综合能源系统供热管网动态耦合模型研究

<正>我国“双碳”目标的提出和工业生产增长对能源的高效清洁利用提出了新的要求,多种能源形式的综合利用和可再生能源的高消纳率成为趋势^[1]。综合能源系统(Integrated Energy System,IES)将多种类型的能源以及能源的生产、传输、转换、利用结合起来,进行能源的统一协调调度,有效提高可再生能源的消纳率。区域供热管网(District Heating System,DHS)连接多种能源转换设备,在系统运行中承受高温高压的运行工况,是综合能源系统中最不稳定的组成^[2][3]。     

考虑不同水流交换模式的城市洪涝一维二维双向耦合模型

为准确模拟城市洪涝过程,以地表二维流动模型和SWMM一维管流模型为基础,同时考虑地表径流与地下管流交换的3种模式,构建了城市地表与地下管流双向耦合的水动力学模型。采用水槽试验算例和理论算例对耦合模型进行验证,并将耦合模型应用到英国Glasgow城市街区,分析排水管网和不同地表地下水流交换模式对城市洪涝过程的影响。结果表明：模型在试验算例和理论算例的模拟中均具有较好的精度和可靠性,模型能够准确地模拟具有排水管网的城市洪涝演进过程;与无排水系统相比,检查井简化法、雨水口法和雨水口-检查井法3种水流交换模式下Glasgow城市街区模拟的最大淹没面积分别减少9.3%、23.2%和24.5%,其中对重度积水的消减作用更显著,淹没面积分别减少43.6%、79.9%和80.9%;检查井简化法的消减作用要远小于雨水口法和雨水口-检查井法,后两者差异较小。雨水口法和雨水口-检查井法比较符合实际情况,且雨水口-检查井法的计算效率更高更简单,因此,在城市洪涝模拟中采用雨水口-检查井法考虑地表径流与地下管流交换过程更符合实际。     

地球物理综合系统中振幅补偿模块的开发及应用

本文所介绍的系统是国内某公司开发的一个国产地球物理综合应用系统。其特色为实现真数据处理分析,以满足物探行业的发展需求。对相关的处理算法、程序较以往做了相应的改进,使其更好地满足生产需要。本文所做的便是使该系统中振幅补偿模块的开发及应用工作,包含了均匀介质球面扩散振幅补偿,以及几种单道振幅均衡程序的开发和应用。     

水文模型与陆面模式耦合研究进展

水文模型与陆面模式耦合是目前全球变化研究中的热点问题,如何实现分布式水文模型与陆面过程模式的双向耦合,并将其有机嵌入大气模式中,是未来大气环流模式(GCM)和区域气候模式(RCM)发展和完善的重要目标之一.在简单介绍陆面过程模式和水文模型发展历程的基础上,对水文模型和陆面过程耦合研究的国内外进展进行了综述,指出了模式耦合中存在的共同问题和未来工作的研究要点.最后,探讨了分布式水文模型与陆面模式耦合在全球变化研究框架中的地位与意义,并展望了陆面水文过程发展的主流趋势和研究方向.     

阳泉矿区煤田采空区综合地球物理探测模式应用

为支撑采煤沉陷区地质环境调查与矿山环境恢复治理工作,对山西阳泉矿区典型采煤沉陷区开展综合地球物理勘探技术方法研究与应用示范。通过重力勘探、浅层地震法和瞬变电磁法开展煤田采空区地球物理方法对比应用研究,总结出采用以上3种物探方法相结合的勘查煤田采空区的有效探测模式。探测结果表明,综合地球物理勘查结合地面地质调查能够识别采空区边界和深度等属性信息,为采空区三维地质建模提供数据依据。     

陆面-水文耦合模型系统在淮河流域的构建及应用

以淮河流域为研究对象,选择分布式水文模型HMS,结合GIS技术,通过构建数字流域,提取流域特征信息,最终构建了分布式陆面-水文耦合模型(LSX-HMS).采用扰动分析法进行参数敏感性分析,利用实测水文资料进行参数率定和模型验证,确定性系数达0.760～0.939,表明该耦合模型在淮河流域具有较好的适用性.应用LSX-HMS对淮河蚌埠以上集水区域1980—1987年8a平均降水、蒸散发、日径流量和相对土壤含水量的空间分布进行了模拟.结果表明:各水文要素的空间分布存在较大的差异性,降水要素的分布呈随纬度递减的趋势;蒸散发和径流量两个变量都是上游小,中下游大;相对土壤含水量在研究区西部及西南部的山区和丘陵区较低,平原区较高.研究成果为淮河流域水土资源合理开发利用、调配和管理提供依据.     

城市洪涝水文水动力耦合模型构建与评估

为降低暴雨洪涝灾害损失,利用数值模拟方法研究城市洪涝过程,提前获取可靠的洪涝水情信息,具有重要的现实意义。根据城市洪涝过程的水文水动力学原理和方法,以SWMM模型与自主研发的二维模型为基础,提出一、二维模型耦合的具体方法,通过水平和垂直方向的连接构建水文水动力耦合模型。研究提出基于DLL的一、二维模型耦合策略,以垂向连接问题为理论案例,将模拟结果与InfoWorks ICM软件结果进行对比分析,阐明该垂向连接方式的合理性。以广州市东濠涌流域为实际案例,构建了东濠涌流域城市洪涝水文水动力耦合模型,选用2场实测降雨对模型进行模拟分析,发现模型在一维排水系统排水能力和二维地表积水的模拟均具有较好的精度和可靠性。结果表明所提出的连接算法合理可行,所构建的水文水动力耦合模型具有一定的可靠性,对城市洪涝模拟分析具有较好的应用价值。     

地球系统科学时代的高分辨综合地层学

高分辨年代地层系统是地球系统科学研究的基础。高分辨综合地层学试图建立分辨率小于一个生物带的地层单元并使地层对比的误差小于一个生物带。本文将目前用于建立年代地层系统的方法划分为三类:生物地层学、现代地层学的不同分支学科和同位素年代地层学,讨论了不同地层学方法的优势和不足。任何一种地层学方法的分辨率都是有限的,综合地层学为实现地层高分辨划分和高精度对比提供一个有效的途径。生物地层建立可信的相对年代地层格架,现代地层学手段有助于实现高分辨划分和高精度对比,同位素年代地层学赋予生物地层界线和其他地层界线绝对年龄。三者结合共同构成了高分辨综合地层学。     

四川省暴雨过程综合评估模型的研究及建立

利用1961-2013年四川省156个国家级气象观测站的逐日降水资料,按照暴雨过程的识别标准,统计得到851次暴雨过程。选取了4项适用于四川省天气气候特征的暴雨过程评价指标,依据历史重现期划分出各指标的等级标准,并利用欧氏距离函数建立了暴雨过程等级评估模型。为能全面反映整个暴雨过程的强度,构建了一个物理意义清晰的暴雨过程综合强度评估模型。该模型客观地考虑了4项指标的权重及其自身变率,对暴雨过程的描述更加科学。通过对历史暴雨过程进行评估分析,发现评估结果与历史灾害事件的记载在时间和强度上具有较好的一致性,评估效果理想,可满足四川省暴雨天气过程定量评估业务的需求。     

黄河三门峡水库水沙电耦合模型研究及应用

为实现多沙河流水库短期兴利效益和长期减淤效益的平衡,采用数学模型研究水库减淤与发电综合效益具有重要意义。充分考虑水沙输移和河床变形的耦合作用,通过结合一维水沙计算模块、水库调度模块以及发电计算模块,建立了考虑水库调度的水沙电耦合计算模型。将该模型应用到三门峡水库,采用2019水文年和2020水文年实测水沙资料分别对模型进行率定及验证。并应用该模型研究了不同水沙条件和调度方式对水库冲淤和发电的影响。计算结果表明：各测站流量、水位以及含沙量的计算过程与实测过程符合较好,发电量计算值误差均在15%以内,该模型能较为准确地模拟库区冲淤及电站发电过程;较丰水枯沙过程,其余3种典型水沙条件下冲淤量和发电量变幅分别达129%～360%及18%～52%,受入库水沙条件影响大;降低非汛期起调水位有利于控制非汛期库区淤积,提高汛期敞泄的临界入库流量有利于提高减淤及发电综合效益。     

全耦合空气质量预报模式系统

介绍了正在研发的全耦合空气质量预报模式系统,以及目前全耦合空气质量预报模式的不足,包括稳定边界层参数化方案、新粒子生成机制及其增长过程、二次有机和无机气溶胶形成过程、污染源追踪技术、自适应网格空气质量模式、模式初值优化以及动态污染源反演等。     

新安江产流模型与改进的BP汇流模型耦合应用

为提高新安江模型的汇流计算精度并减少经验因素对参数率定的影响,将新安江产流模型与改进的BP汇流模型相耦合,建立XBK(XAJ-BP-KNN)模型。该模型以前期模拟流量和新安江产流模型计算的产流量作为BP网络的输入,出口断面流量作为网络输出,拟合汇流的非线性关系,代替新安江模型的分水源、线性水库及河道马斯京根法的汇流计算;采用相似原理和K-最近邻算法,基于历史样本的模拟误差及相应影响要素对网络输出进行误差修正,实现了无前期实测流量的连续模拟;模型使用SCE-UA算法与遗传早停止LM算法相结合的全局优化方法进行参数优选。在呈村流域的验证表明XBK模型的模拟精度高于新安江模型,全局优化方法能找到最优参数,降低了模型的使用难度。     

岩体裂隙系统渗流场与应力场耦合模型

岩体系统具有复杂的结构。一般认为，岩体系统是非均质各向异性不连续的多相介质体系。当岩体以裂隙为主，且其分布较密集时，可将岩体系统看作等效连续多相介质体系。本文运用等效连续介质理论，提出了两种岩体裂隙系统渗流场与应力场耦合模型：一是以渗透水压力与隙变形关系、应力与渗透系统数关系为基础，建立渗透系数张量计算公式，进而建立等效效连续介质渗流为数学模型。以裂隙岩体应变张量分析为基础，建立裂隙岩体效应力张量     

遥感信息与作物生长模型的耦合应用研究进展

卫星遥感技术具有快速、宏观、准确、客观、及时、动态等特点,在大范围作物长势监测和产量预测等方面具有得天独厚的优势。但遥感监测常常受卫星遥感数据空间分辨率、时间分辨率等因素的影响,且遥感信息大多反映的是瞬间物理状况。作物生长模型是对作物生长、发育、产量形成过程中的一系列生理生化过程进行数学描述,是一种面向过程、机理性的动态模型。但是,当作物模拟从单点研究发展到区域应用时,由于随空间尺度的增大导致模型中一些宏观资料的获取和参数的区域化方面存在很多困难。
遥感信息与作物生长模型的耦合应用可以解决作物长势监测和产量预测等一系列农业问题,越来越受到相关研究人员的关注,已经逐渐成为一个重要的研究领域。因此,随着作物模型和遥感技术的迅速发展,如何将两者结合,进行互补性的研究是很有意义的。在查阅了相关资料的基础上,综述了遥感信息与作物生长模型的耦合应用以及发展历程,分别阐述了两种遥感数据与作物生长模型的结合方法——强迫法和同化法,总结了两类方法的应用情况。最后提出了该领域存在的问题,以及进一步解决的研究方向。     

陆面过程模式SIB2与包气带入渗模型的耦合及其应用

土壤含水量对陆—气相互作用过程中的能—水平衡计算以及降雨、农业灌溉对地下水补给的研究起着关键的作用。但现阶段大多数陆面过程模式对土壤含水量的计算采用一维水桶模式,忽略了流域尺度上的侧向补给、地下水位的变化、包气带土壤的非线性渗透特性对土壤含水量的影响。针对这一问题,在国内外研究较为成熟的饱和—非饱和理论的基础上,编程实现了包气带土壤水分传输方程的求解,并与陆面过程模式（SIB2）相耦合,建立起研究分层包气带土壤水分运移、非稳态的地下水位、和地表蒸散发之间定量关系的模型。最后,利用建立的耦合模型,以河西走廊黑河流域中游临泽农业综合观测场的灌溉试验为例,模拟干旱内陆平原区小麦生长期间定额灌水条件下土壤含水量的变化。计算结果表明：模型能够准确计算瞬时土壤含水量、非稳态的地下水位,并对小麦生长过程中的耗水量进行估算,进而为农业合理灌溉提供了科学的理论基础。     

近年来中等复杂程度地球系统模式的研究进展

近十几年来，地球系统模式领域活跃着一类新兴的模式——中等复杂程度的地球系统模式（EMICs），EMICs以其对计算能力的较低要求和对地球系统的较为完备的描述，使其应用几乎覆盖了简单模式和大气环流模式（CGCMs）的所有研究领域，特别在长期气候变化的模拟方面展现了得天独厚的优势，从而使得在长期气候变化的背景下研究近代气候变化更具现实意义。EMICs已经成为模拟地球系统的有力工具，为目前的CGCMs模拟提供了必要的补充，在简单模式与CGCMs之间架起了一座桥梁。首先回顾了中等复杂程度地球系统模式（EMICs）的发展现状，结合近年来国内外发表的文献探讨了EMICs的基本组成、应用领域，并对EMICs未来的发展趋势进行了预测。     

CPL7及其在中国地球系统模式中的应用前景

中国地球系统模式中普遍存在的耦合器CPL6(美国国家大气研究中心的第六代通量耦合器)在很大程度上限制了模式在高分辨率上的发展,新一代耦合器CPL7并行度的可扩展性更高,能够适应更高分辨率的构型。以CPL7与中国科学院大气物理研究所的第二代格点大气环流模式(the Version 2 Grid-point Atmospheric Model of Institute of Atmospheric Physics,Chinese Academy of Sciences)的耦合为例,概述了其耦合原理,为CPL7与中国其他模式的耦合提供相关的经验。结合国内外模式的发展方向,CPL7耦合器在中国未来几年的地球系统模式的耦合改进中将占有很大的优势地位。     

岩体系统渗流场与应力场耦合的广义双重介质模型的应用研究

本文通过实验资料分析, 提出了裂隙岩体应力与渗流之间的分形几何关系式。以研究区岩体系统结构为基础, 提出了岩体系统应力场与渗流场耦合的广义双重介质模型, 并将该模型应用于某水利水电工程的渗流与控制中, 对坝区岩体进行了应力场和渗流场的耦合分析, 取得了比较满意的结果。     

地球化学反应模型的发展及其应用

根据近年来地球化学反应模型的发展及其应用现状，对新发展的建模方法手段、模型计划方法以及模型计算软件作了简要的归纳和评述，最后以地球化学反应模型用于成矿动力学研究的应用为例，说明地球化学反应模型在地球化学研究中，对了解反应体系中物质的形态，分布、迁移和转化，起着重要的作用。