基于多项式混沌展开的水文模型参数敏感性分析

针对水文模型参数不确定问题,选取干旱半干旱地区开都河流域为研究对象,提出了基于多项式混沌展开的水文模型参数敏感性分析方法。首先在开都河流域多年气象、水文观测数据的基础上建立SLURP水文模型;然后利用稀疏网格配置法获得配置点对模拟径流量进行多项式混沌展开;最后根据混沌系数计算Sobol指标评估模型参数及其交互效应对径流的影响。结果表明,在参数主效应中选取的参数中Sobol敏感度指标最大的是降雨系数,最小的是深层地下水截留常数;在交互效应中,浅层土壤蓄水容量和降雨系数之间交互效应最强,Sobol敏感度指标最大,浅层土壤截留常数与深层地下水截留常数之间交互效应最弱,敏感度指标最小。     

基于多目标GLUE算法的新安江模型参数不确定性研究

针对新安江水文模型参数的不确定性问题,以湘江湘潭断面控制流域为例,采用新安江日模型和两个纳什效率系数作为水文模型参数率定的目标函数,结合SCE-UA优化算法,分析了不同目标函数对实测径流的模拟能力,在此基础上进一步分析了单目标GLUE方法、多目标GLUE方法和NSGA-Ⅱ优化算法获得不确定性区间特征值。结果表明,不同目标函数对径流过程显示了不同的模拟性能;NSGA-Ⅱ算法可优化多目标拥有较小的不确定性区间,但区间对实测值的覆盖率较小;与单目标算法相比,在相同的区间宽度下,多目标GLUE方法具有更高的区间覆盖率。     

SCE-UA、SCEM-UA算法对改进的HYMOD模型模拟结果的影响

针对概念性水文模型如HYMOD模型参数不确定性问题,先对HYMOD模型进行改进,将模型设计成基于子流域的分散式;接着引入参数估计的SCE-UA和SCEM-UA两类算法,以湘江洣水流域为研究区域,对改进的HYMOD模型进行参数优化和不确定性进行了研究。结果表明,两种算法都能搜索到HYMOD模型的最优参数,使模型取得较好的径流模拟结果;但SCEM-UA算法可得到模型参数的后验概率分布,充分考虑模型参数的不确定性,具有更大的优势。     

基于SUFI-2算法的SWAT模型在修水流域径流模拟中的应用

为在江西修水流域高沙水文站以上汇水区域构建SWAT分布式水文模型,采用SUFI-2算法进行模型参数敏感性分析、率定、验证及不确定性分析,对修水流域1984~2003年月径流量过程进行模拟。结果表明,敏感度最强的前三个参数依次为土壤饱和导水率、土壤蒸发补偿系数和径流曲线数;率定期与验证期的纳什系数ENS值和相关系数R2值均高于090,月径流量模拟值与实测流量过程线拟合程度较好;95PPU置信区间的模拟值和实测值较为一致;不确定性区间较小,验证期小于率定期;实证了采用SUFI-2算法的SWAT模型在修水流域月径流模拟中具有一定程度的适宜性。     

清江流域SWAT模型多出口率定与单出口率定的比较

针对传统SWAT模型参数率定方法是以流域总出口为控制点的单出口率定,忽略了各子流域防洪要求以及不同子流域水文特征空间变异性的问题,利用清江流域26个雨量观测站及5个流量观测站1993~1995年的日资料数据,建立了基于SWAT模型的清江流域分布式水文模型,以各流量站点为子流域出口将整个流域划分为5个子流域,选取不同数目的控制点(2~5个)构成不同的多出口率定情景。与单出口率定结果对比发现,各多出口率定情景下流域总出口处的模拟精度与单出口率定结果基本相似,但在4个控制点的率定情景下,子流域出口处的模拟精度在率定期、验证期分别提高了11%~20%、2%~17%。表明多出口率定能在不降低流域总出口模拟精度的前提下提高各子流域的模拟精度;且对清江流域来说,选取4个控制点进行多出口率定时,模拟效果最好。     

SWAT模型在大尺度流域的应用探索

为检验SWAT模型在大尺度流域径流模拟的应用效果，构建了巴西巴拉那河上游流域分布式水文模型并分析了模型的敏感性参数，利用17个流量站进行模型参数率定和验证。结果表明，土壤蒸发补偿系数和SCS径流曲线数是影响模拟的最敏感参数；对于实测站点密度较大的子流域，模型可以较好地模拟流域径流变化，17个流量站中有11个站的R²值大于0.5;受降水数据不足和土地利用变化等因素的影响，模型验证期表现不如率定期。可见SWAT模型可以作为大尺度流域的径流模拟工具，但模拟精度很大程度上取决于降水数据质量。     

TOPMODEL模型在长江上游无资料地区的水文模拟

针对无资料地区水文模拟精度不高的问题,以长江上游李庄、朱沱、寸滩、宜昌四个子流域为例,假定其中一个流域无实测资料,其余流域为参证流域,分别选择TOPMODEL模型和新安江模型,以多目标算法MOCSCDE进行模型参数率定后,移用于无资料流域,开展水文模拟研究工作与结果分析。结果表明,TOPMODEL模型径流模拟结果与实际具有更高的拟合度,更适用于无资料情况下的流域水文模拟,为TOPMODEL模型在无资料地区的应用提供一定依据。     

子流域划分对HSPF模型径流模拟效果的影响

在水文水质模拟过程中,子流域划分数量直接影响模拟结果的精确度,确定最佳子流域划分方案对提高模拟精确度至关重要。基于PEST-HSPF模型,以中河流域为例,在相同参数及不同参数条件下,采用PEST自动校准方法,判断子流域划分数量对流量模拟精确度的影响。结果表明,在相同水文参数下,子流域划分数量变化时,模拟流量的纳什系数(NSE)和可决系数(R2)在0.65~0.78之间波动,其中子流域划分数量在10~20之间对模拟结果的精确度影响最大;在不同水文参数下,径流模拟结果的NSE与R2随子流域划分数量的增加先增大后减小,相对误差(RE)在子流域划分数量介于1~10之间时急剧下降后趋于稳定;子流域划分对HSPF水文模拟效果影响显著,表现出阈值效应,当划分数量超出阈值范围时,径流模拟精度均会受到很大影响。     

基于集合卡尔曼滤波的变化环境下渭河流域日径流模拟

流域水文模型是研究水文规律和模拟水文过程的主要工具,而流域气候和下垫面条件的变化给径流的准确模拟带来了新的挑战。以渭河华县水文站以上流域为例,采用智能优化算法(SCE-UA)对HyMOD模型首先进行参数优选,并针对传统"捆绑率定"策略模拟效果不佳的实际情况,将集合卡尔曼滤波(EnKF)数据同化方法分别应用于HyMOD模型的状态变量更新、参数更新及状态—参数的同时更新,并在渭河流域近50年的日径流模拟中进行了效果检验。结果表明,状态—参数的双EnKF策略获得了最满意的效果,模拟精度比传统模型率定方法有显著提升。     

基于集合卡尔曼滤波的变化环境下渭河流域日径流模拟

流域水文模型是研究水文规律和模拟水文过程的主要工具,而流域气候和下垫面条件的变化给径流的准确模拟带来了新的挑战。以渭河华县水文站以上流域为例,采用智能优化算法(SCE UA)对HyMOD模型首先进行参数优选,并针对传统“捆绑率定”策略模拟效果不佳的实际情况,将集合卡尔曼滤波(EnKF)数据同化方法分别应用于HyMOD模型的状态变量更新、参数更新及状态—参数的同时更新,并在渭河流域近50年的日径流模拟中进行了效果检验。结果表明,状态—参数的双EnKF策略获得了最满意的效果,模拟精度比传统模型率定方法有显著提升。     

基于GLUE方法的分布式水文模型BTOPMC参数不确定性分析

为了解分布式水文物理模型BTOPMC参数不确定性对模拟精度和预测结果的影响程度,以湄公河为例,采用GLUE方法对BTOPMC参数的不确定性进行了研究。在选定参数的先验分布为均匀分布的基础上,选择用累计似然分布的5%和95%的评价作为预测不确定性的界限,得到90%置信区间的降雨径流(洪水)过程线。结果表明,大部分时段实测洪水流量都落在了90%置信区间之内,说明采用GLUE方法对BTOPMC模型的参数进行不确定性分析是可行的。     

降雨时间尺度对BTOPMC模型参数及洪水模拟的影响

以分布式水文物理模型BTOPMC为平台,选取四川省东南地区湔江、石亭江、明江流域为研究区域,探讨降雨时间尺度对该模型参数的影响,以提高模型洪水模拟结果的精度,并为建立流域物理特性与模型参数之间的定量关系提供参考。结果表明,不同时间尺度下三个流域不同洪水过程模拟结果均较好,1h时间尺度下的模拟结果纳希效率明显高于2h、3h时间尺度。     

点源影响下的SWAT模型非点源负荷核定方法

在多参数模型应用中,单纯以控制断面资料为标准进行校核易导致模型参数的不确定性,而估算点源和实际点源输入的误差将进一步加大此不确定性。为解决点源影响下流域污染负荷核定问题,提出采用断面水质校核与流域输出系数评价相结合的方法进行SWAT模型的率定和验证,并将其应用于鞍山市南沙河流域污染负荷的模拟中。结果表明,南沙河断面水质模拟结果符合污染物质输出规律,不同土地利用类型的输出系数计算结果合理,可见SWAT模型在以点源污染为主的流域同样具有较好的适用性。     

沉沙池冲沙过程CFD模拟分析

沉沙池冲沙是复杂的固—液两相流瞬态过程,其数值模拟对校核冲沙能力、优化池型和布置等均具有重要意义。利用CFD商用软件FLOW-3D对冲沙池的冲沙过程进行模拟,并通过与物理模型试验进行对比,在确认其可靠性的基础上,以某水电站实际沉沙池为例进行流态和冲沙过程模拟,分析了不同冲沙底板开启方式对冲沙效果的影响。结果表明,沉沙池冲沙从冲沙底板开启段向两侧发展,初始时冲沙速率较快,冲沙量非常大,随后逐渐减小,冲沙也趋于平缓,FLOW-3D软件应用于沉沙池冲沙过程模拟可行,能较好地反映沉沙池冲沙过程中沙粒的运动规律。     

从传统理论体系到创新理论思维——以含油气盆地研究和烃源岩生烃理论为例

创新理论思维是产生创新理论的基础和前提,而创新理论是相对传统理论体系而言的,创新理论的形成其实就是从传统理论体系到创新理论思维的研究过程.例如目前在含油气盆地研究方面有两种思维方法:一种是传统大地构造理论体系,其研究内容主要是形态描述和成因分析,沉积盆地与油气富集的关系则主要通过含油气盆地类型与油气富集程度之间的统计数据来说明,这既误导了油气勘探的目标和方向,也误导了含油气盆地的研究方向;另一种是石油地质理论思维方法,它认为一个沉积盆地能否成为含油气盆地以及油气是否丰富,主要取决于盆地整体沉降阶段能否沉积完整的生、储、盖层及上覆岩层,特别是能否发育一套优质烃源岩并经热演化实现成烃过程,含油气盆地的研究内容主要是盆地发育史和石油地质演化史.在烃源岩生烃理论研究方面也有两种不同的思维方法:一种是干酪根热降解晚期生烃学说,它实际上是油页岩热解生成页岩油的翻版,其热降解模拟结果存在明显的理论脱离实际的问题,以生油岩的生油潜量代替实际生油量,导致用成因法计算的石油资源量存在概念性错误;针对该学说存在的问题,提出了烃源岩有限空间生烃理论思维的新概念,烃源岩在成岩演化和有机物热演化过程中,提供有机物热降解反应以及容纳生成石油的只能是烃源岩此阶段的孔隙空间,它是有限的,而且随着埋深的增加而减小.     

SWMM模型在深圳市民治河流域的应用

以深圳市民治河流域为研究区域,对组成排水系统的排水管网、道路和河道水系进行合理概化,构建了基于ArcGIS的排水系统数据库。利用流域DEM、街区和道路分布图在ArcGIS中对民治河流域进行子汇水区划分。由此基于双层排水系统思想构建民治河流域SWMM模型,并采用6场实测降雨资料对该模型进行验证,所得内涝淹没位置与实际调研情况基本相符,表明所建模型具有良好的精度和可靠性;分别对重现期为1、2、5、10、20年的设计暴雨情形下管道超负荷、节点溢流等情况模拟表明,该模型较好地评估了该流域排水管网的排水能力,为区域防洪排涝管理、调度、规划和雨洪资源利用提供了决策依据。     

Simulation and economic evaluation of biomass gasification with sets for heating,cooling and power production

In this work, syngas was used directly as fuel source for the renewable CCHP system, which can be producted through biomass gasification process. The advantages and limitation of entrained flow gasifier are compared, followed by discussion on the key parameters that are critical for the optimum production of syngas. Gasification agent of 450 °C temperature and 30 atm pressure has been proposed as a optical solution to a entrained flow gasifier using air as gasification agent at 0.27 ER (oxygen equivalence ratio), in that it provides a syngas of 5.665 MJ/m³ LHV and up to 77% gasification efficiency. Depending on the key parameters of gasification process, the properties of syngas produced can be varied. It is thus essential to thoroughly understand the cogeneration system to identify the suitable methods for a renewable CCHP system. These process was simulated using Aspen Plus to perform the rigorous material and energy balances. The results obtained from simulation and experiment agreed well. This paper later focused on economic evaluation of the entire process, as well as the environmental benefits. The renewable CCHP system could able to attain lower CO₂ and SO₂ emission with total energy efficiency and gas yield of 75.43% and 2.476 m³/kg respectively.     

中国南方地区VIC模型参数网格化公式及效果验证

以中国南方地区为研究区域,基于南方典型流域VIC模型的水文参数率定结果,运用多元逐步回归的方法分析了VIC模型水文参数与气候、土壤、地形地貌和植被因子之间关系,构建了中国南方地区VIC模型水文参数网格化公式,并对其进行了验证。结果表明,所建的南方地区VIC模型水文参数网格化公式均通过了显著性水平5%下的F检验,在验证流域上的应用效果较好,具有较高的模拟精度,为VIC模型在资料稀缺地区的应用提供了有力的技术支撑。     

An assessment study of evaporation rate models on a water basin with floating photovoltaic plants

Under the general topic of the impact of floating photovoltaics (FPVs) systems on water basins, the present study aims to model and analyze the effect of FPVs on the evaporation rate of water surfaces. The estimation of the evaporation of the water surface of a basin is usually calculated using mathematical evaporation models that require knowledge of some parameters (ie, solar radiation, humidity, air temperature, water temperature, and wind velocity). Thus, in the first section of this study, some evaporative models (EVM) for free water basin have been examined to evaluate which are the environmental variables used. On the basis of this analysis, new numerical models for the calculation of the daily evaporation rate have been developed using the design of experiments (DoE) method (three models) and the linear regression method (two models). The results of the developed models have been compared with the experimental measurements carried out by an evaporimeter; such comparison has highlighted the robustness of the proposed numerical models. Moreover, for estimating the evaporation rate in water basins partially covered by FPVs, further three numerical methods are proposed. Finally, the evaporation rates, arising by the installation of different typology of FPVs on water basins, have been evaluated as function of the energy balance on the water surface. It is possible to highlight that the amount of evaporated water depends not only on the percentage of surface covered but also on the characteristics of floating systems. Covering only 30% of the surface of a basin, it is possible to obtain up to 49% reduction in evaporation.