混合式抽水蓄能电站群容量计算研究Ⅱ:多尺度嵌套容量计算模型及实例

基于流域梯级水电站增建混合式抽水蓄能电站(简称混蓄电站),对保障新型电力系统安全稳定运行、促进新能源大规模发展和消纳具有重要意义。研究提出基于多尺度嵌套调度模型的混蓄电站群容量计算模型,该模型嵌套含混蓄电站的梯级水电站短期调峰模型、考虑短期调峰与综合利用供水任务的梯级水电站中长期优化调度模型两大核心模块;此外,针对该容量计算模型的高维特征,提出基于代理模型思想的求解方法。以黄河上游待规划的大型混蓄电站群为实例,分别计算混蓄电站单独开发、梯级开发、整体开发三种模式下电站装机容量以及抽水调峰效益,并推导理论公式揭示混蓄电站抽发循环效率及抽水时长对电站装机容量的影响机制。实例计算取得的结果:龙羊峡-拉西瓦混蓄电站推荐采用水泵机组+可逆式抽蓄机组形式开发,单独开发模式下,推荐装机160万kW;当其与拉西瓦-尼那混蓄电站梯级开发时,推荐装机205万kW。当混蓄电站设计抽水时长减小时,其装机容量可增加,调峰能力变大,但电站抽水耗电调峰效益不变。拉西瓦-尼那、李家峡-直岗拉卡、公伯峡-苏只混蓄电站推荐装机分别为75万、16万和59万kW。4座混蓄电站整体开发模式下,可用于新能源消纳的抽水调峰电量为年均87.42亿kWh。

多嵌套空间尺度农田土壤重金属空间变异研究

运用地统计学技术对棕壤土典型地块进行了重金属多尺度嵌套空间变异和结构来源分析。选取5种反映土壤污染水平的典型重金属元素铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)、铜(Cu)、铬(Cr)以及类重金属元素砷(As)进行采样检测。利用克里格法插值拟合,选择最优拟合模型,确定了合理采样间距。结合半方差和分维数分析,研究确定了合理采样尺度。采取主成分分析和半方差分析相结合的方法,确定土壤重金属来源,指导农业管理措施。研究表明,农田土壤重金属主要由成土母质、降水灌溉和农药施肥构成。中等尺度符合半方差模型拟合,变程的范围从319 m到752 m不等。其中球面模型更适合土壤重金属空间分布拟合描述。

多尺度阵列嵌套组合反演宾川气枪源区横波速度结构

本文基于多尺度阵列嵌套组合的方式,利用频率-贝塞尔变换法(Frequency-Bessel,F-J方法)提取背景噪声面波频散信息,通过多个阵列融合的频散曲线反演得到宾川气枪发射台周边不同深度的横波速度结构.结果显示:浅层一阶面波频散信息的加入,使得基阶反演结果更加收敛,反演深度加深到8 km;深度在8 km以下的结构的研究利用多尺度阵列(密集台阵—宾川气枪台网—云南区域地震台网)嵌套组合的方式,面波基阶低频信息从0.55 Hz拓宽到0.008 Hz,使横波速度结构的反演深度显著增加,同时对反演过程提供约束,使得70 km深度以上的横波速度更收敛.由此本文所得的横波速度结构为该区地下结构的探测提供基础,多尺度阵列嵌套组合频散谱的研究方式也为以后区域结构的研究提供一种新的方法和思路.

中小尺度嵌套下考虑停机位置的大型风力机体系风振响应分析

国内外风工程界采用的风力机体系风效应分析方法通常基于良态气候模式,而台风边界层风特性不同于良态气候模式,台风作用过程中会表现出明显的时空变异性和多尺度涡结构。针对现存土木工程台风模型理论体系过度简化的问题,引入考虑真实台风场强变异性和衰减效应的中尺度天气预报模式(WRF)对“鹦鹉”台风进行高时空分辨率模拟,重点对比台风登陆前、登陆时和登陆后台风风向和风强特征,并结合模拟台风中心路径与实测路径的对比结果验证了中尺度台风“鹦鹉”模拟的有效性。以中国东南沿海地区某风电厂5 MW水平轴风力机为对象,基于WRF模拟获得近地面三维风场数据,并结合小尺度CFD大涡模拟技术分别对叶片单个旋转周期不同停机位置工况进行三维非定常数值模拟。在此基础上,结合有限元完全瞬态法对不同停机工况进行了风振响应动力时程分析,提炼出停机位置对体系风振响应和风振系数的影响规律,最终归纳总结了台风作用下大型风力机体系最不利停机位置。结果表明:采用WRF模式可以有效模拟近地面台风风场,拟合的台风剖面指数为0.076;台风下塔架内力和风振系数显著增大,尤其是与塔架相对位置最近的叶片风振响应最为不利,内力最大增幅达35%。分析发现:当台风作用下大型风力机处于停机状态,下叶片与塔架完全重合(工况1)时为最不利,旋转至上叶片完全重合(工况5)时安全余度最大。

双端输入型嵌套融合多尺度信息的织物瑕疵检测

针对织物瑕疵检测中复杂纹理区域误判和边缘检测模糊问题,提出一种双端输入型网络架构WNet,使用两个骨干分支分别提取多尺度局部和全局特征,依靠自注意力机制的全局建模能力,在卷积深层网络中补充全局信息,减少深层网络中纹理特征的冗余.为了减少深层网络中局部细节信息的丢失,提出一种轻量级双分支池化金字塔,将浅层多尺度细节特征引入深层模块.搭建多尺度嵌套双分支模块,将各级尺度下不同感受野的特征信息进行融合,该模块更加关注瑕疵特征,可以生成较精确的预测图.实验证明,提出的方法在ZJU-Leaper的四个数据集上的综合评价指标较优,尤其是fmeasure、阳性预测率和阴性预测率较高.

多尺度生态分析与嵌套在乡村景观规划前期的应用——以长株潭绿心跳马片区为例

在反对乡村“大拆大建”的背景和国土空间规划中“三生空间”融合发展的语境下,乡村生态环境、人居环境优化与协调发展已经成为新时代主要探索的课题,其中如何构建多尺度的乡村生态网络从而解决乡村生态规划设计不同层面的问题亟待解决。本文以长株潭绿心跳马片区为例,首先基于遥感数据对乡村空间进行识别;其次依托MSPA、InVEST及Linkage Mapper等模型和工具识取绿心和跳马片区尺度下的生态源地、廊道及生态节点;对于更小尺度的典型片区,进行无人机测绘与现场调研,明确场地水系、植被、生境现状概况;最后叠合三尺度下的生态网络格局,并综合生态嵌套特征对典型片区提出相应的景观优化方向及需求。研究结果表明:研究区内4个共有源地、6条共有廊道、2处重合夹点及6处重合障碍点的保护与修复对于跨尺度生态连通具有重要意义;应积极疏通小尺度上识别存在但大尺度上没有的和潜在的廊道,这有利于源地扩张;对于源地间较长的廊道,应结合更小尺度的生态要素识别,提出低层级尺度的廊道以及生态踏脚石的优化方向。研究不仅可为长株潭绿心的乡村景观规划提供方向,所归纳基于多尺度分析与嵌套的景观规划路径还可为乡村景观在地发展提供参考。

基于尺度嵌套与复合功能视角的高强度城市化地区生态网络体系研究——以江阴市为例

城市化进程带来经济社会快速发展的同时,也造成资源环境耗损和生态系统退化,对区域生态系统长久稳定产生威胁,针对性构建区域生态网络对缓解城市化的负面生态影响,提升区域生态安全水平具有重要意义。通过解析不同情形生态网络构建目标,以及高强度城市化地区生态需求和生态网络构建要点,基于尺度嵌套与复合功能视角,以江苏省江阴市为例,与环太湖地区和无锡市形成尺度嵌套生态网络,统筹考虑热岛效应、雨洪调节及景观游憩服务供给构建复合功能生态网络,形成高强度城市化地区生态网络体系。研究结果表明:(1)在尺度嵌套生态网络方面,江阴市核心生态源地共4个,保育生态源地共26个,两类生态源地总面积占比4.76%,大多分布于江阴市北部和中部;完全位于江阴市范围内的基础生态廊道共39条,通过与江阴市外部生态源地形成内外联结的无锡-江阴生态廊道共11条,环太湖-江阴生态廊道共3条,生态廊道总体分布均匀;(2)在复合功能生态网络方面,江阴市共有11个复合功能生态源地,总面积4755.31hm^(2),占市域面积的4.78%,主要分布于北部长江沿线以及中部的定山、花山;兼具复合功能的功能型生态战略点共88个;所提取的三类单一生态功能网络要素包括,热缓解生态源地31个,热缓解生态廊道51条,雨洪调节生态源地26个,雨洪调节生态廊道52条,游憩资源点56个,景观游憩廊道85条;(3)依托由尺度嵌套生态网络和复合功能生态网络构成的生态网络体系,建议江阴市采取包含保护建设、管控维护以及联动修复等多方面的生态保护修复措施。研究工作为高强度城市化地区进行差异化生态网络构建提供了思路,可为相关地区开展国土空间生态修复工作借鉴参考。

基于中微尺度嵌套技术的风资源利用率评估方法

针对风资源利用率评估值与风资源实际利用率拟合度低的问题,提出基于中微尺度嵌套技术的风资源利用率评估方法。采集中尺度3TIER数据源模拟风电场测风塔位置,在WINDSIM及WT软件中生成微尺度模型,采集空气密度、风速、气流速度等数据,计算风能密度、风动能、有效风能密度等评估指标数据,建立中微尺度嵌套模型;选择开发效率、能质效率、技术效率等评估指标,构成灰靶理论和理想模式序列,得到靶心度,匹配风资源利用率评估值,评估风资源利用率。实验结果表明,通过该方法获取的风资源指标数据与风资源实际指标数据误差小,风资源利用率评估值与风资源实际利用率拟合度高。

基于多尺度协同的长沙市生态网络构建与层级优化

城市化背景下人类与自然环境的矛盾呈现出多尺度、层级化特征,而传统生态网络的构建方式较少考虑不同尺度下生态要素的关系,无法从区域落实到中心城区,难以形成系统性的解决方案。研究在综合梳理各尺度生态网络构建方法的基础上,以长沙市为例,基于形态学空间格局分析(Morphological Spatial Pattern Analysis,MSPA)、景观连通性原理和生态斑块重要性评价识别生态源地,并通过多层级生态阻力面的确定,综合运用最小费用路径(Least-cost path method,LCP)、电路理论、层级传导理论、尺度嵌套等方法对市域、都市区、中心城区的生态网络进行了协同构建和层级优化,最后基于不同尺度生态网络的特点应用并落实到多层级的国土空间规划体系中。研究结果表明:(1)长沙市域生态网络和都市区生态网络具有较好的层级嵌套特征;共识别两尺度生态叠合源地14个、生态叠合廊道15条,主要通过中心城区内的湘江、浏阳河和捞刀河部分河段与外围生态绿圈相衔接,形成“外环内楔”的空间格局。(2)确定市域重要廊道、市域潜在廊道、生态叠合廊道、都市区重要廊道、都市区潜在廊道的核心保护面积共501.14 km~2,并提取位于生态廊道核心保护区范围内的生态夹点和生态障碍点,以进一步落实生态保护修复策略。(3)得到具有重要生态连通功能的中心城区生态绿道长度441.2 km,生态修复单元56个,并结合生态阻力值划分为5级进行针对性修复。(4)基于不同尺度生态网络的衔接、嵌套,最终构建“市域总体生态安全格局—都市区城市生态空间发展格局—以城市绿道为基础的中心城区生态修复单元”,并与不同层级的国土空间规划体系相对应。研究结果将为以大城市为中心的跨尺度生态系统修复和生态安全格局构建提供科学参考。

考虑中尺度台风效应的大型风力机体系气动性能分析

为系统研究台风作用下风力机体系的气动性能与风效应特性,引入考虑真实台风场强变异性和衰减效应的中尺度天气预报模式对台风"鹦鹉"进行高时空分辨率模拟.基于最小海平面气压追踪的台风中心路径与实测路径的对比结果,验证模拟的有效性.以中国东南沿海地区某风电厂5 MW水平轴风力机为对象,结合小尺度CFD大涡模拟技术对叶片单个旋转周期不同停机位置工况进行三维非定常数值模拟.结果表明,采用WRF模式可以有效模拟近地面台风风场,拟合的台风剖面指数为0.076.台风下叶片和塔架的脉动和极值风压系数显著增大,最大增幅达29%.台风作用下叶片与塔架完全重合时为最不利情况,旋转至上叶片完全重合时安全余度最大.

从生态的尺度转向空间的尺度--尺度效应在风景园林规划设计中的应用

从尺度效应的风景园林规划设计应用途径入手,探索广义的生态学研究尺度转向空间应用尺度的方法,从而在实践中通过多尺度空间规划回应研究对象的自然组织尺度特点。首先分析了尺度效应的内涵和外延,认为尺度的组织维度可构成一种多层次的功能-结构体系,即"多尺度的组织嵌套体",继而界定了尺度嵌套与尺度转向的定义,认为"多尺度的组织嵌套体"可对应转向"多尺度的空间嵌套体",最后提出了尺度转向的机制和方法,结合实际案例展示了多尺度空间嵌套模型的应用方法。

基于ndown的WRF模式降尺度方法研究

在WRF中尺度模式应用中,多层嵌套是一种常用的降尺度方案,能满足不同空间和时间分辨率研究的需求。而在实际应用中,对于已有的模拟结果分辨率不能满足应用需求,或者是研究区域发生了改变的问题,重新嵌套模拟的方法耗时久、效率低,尤其是需要模拟长时间序列气象数据时多层嵌套就有明显不足。本文利用WRF模式提供的单向嵌套降尺度功能,能有效地解决上述问题。

大型梯级水电站汛期多尺度多模式调度模型研究

针对大型梯级水电站汛期调度面临的系统组成结构复杂、来水发电形势多变、风险效益均衡困难等难题,分别建立梯级电站中长期调度和短期调度模型,分别提出增减发电计划模式及防洪、水位控制、电量控制等不同模型下的调度模式,建立不同模式间的切换条件,提出各类模式下目标、约束和求解方法,由此形成多尺度嵌套、滚动向前的调度模型耦合机制,并以大渡河流域梯级电站为例进行验证。结果表明,优化后,中长期可在完成蓄水任务的前提下增加流域12.1%发电量;短期防洪模式下削峰率可提高22%,蓄水模式下可增加7.86%的发电量,兴利模式下,在伏旱时期,可将瀑布沟最低水位提高1.05 m,对于各种类型的工况均表现出较好的适应能力和优化效果。

东北地区多尺度城乡收入差距时空分异及影响因素

基于多尺度分析视角,综合运用差异指数、尺度方差、空间关联及回归模型等方法,从省级、地级、县级3个空间尺度分析了2003-2016年东北地区城乡收入差距时空演变特征及影响因素。结果显示:①城乡收入差距绝对和相对差异、尺度方差及构成均呈现县级>地级>省级的尺度发展格局,各尺度变化趋势大体一致,表明空间尺度越小,区域差异越大。②城乡收入差距空间分异特征明显,地级和县级尺度分别以中等和较低城乡收入差距为主要发展类型;城乡收入差距空间集聚特征明显,地级尺度关联性较强,县级尺度差异性较强;各尺度局部空间关联以显著正相关为主且LL型占据主导地位,各尺度冷热点集聚格局总体保持一致。③自然基础与区位、经济发展与支撑、社会发展与支撑、发展战略与政策共同推动各尺度城乡收入差距时空分异格局的形成及演化。④更加关注多尺度的实体区域研究、更加区分多指标体系与多因素分析、更加关注定性与定量方法有效结合是今后研究城乡收入差距的发展方向。

基于多情景模拟的生态网络保护格局有效性评估——以桂林市为例

生态网络构建是维系区域生态系统完整性、缓解景观破碎化、限制城市扩张蔓延的有效手段。虽然已有研究针对生态网络的跨尺度衔接提出了基于尺度嵌套的规划思路,但土地扩张动态情景下这一思路对生态保护有效性尚需验证。通过设置“无生态网络”“非尺度嵌套生态网络”和“多尺度嵌套生态网络”三种约束情景,利用FLUS模型模拟了2030年桂林市土地利用格局变化,并选取景观指数,从市域和中心城区两个尺度,对生态网络保护格局的有效性进行了定量评估。结果表明:(1)桂林市土地利用类型中建设用地增量明显,2018年至2030年预计增加613.85 km^(2),变化幅度为46.52%,其次是水域,增加53.50 km^(2)、变化幅度为6.42%;(2)基于生态网络的规划政策及情景设置对区域建设用地扩张限制明显,而在多尺度嵌套的生态网络约束情景下,这种抑制作用将进一步增强,新增建设用地仅为237.49 km^(2),增长率为18.00%;(3)非尺度嵌套与多尺度嵌套的生态网络约束情景相比,后者在市域尺度及中心城区尺度上对遏制景观破碎化、改善景观连通性上都取得了更好的保护成效。研究揭示了将基于尺度嵌套的生态网络构建方案纳入未来土地扩张动态与机制中的有效性,为指导区域生态保护规划与实践、平衡保护与发展的矛盾提供了参考借鉴。

江苏省耕地集聚连通性时空特征与分类优化策略

耕地的集中连片和空间连通对农业现代化发展至关重要。该研究基于“像元—邻域—连片”三级尺度嵌套视角,综合考虑耕地面积、形状、结构和连通性等特征,构建耕地集聚度和连通性特征测算体系,探究了2000-2020年江苏省耕地格局时空演化规律和分类优化策略。研究结果表明:1)江苏省耕地集聚度从中部向北部和南部递减,98.94%的县域以不同程度下降。2)江苏省耕地连通性从中部至北部形成以宝应县和宿豫区为中心的连通性优势带,南部区域则有所下降。3)根据耕地集聚度和连通性的现状和变化趋势,可将江苏省划分为6个类型区,并提出相应的耕地利用和改善策略。该研究为综合测算耕地的集聚度和连通性特征提出了新的研究视角,明确了耕地优化管理的策略,对于指导区域耕地保护与高效利用、推动农业现代化具有参考价值。

沿海中小河流域地表-地下水库联合调控洪水资源利用研究:Ⅰ.方法与模型

针对沿海中小河流域地表-地下水库复杂工程系统,因缺少联合调控方法而导致洪水资源利用难的问题,解析地表-地下水库系统结构与功能,定量模拟地表水库调度、闸坝调控下河流和地下水动力过程,并利用智能替代模型提升水动力过程计算速度;在此基础上通过研发时/日/月多时间尺度模型耦合嵌套方法,构建了兼顾计算精度与效率的地表-地下水库联合调控模型。该模型实现了洪水、地表-地下水相互作用和供水等时间尺度差异明显的调节过程的统一调配,可为沿海中小河流域洪水资源利用提供新思路与技术支撑。

复杂水利-电力约束下梯级水电站短期多层级多目标优化调度研究

电网高强度的调峰调频任务和流域严格的水量调度要求,限制了梯级水电站调度运行的优化空间,造成水调电调协调困难、效益发挥不充分、机组长时间低效运行等问题。本文统筹考虑梯级水电站发电效益、调峰能力以及运行工况等目标,分别建立电网、梯级、电站等不同层级的调度模型,研究多层级多目标协同优化机制,提出模型求解方法。通过不同层级之间相互嵌套,滚动向前,在复杂水利-电力约束条件下保证梯级电站的安全高效运行。以黄河上游水电基地为例,该方法可在保障黄河流域水量调度要求和西北地区高比例风光全额消纳前提下,将梯级水电站发电量提升2.75%,耗水率降低2.38%,机组低效运行时间降低50.64%,且有效提升水电调峰能力,平滑了火电出力过程,对于梯级水电科学调度和安全运行具有科学意义和实际价值。

台风-浪-流耦合作用下海上10 MW级特大型风力机风荷载特性分析

为揭示海上台风-浪-流耦合作用下海上风力机的风荷载分布特性,以广东外罗10 MW特大型风力机为研究对象,采用Model Coupling Toolkit(MCT)建立中尺度WRF-SWAN-FVCOM(W-S-F)实时耦合模拟平台,分析超强台风“威马逊”过境全过程海上风电场台风-浪-流的时空演变,再结合中/小尺度嵌套方法分析了风力机风荷载分布特性与叶片-塔筒-波浪面之间的干扰效应,提出了极端风况下海上风力机典型位置极值荷载模型。结果表明:建立的中尺度W-S-F耦合平台能准确模拟台风、波浪和海流间的相互作用;塔筒风荷载在叶片干扰段以横风向为主,在波浪干扰段以顺风向为主,并在低空波面附近表现出较强的脉动特征;A位置叶片最安全而B位置最危险;T4相位为海上风力机单桩基础强度设计的最不利相位,基底剪力最大达7.68×10^(6)量级,基底弯矩最大达5.2×10^(8)量级。

非均相转变动力学方程和攀枝花等岩体中小尺度嵌套韵律层理的自组织起因

建立了成核、生长和粗化过程相耦合的非均匀相转变的动力学方程. 利用该方程研究了攀枝花等岩体中小尺度嵌套韵律结构的自组织起因. 结果表明, 小尺度嵌套韵律结构可以通过辉石和长石相继以跨越式过饱和成核结晶而成. 跨越成核结晶是在适当的温度梯度条件下, 通过过饱和成核、Ostwald熟化、结晶组分扩散和初生晶粒扩散等过程相互耦合实现的.