城市水资源系统动态模拟基础教学的课件设计与实践

水资源系统动态模拟是《水资源利用与保护》课程的难点,在给排水专业学生普遍没有学习过优化技术的情况下,若仅凭想象,学生在学习时有一定困难。该文介绍了一种"水资源系统动态模拟"课件设计思路,包括课件设计的基本思想、总体设计、主要内容及应注意的问题,直观、简洁地将本章内容向学生展示。

城市水资源循环利用的多情景系统模拟分析

城市水资源的循环利用对于缓解供水压力具有重要意义。在进行城市水资源系统循环分析的基础上,采用系统动力学方法,对各种水资源循环利用情景进行了量化模拟分析。在水资源自然循环中,生产用水增长率为1%时,水资源供给量均大于需求量;而生产用水增长率为10%时,2019~2021年缺水量从9.74×102 t快速增加到1.33×104 t;社会循环中,污水回用率从90%提高至95%,回用水量将不断增大,2021年增加量约达1×108 t,而GDP从1%提高至5%,将直接增加污水排放量,2021年的增加量约为6×1010 t;社会经济循环中,污水回用率从90%提高至95%,将节约新鲜水的需求量,节约量从2016年的4.98×107 t增加到2021年的1.139×109 t。结果表明:GDP增速不变时,污水回用率增大,可降低新鲜水的需求量;污水回用率不变时,GDP增速越大,污水排放量越大,应采取管理措施提高水资源循环利用率。

中山市水资源系统动态模拟与敏感性分析

为满足区域水资源可持续开发与高效利用条件下中山市未来的社会经济发展需求,构建了系统动力学模型,模拟中山市经济社会、水资源供需及水环境的变化趋势,采用了熵权TOPSIS模型进行参数敏感性分析,综合评价不同参数变化对2030年和2040年水质、水量以及经济社会的影响。结果表明:常规发展模式下,中山市水资源供需矛盾逐渐凸显,水环境恶化愈发严重;控制用水量的方案对促进区域可持续发展的作用较为明显,且万元工业(不含火电)增加值用水量的减少产生效果最为显著;不同参数调整方案对水资源系统近期及远期的影响不尽相同,为使水资源管理政策更加适合长远的发展,应重视远期作用明显的参数调整方案。

基于多智能体系统的城市增长时空动态模拟——以江苏省连云港市为例

城市化是土地利用/覆盖变化中最典型形式之一,探索城市增长的驱动机制并预测其未来变化,对于实现城市可持续发展十分重要。鉴于多智能体系统强大的模拟复杂空间系统的能力,基于联合"自上而下"和"自下而上"决策行为的视角,构建了一个城市增长时空动态模拟多智能体模型,在模型中,宏观Agent实施的"自上而下"的宏观土地利用规划行为和微观Agent自主发起的"自下而上"的微观土地利用空间诉求行为通过二维空间网格相互作用,并通过联合决策共同推动研究区域的城市化进程。以连云港市中心城区为例,考虑了基于目前趋势、经济发展优先和环境保护优先的3种目标情景,并进行了相应的城市增长情景模拟。模拟结果表明:联合"自上而下"和"自下而上"决策行为的城市增长时空动态模拟多智能体模型能够充分发挥多智能体系统的潜力来了解城市化的驱动机制,为城市管理提供基于情景分析的决策支持。

基于SD模型的干旱区城市水资源承载力模拟与预测——以包头市为例

运用系统动力学模型对包头市城市水资源承载力进行了模拟和预测,指出包头市在未来经济社会和人口、城市发展规划中,要充分考虑水资源承载力因素,采取统筹兼顾,合理利用当地地上、地下和黄河水资源,改变过去“以需定供”的水资源利用策略,本着“以供定需”的原则,力争做到经济社会发展的速度和规模在水资源承载能力范围之内,达到地区水资源开发利用与经济社会、环境协调发展的良性状态。

济宁都市区城市群复杂水源系统水资源配置研究

以济宁都市区城市群为例，综合考虑了城市群人口产业集中、城镇密度大、水源复杂、需水量大、保证率要求高等特点，有针对性的进行了城市群复杂水源系统下多目标供水研究探讨。提出了保障城市群经济、社会、生态全面健康发展的水资源配置方案，对于改善城市群供水格局，减少城区地下水开采，保障城市群供水安全，创造良好的城区生态环境具有重要的指导作用。

城市水资源水环境系统多阶段灰色动态仿真模型

本文依据城市人口、经济、水资源和水环境之间的相互影响、相互制约关系，建立了城市水资源水环境系统多阶段灰色动态仿真模型，以预测不同仿真方案下城市水资源与水环境系统的变化。理论分析和实例计算表明，本文建立的模型和提出的计算方法具有较强的实用性和通用性，为解决城市水资源水环境系统规划问题提供了一条有效途径。

城市暴雨径流模拟及动态显示系统

城市暴雨径流模拟及显示系统科学、可靠、直观、速度快,非常适于实时城市防洪决策需要。系统可移植性、可扩充性强,使得系统随时可以根据实际应用的需要进行更新与升级。

城市公交系统动态模拟

交通紧张是大城市最突出的问题之一,我国在发展城市经济的同时,公交运输问题的解决势在必行.运用系统动力学的原理和方法,在具体分析城市公交系统诸方面因素的基础上,构建了城市公交系统的动力学模型,该模型一方面可通过计算机仿真模拟,另一方面将图形方式与数量方式相结合,展开系统分析.

基于SD模型的干旱区城市水资源供需分析——以新疆克拉玛依市为例

为确定克拉玛依市水资源系统存在的问题,实行严格的水资源管理制度,落实"三条红线"控制指标,利用系统动力学模型对克拉玛依市水资源供需状况进行定量模拟,并在对水资源供需平衡的敏感性影响因子进行分析的基础上,提出了传统型、一般治污型、强化治污型、一般节水型、强化节水型和综合型等6种模拟方案。几个方案的模拟结果表明:(1)传统型方案的水资源供需缺口年均增加0.173×10~8m^3,2030年供需缺口将达到2.59×10~8m^3;(2)强化治污型方案的水资源供需缺口年均增加0.171×10~8m^3,2030年供需缺口将达到2.57×10~8m^3;(3)只依靠治污不能满足水资源的需求量,而节水能够有效地改善水资源供需状况;(4)2030年,一般节水型和强化节水型方案的供需缺口分别为1.89×10~8m^3和1.2×10~8m^3,综合型方案的供需缺口会进一步降低为1.18×10~8m^3。根据上述结果,提出了将治污与节水相结合的管理措施,这将对改善克拉玛依市水资源的供需状况,维持水资源的可持续发展提供支撑。

基于双向可变电阻模块的杂散电流与轨道电位动态模拟系统

现代城市轨道交通中,杂散电流与轨道电位带来的安全问题日益凸显,上述问题的防治措施在现场验证协调难度大,因此杂散电流与轨道电位模拟系统受到广泛关注。现有模拟系统缺乏对列车运行工况和牵引变电站接地方式的考虑,应用范围受限。为此,提出一种双向可变电阻模块,用以模拟列车的不同运行工况;在此基础上,结合牵引变电站接地方式,进一步提出了三种动态模拟系统,详细研究了其应用场合、演化规律、参数选择和控制策略。仿真和实验结果表明三种模拟系统不仅可用于研究杂散电流与轨道电位的动态分布规律,还可对相应的防治措施开展实验评估,因此具有良好的应用前景。

基于供水模拟系统的高精度动态数据采集

针对城市供水模拟系统的多路数据采集与管理,建立了一套高精度动态数据采集系统。利用CR-42采集器将所有压力和流量传感器的信号收集并上传到PLC中,利用上位机软件收集后,以柱状图和曲线图的形式实时显示数据的变化。根据采集到的压力、流量信号,结合供水调度模拟方案,利用控制组态软件对变频器进行参数控制从而调整泵出水量和压力,达到优化调度和测试调度方案是否合理的目的。

基于生态系统服务的城市生态安全评估、制图与模拟

随着社会经济的发展,人类对自然生态系统的干扰导致多种生态系统服务的退化或丧失,严重威胁区域生态安全.生态系统服务是生态安全的重要表征,基于生态系统服务的城市生态安全研究可为城市可持续发展提供科技支撑和决策参考.本文在对生态系统服务与城市生态安全的概念界定基础上,梳理了两者间的关系,并从生态系统服务视角,探讨城市生态安全评估、制图与模拟的研究进展,指出存在的不足,提出城市生态安全未来研究的重点方向.即基于生态系统服务流的城市生态安全评估、制图与模拟;多元胁迫下的生态系统服务与生态安全的时空动态;耦合水-能源-粮食系统的生态安全框架构建;构建基于行为主体与生命周期的生态安全评估机制;运用遥感数据、社会经济调查数据以及智慧城市大数据等多元数据,宏微观尺度结合、大数据与小数据融合评价城市内部与外部生态安全,优化城市生态安全格局.

水资源复合系统动力学仿真模型研究

基于系统动力学原理与方法,构建了水资源—社会—经济—生态环境的复合系统动力学模型,并以大连市1995～2004年的城市用水、社会经济等统计资料为基础数据进行了模拟和预测。结果表明,模拟值与实际值基本吻合,对实现水资源与社会、经济、生态环境的协调发展具有重要作用。

交通信号控制系统的动态模拟分析

文章在对城市交通流量和交通控制设施调查和分析的基础上,利用VC++5.0编程,对交通信号控制系统进行动态模拟。该系统可对道路交通信号控制系统进行参数的优化计算或进行完善性和适应性的评估,也为教学实践、实验和理论研究的验证提供了一定的条件。

城市地面沉降与地下水动态监测信息管理系统的建立与研究

地面沉降与地下水资源是深受关注的城市环境问题。借助计算机技术、GIS技术及虚拟现实技术对大量的多元的地面沉降与地下水动态监测数据进行科学化的管理、模拟预测和可视化分析是非常重要的。本文论述了建立城市地面沉降与地下水动态监测信息分析系统的基本框架、主要功能和特点。

一种多区段地铁轨道电位动态模拟系统

在地铁系统中开展轨道电位与杂散电流防治措施的现场验证协调难度大,因此亟需一种多区段地铁轨道电位硬件动模系统,再现地铁系统中列车运行时的轨道电位动态分布特征.首先分析了可控电阻模块(Controllable Resistance Module, CRM),用于模拟列车运行过程中的轨道电阻变化规律;在此基础上,结合地铁系统的阻抗模型,进一步提出了多区段地铁轨道电位动态模拟系统(Multi-section Rail Potential Dynamic Emulator, MRPDE).研究了CRM和MRPDE的工作原理、参数设计和控制策略,并搭建相应的数字仿真模型和原理样机.仿真和实验结果表明:MRPDE能正确再现地铁系统轨道电位动态分布,进而为分段接入型轨道电位与杂散电流防治措施提供可靠的地面型试验平台.

居民用水单元微观模拟与对城市水系统规划的影响分析

在城市水资源短缺和水环境污染严重的情况下，城市污水再生利用和节水器具及工艺的广泛使用是解决城市水资源短缺的两条重要途径。污水再利用和节水技术的大规模使用所带来的影响是多方面的、巨大的，对这些问题的讨论无疑具有重要的现实意义。

北京市水资源政策对水资源承载力的影响研究

在对北京市水资源承载力特征及其影响政策分析的基础上,提出用系统动力学(SD)来定量研究不同政策对水资源承载力的影响。在水资源合理配置的前提下,以北京市社会经济环境系统为研究对象,建立北京市水资源系统动力学模型,并将水资源承载力指标融合在模型中进行计算。通过动态仿真模拟,预测北京市5项水资源政策———实施应急供水工程、推进再生水回用、调整工业产业结构、发展农业节水灌溉和提高用水价格对水资源承载力的长期影响,为确保北京市用水的长期安全和社会经济的持续发展提供科学的决策依据。研究表明,应急供水工程政策对北京市水资源承载力的影响最大,而若同时实施这5项政策,到2010年,可承载的工业总产值、农业总产值和非农业人口将分别达到9663×108元、417×108元和1527×104人。

城市抗震防灾能力评估的系统动力学模型

针对城市抗震防灾系统具有多层次大规模的复杂性、动态性、自组织等特点,提出了基于系统动力学理论的城市抗震防灾能力评估模型。首先,回顾了城市抗震防灾相关研究的发展,总结了以往城市抗震防灾系统研究的不足;其次,给出了基于系统动力学的城市抗震防灾能力评估模型构建的框架,建立了运用系统动力学构建城市抗震防灾能力评估模型的指标体系,并分析了城市抗震防灾系统的动态性和因果反馈机制,构建了系统基本的因果关系图和流图;最后,以某城市区域脆弱性为例进行了验证分析。