基于SD-PLUS耦合模型的陕西省土地利用变化及碳储量多情景预测

[目的]为探讨不同土地利用方式对区域生态系统碳储量的影响。[方法]以陕西省为研究对象,利用SD-PLUS耦合模型,采用国际耦合模式比较计划第6阶段(CMIP6)提出的耦合共享社会经济路线和代表性浓度路线(SSP-RCP)情景,对2030年陕西省的土地利用变化进行预测,然后利用InVEST模型模拟未来不同情景下陕西省碳储量及其空间分布。[结果](1)对构建的SD模型进行历史检验,其误差<5%,PLUS模型模拟的2020年土地利用Kappa指数为0.86,模型精度和可靠性总体符合要求;(2)3种情景下,未来建设用地面积均增加,增长速率从低到高的情景分别为SSP126、SSP245、SSP585;在所有情景下,林地面积均增加,水域面积均保持稳定;草地面积在SSP126情景下有小幅度增加,其他情景下减少;耕地面积3种情景下均减少;(3)3种情景下,陕西省碳储量均减少,关中平原建设用地的扩张占用大量的耕地是造成陕西省碳储量下降的主要原因。[结论]在SSP126情景下,建设用地扩张所占用的生态用地面积最小,碳储量损失最少,该情景同时考虑社会经济发展及生态保护的需要,可为未来陕西省国土资源保护和高质量发展提供参考模式。

基于电热耦合模型的宽温域锂离子电池SOC/SOP联合估计

准确的状态估计对于锂离子电池安全可靠运行具有重要意义,但由于非线性强,多参数耦合,实现宽温域多参数联合在线估计难度较大。考虑到温度影响,建立电热耦合模型,采用扩展卡尔曼滤波算法(EKF)在线辨识电池参数,通过电压及温度仿真验证了模型的准确性;然后针对无迹卡尔曼滤波算法(UKF)历史数据利用率低的问题,引入多新息理论(MI)改进UKF,改进后的算法在非电压平台区荷电状态(SOC)估计均方根误差不超过1.2%,相较于改进前误差降低了30%以上,并结合安时积分法设计切换算法,解决了MIUKF算法在磷酸铁锂电池电压平台区无法通过电压反馈修正SOC估计误差的问题,实现了宽温域复杂工况下全区间SOC的准确估计,在不同SOC初始值条件下验证了结合算法的准确性,均方根误差不超过3%,为峰值功率(SOP)估计提供了可靠的SOC值;最后将温度约束引入到SOP估计中,提出多约束条件下的SOP估计方法,结果表明在高温条件下,温度起到关键限制作用,可以防止电池温升过大,减少安全隐患。

InfoWorks ICM-Delft 3D耦合模型在排水体系中点源污染溯源研究

城市排水的点源污染是引起黑臭水体的重要原因之一,该研究借助多元监测体系获得的水质数据,结合InfoWorks ICM-Delft 3D耦合模型及差分进化算法(DE)构建了污染溯源模型。以中山市某区域为研究对象,验证了耦合模型与DE算法对污染溯源的有效性。研究表明,连续排放污染源的位置、流量、污染物浓度的溯源精度较高,相对误差均在±0.12的范围内,并且污染溯源精度随着污染源流量增大而下降;随着污染流量增大,瞬时排放污染流量与浓度溯源的相对误差逐渐减小,模型对高流量污染事件的溯源精度较高。该模型体系的构建和应用为城市排水点源污染的溯源提供了科学指导。

考虑气体的渗流应力耦合模型在黄壁庄水库中的应用

目前建立的多孔介质耦合模型通常认为气体是不可压缩的,无法描述气体的输运过程,无法反映气体对水体入渗和固体变形的影响。为了描述多孔介质中固液气三相的渗流应力耦合过程,基于多孔介质理论和有效应力原理,提出了一种耦合了改进守恒水平集(ICLS)方法并考虑气体可压缩性的固液气三相渗流应力耦合模型。将该方法应用于黄壁庄水库坝前冒泡现象的渗流应力耦合分析中,模拟了水位骤升后,固体变形、水体入渗和气体运移过程,及其耦合效应。计算结果表明,该方法能够简单直观的描述水气两相的运移过程及渗流应力耦合过程,且模拟结果与实际观测结果基本一致。

基于SWMM与LISFLOOD-FP耦合模型的城市街区内涝模拟研究

为了评估高度城市化建设背景下暴雨侵袭时城市街区内涝灾害的演变过程,以北京市海淀区清河流域某典型排水分区为研究对象,构建了基于SWMM与LISFLOOD-FP模型的水文水动力耦合模型。选择P20210712、P20210718和P202108233场实测降雨率定和验证模型参数,并应用于P20210703实测降雨的预测,同时选取降雨重现期分别为10、20、30、50 a的长历时(24 h)设计降雨情景进行内涝模拟分析。结果表明:3场实测降雨条件下模型的纳什效率系数分别为0.76、0.68、0.71,模型参数设置合理;P20210703实测降雨条件下,模型模拟所得淹没范围、淹没水深与实际观测情况较为吻合,耦合模型精度较高;4种不同降雨重现期的长历时设计降雨情景下,溢流节点数和溢流总量均随降雨重现期的增大而增加,淹没深度大于1.00 m的淹没面积从降雨重现期为10 a的0.024 km^(2),增大到降雨重现期为50 a的0.345 km^(2),主要集中在上地下凹桥区、安宁庄西路、安宁庄中街、安宁庄路等位置,与观测情况吻合较好。

基于耦合模型和AHP-TOPSIS法的LID设施改造方案研究

为解决随着城市内涝问题日益严重的问题,以广州市番禺区政府周边区域为研究对象,通过SWMM和LISFLOOD-FP耦合模型对研究区进行暴雨内涝模拟,模拟LID设施在不同暴雨重现期的径流削减效果,对不同淹没特点的内涝区考虑其影响因素的权重,通过AHP-TOPSIS研究方法得出LID设施的最优布置方案对研究区进行改造。结果表明:①对“20220804”短历时暴雨进行模型验证,表明模型可以较为真实地反映研究区淹没范围及水深,有较好精度;②对耦合模型进行重现期为2、5、10、20、30 a降雨模拟,结果表明盛泰路与东兴路交叉口、钻汇广场、清河中路、大北路、富华中路、桥兴大道、光明北路,繁华路、禺山大道和光明南路所处街区,解放路、解放大街和环城西路所在街区为内涝易发生地。③在满足调蓄容积条件下,设计由生物滞留带、雨水花园、绿色屋顶构成的10种方案,考虑不同内涝区影响因素的权重,利用AHP-TOPSIS法对10个LID设施布置方案的综合效益进行分析,最终得出不同淹没特点内涝区的最优LID设施改造方案。

基于陆气耦合模型的浙江省区域干旱过程预报分析

干旱及其准确预报一直是水文气象领域研究的重难点问题。为探索准确可行的干旱预报方法,基于VIC模型与欧洲中期数值天气预报中心(ECMWF)预报气象数据建立的陆气耦合干旱预报模型,计算监测与预报土壤含水量,分析土壤含水量距平指数(SMAPI)的时空分布特征,在此基础上评估耦合模型对浙江省干旱的预报能力。结果表明:①从预见期来看,0~11 d预见期的SMAPI预报值与监测值在绝对误差、RMSE和R值上表现较好,即模型在旬尺度上预报效果最佳;②该模型的旬尺度预报可以在时间变化过程上准确把握未来干旱的发展趋势,在空间预报上与监测的SMAPI值网格分布一致性可达90%以上;③模型对浙江省西北少雨平原区预报性能更佳,且对土壤含水量变化较剧烈地区的旱情预报趋势描述更好。研究成果可为浙江省干旱灾害防范预警提供科技支撑。

模态转换对变循环发动机多维度耦合模型性能影响研究

为研究模态转换过程中模态选择阀(Mode Select Valve,MSV)与发动机总体之间的耦合作用,以典型的双涵道变循环发动机(Variable Cycle Engine,VCE)作为研究对象,首先通过三维MSV模型的数值仿真,建立具有通用性的MSV高保真度特性图;随后在基于部件的发动机零维整机气动性能计算程序的基础上,将该高保真度特性图耦合进入发动机性能计算程序,建立了多维度耦合模型,研究模态转换过程中MSV对总体性能以及部件的耦合影响;并对比了多维度耦合模型和零维模型的计算结果。结果表明:相比零维模型,多维度耦合模型的推力最大时高出3.98%,单位推力耗油率高出0.79%;风扇压比最大时高出9.86%,风扇效率高出0.75%。这种差异的原因在于多维度耦合模型正确地评估了MSV在非线性工作段的节流损失,该损失向后传递并影响到前可变面积涵道引射器(Front Variable Area Bypass Injector,FVABI)的掺混总压损失,依靠参与求解共同工作方程组显著地减少了外涵的流量,使得涵道比迅速减小,在发动机部件共同工作规律的约束和影响下,引起发动机低压涡轮落压比增加和低压轴转速增加,发动机性能参数也随之发生变化。因此相较于零维模形,多维度耦合模型能够真实地反映出模态转换时MSV对VCE性能参数以及其他部件的影响。

江西丘陵山区公路地质灾害危险性评价多耦合模型对比研究

山区公路沿线地质灾害发育,影响山区城镇居民交通出行和生命财产安全。危险性评价可以综合分析地质灾害孕灾环境和致灾因子的贡献特征,对于公路防灾减灾具有重要的指导作用。以江西省S223省道竹头坑子—渠坎下段为例,基于频率比(frequency ratio,FR),耦合熵指数(entropy index,EI)、层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)及二者组合权(EI-AHP),构建4种地质灾害危险性评价模型;针对公路沿线地质环境与地质灾害发育特征,选取自然坡度、坡向、地形起伏度、坡面形态、切坡高度、切坡坡度、地层岩性、断层与斜坡的关系等8个评价因子作为危险性评价指标,以斜坡单元作为评价单元,采用FR量化评价因子,结合AHP、EI计算评价因子的主客观权重,依托ArcGIS平台得到基于FR的多耦合模型,绘制不同评价模型的公路沿线地质灾害危险性分区图。结果表明:FR、EI-FR、AHP-FR及EI-AHP-FR 4个评价模型的AUC值分别为0.746,0.811,0.836,0.833,表明AHP-FR评价模型的预测精度最高,能有效对公路沿线地质灾害进行危险性评价;最终划分江西省S223省道竹头坑子—渠坎下段高危险区、较高危险区、中危险区、较低危险区、低危险区的面积依次为0.295,0.570,1.509,0.354,1.732 km^(2),分别占全区总面积的6.66%、12.79%、33.86%、7.97%、38.71%。研究结果可为公路的安全建设和正常运营提供科学的地质参考依据。

基于刚柔耦合模型的某车载高炮火控诸元修正方法研究

针对车载高炮射击时车体姿态对射击精度的影响问题,提出了一种基于刚柔耦合模型修正火炮射击诸元的方法。以某车载高炮为研究对象,通过建立其刚柔耦合模型对车体姿态进行预测,火控系统将获取的射击方向上的车体姿态响应实时分解到沿车头方向和垂直于车头方向,经过纵、横倾及车向反变换后由载车不稳定坐标系转换为载车地理系下,再经滤波与解相遇问题求解得到地理系下的目标诸元,随后将地理系下的目标诸元通过纵、横倾及车向变换后得到载车不稳定系下的火炮射击诸元,从而将修正后的瞄准诸元提供给火炮。为验证修正方法的可行性与适用性,以另一型车载炮为对象进行了试验验证,试验结果表明:经诸元修正后的火炮射击精度得到明显改善,火炮射击初期高低和方位弹丸脱靶量均值分别减小了53.1%和41.3%,修正效果显著,研究可为车载高炮火控射击诸元修正提供一种新思路。

基于机-土耦合模型的铁路路基连续压实质量控制方法

连续压实技术可有效保障路基压实质量,但由于连续压实检测方法和常规检测方法的检测范围相差较大,导致现场试验结果离散性较大,限制了连续压实技术的进一步推广。为建立连续压实检测结果与路基物理力学性质的关系,建立了考虑压路机行驶的机-土耦合模型,并提出了模型参数确定方法。分析了土体剪切模量对振动轮加速度时频域特性、机-土相互作用力以及连续压实质量控制指标的影响,并与路基碾压足尺模型试验结果进行对比。结果表明,模型能够准确反映机-土系统的动力特性。基于机-土耦合模型,提出了一种铁路路基连续压实质量控制方法,实现了根据铁路路基设计参数直接确定连续压实质量控制指标的合格值,为铁路路基连续压实质量控制提供了理论依据和新的实现方法。

基于逻辑回归和支持向量机耦合模型的滑坡易发性分析

滑坡灾害的发生具有累进性,进行滑坡易发性评价是防灾减灾的前提。以四川省旺苍县为例,使用频率比法判断12个滑坡影响因子的各分级区间滑坡敏感性,经波段集统计确定11个滑坡影响因子作为滑坡易发性评价因子,通过建立逻辑回归-支持向量机(logistic regression-support vector machine,LR-SVM)耦合模型,搭建滑坡易发性评价体系,完成旺苍县滑坡易发性评价并进行模型精度比较。研究结果表明:逻辑回归-支持向量机耦合模型的评价指标结果均优于逻辑回归模型,易发性分区结果更合理,预测精度更高;在低易发区选取非滑坡点为提高滑坡易发性评价性能作用明显;研究区内道路、高程和NDVI对滑坡发育的敏感性较强;高易发区主要分布于低海拔的水系和道路两侧。

基于多参数耦合模型的锂离子电池充电策略在智能物流系统中的研究进展

为有效优化锂离子电池充电行为,避免智能物流系统过量消耗电力信号,针对基于多参数耦合模型的锂离子电池充电策略在智能物流系统中的应用展开研究。定义多参数耦合模型表达式,在此基础上,研究锂离子电池的充电行为,并对其进行调节,根据点电荷存储量,确定锂离子电池的最大储能水平,从而实现基于多参数耦合模型的锂离子电池充电特性分析,再以充电效率、电池安全性、智能化充电三个因素作为切入点,研究锂离子电池优化充电策略在智能物流系统中的可行性。

基于MIKE耦合模型的开都河中短期径流预报

为提供开都河水库优化调度和水资源科学管理的依据,应用MIKE耦合模型进行流域中短期径流预报。选取欧洲天气预报中心(ECMWF)气象预报模式作为气象数据输入,构建包含6个子模块(蒸散发、非饱和带、饱和带、坡面流、河流与湖泊)和融雪模块的MIKE SHE模型。将MIKE Hydro river模型作为河道汇流计算与MIKE SHE模型耦合对未来10 d径流信息进行预报。选用相关系数(R^(2))、纳什效率系数(NSE)和相对误差(BAIS)评价模型率定与验证结果,添加预报效率(E)评价模型预报精度。研究表明:在开都河日尺度径流模拟中,验证期R 2和NSE均大于0.70,相对误差仅为-15%,可见模拟径流与实测径流之间具有较好的拟合性和相关性;预报期的NSE=0.53、R^(2)=0.61、E=0.51,说明模拟值与实测值的相关性达0.61。MIKE耦合模型的中短期径流预报可为开都河流域水资源优化利用提供参考。

基于三剪能量屈服准则的岩石弹塑性耦合模型

为建立能够准确描述岩石变形过程中能量演化规律的力学模型,提出利用三剪能量屈服准则和弹性剪应变能获取岩石黏聚力与内摩擦角,以及基于三剪能量塑性势函数获取剪胀角的方法,依据所提方法和岩石循环加卸载试验数据,得到了各级围压下不同塑性累积阶段岩石的弹性模量、黏聚力、内摩擦角及剪胀角等参数,发现随着塑性变形的增大,弹性模量呈负指数关系减小,黏聚力峰前线性增大而峰后呈负指数减小,内摩擦角满足比例参数为1、形状参数为1.5的Weibull函数,剪胀角线性减小;随着围压的增大,弹性模量和黏聚力均呈线性关系增大而剪胀角呈线性减小。建立岩石三剪能量弹塑性耦合力学模型,实现了模型在有限差分软件中的二次开发并编写了能量演化监测程序。模拟岩石室内试验,结果表明所建模型能较准确地描述岩石后继屈服过程中的硬化软化、剪胀、围压效应以及能量演化等力学行为。研究成果可为从能量角度研究岩体失稳提供理论支撑和现实手段。

基于IOE-IV耦合模型的地质灾害易发性评价——以陕西省城固县为例

地质灾害易发性评价是地质灾害排查、风险性调查评价及预警预报工作的基础,其成果可以作为建设工程是否进行地质灾害危险性评估工作的依据。因此,进行区域地质灾害易发性评价研究显得尤为重要。本文以城固县为研究区,以气象水文类、地形地貌类、基础地质类、植被覆盖类共4类12种诱发因素为评价指标。分别采用K-means算法、FCM算法、层次聚类算法、DBSCAN密度算法对区内126处地质灾害样本数据进行分析提纯,剔除13处样本噪声点。利用提纯后的113处样本点建立IOE-IV耦合模型,并对城固县地质灾害易发性进行分区评价,评价结果表明:(1)地质灾害极高—高易发区、中易发区、极低—低易发区的占比分别为92.04%、4.42%与3.54%,预测结果较合理准确;(2)地质灾害发育主要受高程、水系的控制,在高程412~500 m、距水系小于500 m范围内主要为极高—高易发区,地质灾害呈线状发育。研究成果可以为地质灾害易发性评价样本优化、模型选择提供一定的理论依据。

基于一二维耦合模型下S型分汊河道的防洪安全影响分析

柳江流域河道水系发达,下游洛清江与江口小学汇入柳江,冲击形成S型河道。近些年由于不同工程的建设,加速了下游河床的演变。如何准确分析分叉河道下河床演变以及工程建设对柳江防洪的影响,是迫切需要解决的问题。以青洲柳江特大桥为例,采用一二维耦合的水动力学模型,对3个年份的地形整理,计算分析不同年份下的水位与流场,得出桥梁建设前后对河道行洪安全的影响。通过柳江特大桥方案分析,该方法可行,可作为分叉河道下防洪安全影响分析的方法。

基于多维空间耦合模型的综合灾害风险评价——以南阳市中心城区为例

随着城市化进程加快及城市规模扩大,城市建成环境变化较大,综合灾害应对能力不足,为提高综合灾害应对能力,从灾害构成要素“源头——根本——基础”及形成机理出发,对孕灾环境、承灾体及致灾因子协同考虑,对灾害风险评价,因此构建了“孕灾环境脆弱性、承灾体暴露性及致灾因子危险性等多维空间耦合模型”,并建立了灾害风险评价体系,提出结合加权综合评价法的灾害风险测算新方法,并以南阳市中心城区为例进行研究,发现南阳市中心城区综合灾害风险总体不断增加,但增速逐渐放缓,不同区域灾害风险差别较大,不同时期致灾因子、承灾体及孕灾环境变化对灾害风险均有较大影响,灾害风险水平较高。

基于频率比−支持向量机耦合模型的四川省喜德县滑坡易发性评价

针对滑坡易发性评价中因子分级基础数据与评价模型的选取问题,本文以滑坡灾害频发的四川省喜德县为研究区,采用斜坡单元为评价单元,通过对评价因子进行相关性分析,选取高程、坡度、曲率、NDVI、SPI、距水系距离、距道路距离、距断层距离、斜坡结构、工程地质岩组、土地利用类型11个评价因子,分别对区域点属性和滑坡点属性两类基础数据采用自然断点法进行因子分级,代入频率比模型和频率比–支持向量机耦合模型来评价滑坡易发性,并使用受试者工作特征(ROC)曲线与典型斜坡来验证模型精度。结果显示:以滑坡点属性作为分类基础数据并运用耦合模型得到的评价精度最高,对应的曲线下面积(SAUC)值为0.752,能更好地预测滑坡易发性;模拟结果显示,研究区极高、高易发区面积占比分别为4.65%和23.73%,主要分布在地形起伏较大、断层发育、人类工程活动强烈的区域。相反,断层稀疏、人口分散的地区属于中、低易发区,其面积占比分别为44.20%和27.42%。结果将为喜德县及其类似地区滑坡易发性评价工作提供科学参考。

基于电化学-热耦合模型的动力电池逆向仿真建模与参数辨识

为了便于终端用户更容易获取到电芯内部相关的电化学参数数据,本文通过逆向拆解的方法结合电化学-热耦合模型,采用有限元仿真分析和电化学参数优化试验的方式,验证了所获取参数的精确性,并通过参数辨识的方式考虑了Bruggman系数,反应速率常数和固相扩散系数对动力电池充放电性能和温度的影响。研究结果表明:逆向拆解法可以精确地获取电池的动力学参数和热力学参数,对标锂电池的电压、温度误差范围在3%左右;Bruggman系数影响放电中后期的电压,增大数值增加极化,随着Bruggman系数的不断增大电池温度呈现减小趋势;反应速率常数影响全范围内的电压变化,温度随着反应速率常数的增大出现减小的状况,增大反应速率常数减小极化;固相扩散系数影响低SOC范围内的电压,增大数值减小极化。