。上述相关关系说明螳螂川中较强的水动力条件是导致蓝藻藻细胞密度沿程减少的主要原因。     

基于水文情势分析的闸控河流生态需水调控模型研究

闸坝建设和运行必然引起河流水文情势自然状态改变,并对河流生态系统产生影响,因此,开展闸控河流生态需水调控研究对河流生态修复和改善具有重要意义。基于河流水文情势变化对河流生态系统影响分析,提出了基于水文情势需求的河流生态需水计算模式;以河流生态系统恢复为目标,综合考虑河流生态和经济社会用水需求,构建了考虑自然水流情势的闸坝生态需水调控多目标模型;采用多方案模拟技术方法,分析了不同闸坝调控方式下的河流生态需水方案。结果表明,考虑生态需水的"天然水流模式目标最大"调控方式,比经济社会用水优先的"水量分配目标最大"调控方式,对河流水文情势关键指标的改善作用更加明显,更有利于河流生态系统健康发展。     

河流生态流量研究发展历程与前沿

水库、闸坝、渠道等水利工程的修建,改变了河流的水文情势和河床地貌演变规律,造成了河流的生态功能减弱和生物多样性减少,河流生态流量逐渐成为水资源领域研究的热点。本文对近30年来河流生态流量理论的相关研究进行了综述,梳理了河流生态流量理论的发展脉络,归纳总结了国内外河流生态流量研究的发展阶段及其主要特征。在当前变化环境下,生态流量研究更加关注生态系统整体性、模型机理性及生态调度实践中的可应用性,而气候变化、空间异质性和生态-社会交互作用逐渐成为河流生态流量研究的前沿和热点问题。     

河道生态基流的功能及价值研究——以渭河宝鸡段为例

枯水期是水资源短缺地区河道生态基流保障的关键期,枯水期河道生态基流的功能包括生态环境功能(避免河道断流、维持湿地生态系统、水质净化、营养物质输移)、自然功能(水文循环)和社会功能(水产品生产、休闲娱乐景观、提高生活品质)。这些功能可借鉴与应用资源环境经济学方法来计算价值,再加和得到河道生态基流的总价值。以渭河宝鸡段林家村水文站断面为例对所建立的方法进行测算和实例分析,结果表明,2010年渭河宝鸡段河道生态基流功能价值中,生态环境功能价值(67517万元)自然功能价值(15463万元)社会功能价值(12199万元);总价值为95179万元,单位水量价值为12.56元/m3。     

美国迈卡伦湿地河流主槽-洪泛区水力连通特征

基于先进的Ad H水动力学计算模型,以美国内华达州塔基河迈卡伦研究域为例,从主槽-洪泛区系统的流场特性、不同河道形态下的跨界流量分布以及粒子在系统内运动传输规律三个方面,详尽地分析洪水过程下主槽与洪泛区之间的水力交互连通关系。研究结果表明,在洪峰流量期间,有接近60%的洪峰流量从洪泛区经过,约为主槽流量的1.52倍;主槽-洪泛区之间的跨界流量交换方向和量级受到河流形态和洪峰流量的共同影响;粒子示踪统计结果表明绝大数(85%)粒子能够至少一次穿过河流边界,揭示出主槽和洪泛区之间存在较强的水体交换,此外,粒子运动轨迹和停留时间分布特点反映主槽-洪泛区系统水力交互关系具有较强的时空分异特性。     

基于高效高精度栖息地模型的生态流量研究

为实现水电开发和生态保护的和谐发展,科学、定量、高效地分析水电站运行对河流生态的影响,已成为当前水利科学研究的热点。本文将基于Godunov格式有限体积法求解的水动力模型与栖息地适宜模型相耦合,并引入GPU加速技术,建立高效高精度栖息地适宜模型。以野狐峡下游为研究河段,花斑裸鲤为目标鱼类,对不同流量下河段产卵生境进行模拟,以确定电站建成后适宜目标鱼类产卵的生态流量。结果表明：流量在87.5～139m³/s和338～562.5 m³/s时,适宜花斑裸鲤繁殖的有效栖息地面积占其最大值的90.0%以上。为保障产卵栖息地状态良好,建议生态流量在499.2 m³/s附近。该成果对保护黄河上游土著鱼类栖息地具有重要的生态意义,也可为评价水利工程对水生生物的影响提供科学支持。     

云南松花坝水源区水质藻类生物学评价与影响藻类生长的因素研究

为开展松花坝水库水源区藻类在线监测预报预警,消除水华（生物污染）的威胁,运用藻类分类学、藻类生理生态学等技术手段,对云南省松花坝水源区藻类开展种层级的普查,利用藻类生物多样性指数和藻类指示特性,对水质进行生物评价,然后,在了解藻类生活史基础上,将流速、流量、水位等水文信息与藻类种类组成、生理特征、行为习性等生物信息结合的方法,运用水库生态调度方式和水利手段对藻类进行调控,抑制藻类生长、繁殖和扩散,有效地控藻除藻。调查研究表明,松坝水源区藻类经鉴定有7个门11纲12目18科30属48个种及变种,有较多清水型藻类,水质总体较好,但有富养化趋势,可能发生甲藻水华（生物污染）,暴发时段可能时段在5月底至六月初,暴发地点为谷仓坝。当流速超出（0.5～0.85）m/s区间或水位发生0.05m的变化或水温发生2℃的变化,藻类群落结构与组成发生巨变。     

水工弧形闸门流激振动特性物模-数模联合预测与安全分析

水利工程中的弧形闸门对整个枢纽的安全至关重要,而水流诱发闸门振动现象很普遍,其动力安全关系到整个枢纽建筑物的安全,对闸门流激振动响应的合理预测是水利工程中的一项重要研究课题。基于嘉陵江新政工程弧形闸门实例,运用物理模型和数学模型对该闸门流激振动特性进行了预测,综合考虑了整个闸门体系的耦合作用以及流固耦合效应,用物理模型仿真模拟了水力系统-闸门结构系统-支撑系统（闸墩）整体耦联振动,强调闸墩对闸门振动的影响,突破了以往将闸墩处理成刚性的方法。提出用三维板壳单元建立闸门空间数学模型并进行动力分析,最后联合物理模型和数学模型对其进行了动力安全分析,提出避免危害振动的措施。     

考虑河流生态保护的水电站水库优化调度研究

为减轻水利工程建设对水库下游造成的不利生态影响,针对水库下游减脱水河段的生态保护问题,基于河道最小生态流量和适宜生态流量定义了减脱水河段的生态保护程度,提出了以生态保护程度和发电量最大为目标的水库生态优化调度模型,并采用改进NSGA-Ⅱ算法对模型进行求解?运用该模型对湖南省刘家坪水电站水库进行实例研究,结果表明：优化调度可对下游减脱水河段的生态环境起到保护作用,电站生态保护程度随着发电效益的增加而减小;均衡考虑生态效益和发电效益的调度方案相比发电效益最优的方案生态保护程度由0.011提高至0.551,发电量降低20%,能够在不大幅降低发电量的基础上基本满足最小生态流量的要求,可作为实际调度的参考。