Comparison and Assessment of Success of Models in Watershed Simulation and Management

In Jordan, Zarqa River Basin (ZRB) has been taken as a case study for applying water management models because of its limited water resources and due to the fact that the basin is dwelling with about 52% of Jordan’s population. The surface water resources are mainly used for agriculture because they are mixed with treated water and cannot be used for domestic purposes. This paper aims to demonstrate the contributions of Models in watershed management that provide indirect ways of assessing and confirming the success of models in water flow simulation. The method includes transferring the computed hydrologic parameters for Zarqa basin’s sub-catchments within Watershed Modeling System (WMS) into Water Resources Model (WRM) and HEC-1 models. Then the results of the HEC-1 and WRM models are compared according to their basin’s simulation with the real basin. The study includes description of the HEC-1, WRM models philosophy, the models representation, and simulation results and analysis of the Zarqa River Basin. Comparing the results of WRM and HEC-1 models proved their simulation efficiency in predicting the flow of Zarqa River Basin. Nevertheless, the philosophy of HEC-1 is a single storm event and is based on values of curve number, while WRM philosophy describes the water flow and availability, and demand and supply balance on a daily basis across the basin. The models’ predictions for the real flow definitely establish the modeling certainty and help the water resources’ developers to incorporate different basin features for watershed representation, simulation, and management. Hence, the certainty of the results in modeling provides indirect ways of assessing the success of models’ simulations.

黄河流域资源型城市碳达峰情景模拟研究

自然灾害与极端天气频发,各城市有效推进碳减排已刻不容缓,尤其是黄河流域的资源型城市,地区经济发展主要依赖高耗能、高排放的资源产业,使得减排降碳任务更为艰巨.本文基于黄河流域资源型城市碳排放数据,首先采用贝叶斯模型平均法进行因子选择,从影响碳排放的多种影响因素中提取重要信息,找出后验概率值大于50%时的几个变量作为影响碳排放的重要因素.其次,基于黄河流域资源型城市面板数据,结合情景分析法,在基准情景、政策导向型情景和科技驱动型情境下,构建个体时点双固定效应面板数据模型预测不同情境下各地区的碳排放量.结果表明:煤炭消费量、城镇化率、水泥产量、人均GDP、天然气消费量和第二产业在GDP中的比重是影响黄河流域资源型城市碳排放量的主要因素;通过比较政策导向方案和技术驱动方案,可以发现政策导向方案是一个渐进的过程,而技术驱动的碳减排效果更加快速和明显,基准情形下黄河流域资源型地区难以实现2030碳达峰目标.

淠史杭灌区干旱推演及抗旱预案调控研究

水资源干旱是限制灌区可持续发展的关键因素。为提高灌区的干旱防治能力,使其更好的发挥其在节水、减灾方面的作用,以淠史杭灌区为研究区,通过划分水资源配置子单元和设置调蓄节点,采用公平性最优和供水缺水率最小作为目标函数,总量控制、供水能力、分质供水等作为约束条件,采用基于精英策略的非支配遗传改进算法求解,构建区域General Water Allocation and Simulation Model(GWAS)模型;以2022年为现状基准年,与2023规划年组合,分为连续干旱与不连续干旱两大类,基于灌区水资源“应急干旱三次平衡”调控思想,分析灌区水资源在不同干旱情景下缺水的基础上,展开水资源抗旱配置研究,推演分析不同抗旱方案下水资源供需平衡情况。结果表明:连续干旱年中,灌区2023规划年在情景Ⅰ(P=90%)、情景Ⅱ(P=80%)来水频率下,各乡镇配置单元均存在不同程度的缺水情况,区域总缺水率分别为35.1%、20.8%;不连续干旱年中,2023规划年在情景Ⅲ(P=50%)来水频率下,模型基准配置水量基本可以满足区域各乡镇水量需求,区域总缺水率为5.9%。经不同抗旱方案尾部泵站补水、调整作物种植结构及外调水的优化配置后,三种情景下区域总缺水率最终都降为0%,优化后各配置单元供水改善效果显著。研究成果可为淠史杭灌区未来在应对不同干旱类型情景下水资源的合理调整提供技术支撑,并且可为实现该区域水资源统一管理和水量的统一调配提供理论依据。

基于数学模型的5G通信网络资源分配优化研究

文章研究了5G通信网络中的资源分配优化问题,通过构建线性规划数学模型,并采用单纯形法进行求解,应用结果表明,优化后的资源分配方案显著提高了网络的整体性能,包括网络吞吐量和用户满意度,并对不同资源分配策略进行了对比分析,验证了数学模型在5G通信网络性能优化中的有效性。

基于SD模型的乌苏市水资源承载力仿真与情景模拟

乌苏市位于天山北坡经济带中部,是天山经济带的核心开发区。由于水资源短缺,乌苏市核心经济开发区的建设受到了阻碍。因此,研究乌苏市水资源的最优可持续发展模式已成为迫切需要解决的问题。基于系统动力学原理,利用Vensim软件,建立乌苏市系统动力学模型,拟定4种不同的发展情景模式,基于乌苏市2010—2020年的有关历史数据,预测了2021—2030年乌苏市水资源承载力的动态变化,从而找到改善乌苏市水资源承载能力的途径。结果表明:现状延续型情景下乌苏市2030年的需水总量达9.83亿m^(3),超过乌苏市2030年用水总量控制目标,缺水量达2.66亿m^(3);在现状延续型、协调发展型、经济发展型和节水型4种情景下,乌苏市2025年的水资源供需比分别为0.71、0.80、0.69、0.89,2030年的水资源供需比分别为0.73、0.85、0.68、0.92;乌苏市水资源承载力一直处于供需不平衡的局面,只有协调发展情景下,乌苏市水资源供需比较高且趋向良性发展模式;现状延续型情景下,2022—2030年,乌苏市的水资源承载状态均为临界承载状态,且随着时间的推移,承载状态将逐渐恶化,未来乌苏市的水资源将无法承载起社会经济的发展规模。研究成果可为乌苏市水资源的高效合理利用提供理论依据。

基于GIS的建设用地适宜性和后备资源潜力评价

为协调生态环境保护与经济社会发展的关系,促进土地资源可持续利用,以都匀市2010年和2020年两期遥感影像作为数据源,经遥感影像解译生成两期土地利用数据,从自然环境和社会经济因素选定评价因子,构建建设用地适宜性评价指标体系。运用斑块生成土地利用模拟(PLUS)模型确定指标权重,利用地理信息系统(GIS)空间分析对建设用地适宜性和后备资源潜力进行评价研究。结果表明:适宜区、较适宜区、一般适宜区、欠适宜区和不适宜区分别占研究区土地总面积5.84%、15.76%、24.09%、28.89%、25.43%,适宜性等级以不适宜区为主;在空间分布上,适宜区分布在老城区中心区、匀东经济开发区中心区、甘塘工业园区的中心区和各乡镇的政府驻地,欠适宜区和不适宜区分布在高程较高、坡度较大,林地、草地集中分布的山区;后备适宜建设用地面积为61 982.1 hm^(2),适宜区、较适宜区、一般适宜区分别占后备适宜建设用地面积10.34%、34.6%、55.04%;适宜区规模最小,是城市未来发展的主要方向;建设用地适宜性等级的空间分布与研究区2020年土地利用现状实际分布相符,对区域的规划建设用地工作具有参考意义。

Using TOUGH2 numerical simulation to analyse the geothermal formation in Guide basin,China

The Guide sedimentary basin is located in the northeastern part of Qinghai-Xizang Plateau,which is rich in geothermal resources.However,exploitation of the geothermal resources has so far been limited,because of limited understanding of the resources quantity and storage gained from scientific researches.In this study,using a typical cross section across the basin and taking into account its geothermal and geological conditions,a new waterheat coupled model was built and associated modelling was done by the software TOUGH2.During modelling process,the accuracy and applicability of the model was confirmed through the calibration of relevant parameters for modelling the heat and water transport and the formation of geothermal reservoir across the basin,with particular focus on the Neogene geothermal field.Results show that the groundwater that flows from the basin margins to the center is heated by the Neogene and Paleogene sedimentary rocks with high geothermal gradients.Since the east-west extending fault F1 is conductive,it acts as preferential flow paths which on one hand provide additional and rapid flows to the thermal reservoir;and on the other hand,cool down the thermal water to a certain extent due to the infiltration of shallower water sources in the vicinity of the fault.Furthermore,the estimated geothermal resources quantity is close to that of previous studies.In comparison with the Paleogene rock formations,the Neogene geothermal reservoir shows a better nature in terms of water content,aquifer permeability and resources exploitability,although the resource quantity of the Paleogene reservoir is considerable.

基于Plant Simulation的多品种小批量生产系统仿真研究

针对传统大批量重复性生产模式的制造管理思想不再适用多品种小批量的生产模式,建立了基于Plant Simulation软件的仿真模型,并实现了在瓶颈资源排产、缓冲设置和转运批量等方面的参数化设置.通过对不同仿真方案运行和仿真结果比较分析,为企业决策提供了可靠的支持.

北京市大型医院空间优化与再配置的计算实验研究

医疗资源的合理布局是构建高质量医疗体系的重要基础。随着北京疏解工作的全面启动,以往高度集中布局的北京医疗资源需要重新配置。如何实现优质医疗资源空间布局的优化,既要解决“看病难、看病贵”,还不能加剧北京的“大城市病”,这是疏解面临的新课题。研究以计算社会科学的方法为基础,北京医疗资源疏解为背景,开发基于agent的城市医疗资源空间配置和布局的计算实验平台,讨论“点轴放射”模式和“组团”模式等不同布局情景下居民的居住选择和就医行为,“动态”观察和评估不同模式在平常和应急两种状态下资源配置的合理性和有效性。计算实验结果表明,“点轴放射”模式的医院布局在空间分布上更加均匀,能够随着人口的迁移互动逐渐形成自己的服务半径,效果略好于“组团”模式。然而,在灾情疫情等应急情形下,“组团”模式的医疗资源配置表现要显著好于“点轴放射”模式。研究表明,基于agent的建模和计算实验方法能够为利用真实数据建立现实模型展开这类布局事前研究和规划提供坚实的基础。

基于混合式教学手段构建的研究型教学模式研究

为解决我国高等教育与国家对创新人才需求之间的差距和存在的问题,积极探索建设创新人才培养的模式和开展创新性本科人才培养改革实践。该文采用当代认知心理学的研究成果将知识点划分为陈述性知识、程序性知识和策略性知识三类,提出充分挖掘和利用讲授知识点中蕴含的科学思维和研究方法,以此作为教学情景设计的依据创建实际教学情景,根据知识点类型和特点选择并实现线上和课堂教学的有机融合,从而驱动知识点传授的教学过程。按照视频资源、多媒体互动课件、虚拟仿真教学软件等形式搭建教学资源的网络平台,保障基于知识驱动的混合式教学手段实施研究型教学活动所需的物质资源。构建教学过程中对学生的动态评价体系和方法,引入PDCA循环管理理论形成自我修复和完善的以培养学习和探索知识的兴趣、激发学生学习的主动性、训练其科学思维和创新能力、养成以科学研究的精神和科学态度为目的,完成高层次、复合型、多样化的高素质创新型人才的培养目标的研究型教学模式。

面向多FPGA实时仿真器的资源优化配置方法

“双碳”背景下高比例新能源和电力电子设备的接入给电力系统实时仿真带来了巨大挑战。针对有限计算资源和实时性约束下新型电力系统的高效精确实时仿真,研究了基于现场可编程门阵列(FPGA)的实时仿真计算任务剖分与资源配置方法。首先,从计算资源需求和实际解算用时两个维度,对实时仿真器不同仿真架构下的解算单元和功能模块进行精细化建模,进而建立实时仿真任务的时-空需求模型。在此基础上,建立多FPGA实时仿真器的仿真优化配置模型,以发挥实时仿真器的最佳解算性能为目标,合理剖分大规模复杂仿真任务,优化配置逻辑资源、存储器等各类计算资源。最后,通过IEEE 123节点以及中国某实际配电系统算例测试,验证了所提时-空需求模型的正确性与优化配置方法的有效性。

灌区多水源联合利用的模拟-优化耦合模型研究

【目的】构建灌区多水源联合利用的模拟-优化耦合模型,实现灌区多水源的合理配置。【方法】以不同水源的引水比例为决策变量,以用水成本最小、用水效率最高以及在约束范围内地下水位抬升幅度最大为目标,基于半分布式水量平衡模型与Pareto遗传算法构建灌区多水源联合利用的模拟-优化耦合模型,并对东北三江平原水稻灌区典型区域进行典型年与长时间序列的多水源优化配置。【结果】本研究构建的模拟-优化耦合模型得出的典型年内配水方案可以很好地处理目标函数间的复杂关系,得出倾向于不同目标的多水源配置方案;长时间序列多水源优化配置可实现灌区年际间的水资源调控,在控制用水成本与提高用水效率的同时,对地下水位进行长期调控,实现地下水采补动态平衡;通过调整目标函数,模型可以根据地下水位恢复时间的快慢制定出多水源配置方案;与现有配水方案相比,常规灌溉与控制灌溉条件下优化方案的用水效率基本保持不变,但用水成本分别降低4.3%与23.8%,净地下水补给量分别增加0.52×105 m3/hm2和1.73×105 m3/hm2。【结论】在综合考虑用水效率、用水成本的前提下,本研究建立的灌区多水源联合利用的模拟-优化耦合模型可得出有利于灌区地下水可持续发展的多水源配水方案,为灌区多水源配水技术提供理论支持。

基于SWAT模型的西枝江流域洪水资源利用潜力研究

科学评价洪水资源利用潜力是高效利用流域洪水资源与缓解水资源供需矛盾的前提。为评估西枝江流域不同河段洪水资源利用潜力,通过构建SWAT模型模拟西枝江流域多年天然径流过程,基于极限分析理论量化评价上、中、下游河段的洪水资源利用潜力,并结合水质条件探讨西枝江流域洪水资源利用的可行性。结果表明,SWAT模型在西枝江流域径流模拟方面具有较好的适用性;该流域洪水资源年际分布不均,洪水资源利用潜力年际差异较大;下游洪水资源利用条件优于上游,但下游河段的洪水资源利用率较低,下游多年平均现状和理论利用潜力分别为3.48×10^(8)、7.97×10^(8)m^(3);西枝江流域干流河段水质指标均不低于Ⅲ类标准,洪水资源利用具有可行性。研究结果可为西枝江流域洪水资源优化配置提供支撑,对实现流域高质量发展具有重要参考价值。

磁性高钛模拟月壤IRSM-1的研制及其性质研究

对月球的探测已进入以月球原位资源利用(ISRU)为主的新阶段,系统掌握月壤特殊的力学响应与工程特性对月球资源开发利用具有重要意义。迄今为止,绝大多数针对月壤及模拟月壤性质的试验研究都是在地球上开展的,忽略了月面环境,尤其是低重力环境对这些性质的影响。地质力学磁力模型试验可以结合磁性相似材料模拟月面g/6的低重力环境。由于目前已有的模拟月壤磁性极弱,无法满足磁力模型试验的要求。因此,研制了一种具有一定磁性的高钛模拟月壤IRSM-1并测试了该模拟月壤的成分及性质。将测试结果与部分月壤及模拟月壤的性质进行了对比分析。结果表明:IRSM-1模拟月壤的化学矿物成分与高钛月壤相似,其物理力学特性在月壤的范围之内,较好地还原了真实月壤的基本特性。此外,IRSM-1还具有一定的磁性,可以作为磁力模型试验的相似材料。

基于系统动力学模型的江西省水资源承载力评价

为研究江西省水资源承载力现状,缓解江西省用水压力,结合江西省水资源特点构建水资源承载力评价指标体系,以历史数据为支撑,构建水资源承载力系统动力学模型,并设计4种发展情境,通过模型仿真得到不同情境下的各指标参数变化,基于层次分析法确定指标权重,计算不同情境下的水资源承载力变化。结果表明:①在现状发展情境下,江西省的水资源承载力处于轻微超载状态;②高速发展情境下,江西省水资源承载力超载情况愈加严重;③在节水治污和综合发展情境下,水资源承载力均得到改善,后者的改善程度更高。综合发展情境是符合江西省可持续发展的最优发展情境。该研究可为江西省水资源管理规划提供参考与依据。

基于资源共用调度的离散型柔性化生产线仿真分析方法研究与应用

针对多个终端加工设备共用一个输送转接设备,且加工产品种类较多的离散型柔性化生产线,如无人化下料切割线、全自动机加线、全自动焊接岛等,文中提出采用知识建模和系统仿真方法进行仿真预演和数据统计分析,以解决传统经验设计因无法考虑加工不确定性、资源共用调度等复杂因素而难以准确计算线体产能、设备负荷率等关键评价指标的问题。同时,仿真模型可为后续生产计划制定、验证和优化提供虚拟制造预演平台。

基于数字孪生的铁路货运站场资源可视化系统

针对铁路货运站场资源占用规模大、设施设备种类多、调度作业频繁复杂、站场内部资源缺乏系统性管理等问题,设计基于数字孪生的铁路货运站场资源可视化系统。结合站场资源管理的实际需求,详细阐述数字孪生应用原理及架构,通过精细化建模与仿真、交互与协同、数据融合和分析等关键技术,实现了对站场箱位、货位、股道、车辆等信息的维护和管理。应用表明,该系统可增强站场内部资源间的协同性及数据共享能力,有助于提高铁路货运站场的作业效率和管理水平。

Quantifying the Cloud Water Resource:Methods Based on Observational Diagnosis and Cloud Model Simulation

Based on the concepts of cloud water resource(CWR)and related variables proposed in the first part of this study,this paper provides details of two methods to quantify the CWR.One is diagnostic quantification(CWR-DQ)based on satellite observations,precipitation products,and atmospheric reanalysis data;and the other is numerical quantification(CWR-NQ)based on a cloud resolving model developed at the Chinese Academy of Meteorological Sciences(CAMS).The two methods are applied to quantify the CWR in April and August 2017 over North China,and the results are evaluated against all available observations.Main results are as follows.(1)For the CWR-DQ approach,reference cloud profiles are firstly derived based on the Cloud Sat/CALIPSO joint satellite observations for 2007–2010.The NCEP/NCAR reanalysis data in 2000–2017 are then employed to produce three-dimensional cloud fields.The budget/balance equations of atmospheric water substance are lastly used,together with precipitation observations,to retrieve CWR and related variables.It is found that the distribution and vertical structure of clouds obtained by the diagnostic method are consistent with observations.(2)For the CWR-NQ approach,it assumes that the cloud resolving model is able to describe the cloud microphysical processes completely and precisely,from which four-dimensional distributions of atmospheric water vapor,hydrometeors,and wind fields can be obtained.The data are then employed to quantify the CWR and related terms/quantities.After one-month continuous integration,the mass of atmospheric water substance becomes conserved,and the tempospatial distributions of water vapor,hydrometeors/cloud water,and precipitation are consistent with observations.(3)Diagnostic values of the difference in the transition between hydrometeors and water vapor(Cvh-Chv)and the surface evaporation(Es)are well consistent with their numerical values.(4)Correlation and bias analyses show that the diagnostic CWR contributors are well correlated with observations,and match their numerical counterparts as well,indicating that the CWR-NQ and CWR-DQ methods are reasonable.(5)Underestimation of water vapor converted from hydrometeors(Chv)is a shortcoming of the CWR-DQ method,which may be rectified by numerical quantification results or by use of advanced observations on higher spatiotemporal resolutions.

Water Resources Operation and Management Model and Its Simulation Process Research

Based on the status quantity of water resources in Xi′an region, a commentary on many math models is given for water resources operation and management, and the visual model is provided to solve practical problems. In this model, the information for decision is visible in GIS (Geographic Information Systems) and topological figures. With object orientation methods, the objects are described in proprieties, methods, relations and time periods. The simulation process of the model is developed with Delphi and MapInfo, and the real decision scheme could be examined and practice decision process can be simulated from which. Decision analysis conducted from visual conditions is believable. The exploration to visual model is a beginning of practice research, much more study of which still needs to do.