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河网连续动态模型构建及其在典型杀生剂时空迁移模拟中的应用

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环境科学 2021年第7期42卷 3147-3155页

作者：邢成张芊芊蔡雅雅烟晓婷应光国华南师范大学环境学院广州510006 华南师范大学环境研究院广东省化学品污染与环境安全重点实验室环境理论化学教育部重点实验室广州510006

以三氯生(TCS)和三氯卡班(TCC)为目标污染物,通过监测评价新冠疫情期间杀生剂的河网污染特征;同时,构建了一维水动力学模型和四级逸度模型耦合的河网连续动态模型,解决了污染物在河网迁移过程中的时间和空间异质性问题,开展了目标杀生... 详细信息

以三氯生(TCS)和三氯卡班(TCC)为目标污染物,通过监测评价新冠疫情期间杀生剂的河网污染特征;同时,构建了一维水动力学模型和四级逸度模型耦合的河网连续动态模型,解决了污染物在河网迁移过程中的时间和空间异质性问题,开展了目标杀生剂在石马河流域的迁移模拟.模型通过率定和实际浓度验证,获得了满意的模拟结果.结果表明,新冠疫情期间河网中杀生剂的污染浓度是非疫情期间的2倍.TCS和TCC从污水处理厂排出后,在河道中的浓度随着河流迁移的距离增大,呈现先升高后降低的趋势;而浓度的时间变化特征则受到河段流量的影响,上游低流量区域河网中杀生剂浓度先上升而后下降,且在20 h左右已逐渐趋于稳定;下游高流量区污染浓度呈现梯形缓慢升高趋势,且浓度最终在24 h时尚未成为稳定值.因此,对河网中典型杀生剂迁移的时空特征的评估,需在区别流量大小的前提下,分段和分时进行.

关键词：杀生剂逸度连续动态模拟河网归趋

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河网水流智能模拟技术及应用

水科学进展 2008年第2期19卷 232-237页

作者：唐洪武雷燕顾正华河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室浙江大学建筑工程学院浙江杭州310028

针对城市河网缺乏足够的实测资料和河网水动力学模型模拟速度慢的特点,提出将河网水动力学模型与遗传算法、神经网络方法结合,建立河网智能模型。模型中,利用河网水动力学模型提供神经网络所需的信息,遗传算法用于优化神经网络的初始权... 详细信息

针对城市河网缺乏足够的实测资料和河网水动力学模型模拟速度慢的特点,提出将河网水动力学模型与遗传算法、神经网络方法结合,建立河网智能模型。模型中,利用河网水动力学模型提供神经网络所需的信息,遗传算法用于优化神经网络的初始权重。将该模型应用于上海市浦东新区河网中,智能模拟结果与经过实测资料验证的河网水动力学模型的模拟结果吻合较好,表明河网智能模型精度与水动力学模型接近。同时实时性较好,可用来预测河网水位变化特性,也为今后类似研究提供一种模拟技术。

关键词：河网智能模型人工神经网络遗传算法水动力学模型

河网城市不透水面的河流水质响应阈值与尺度效应研究

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水利学报 2012年第2期43卷 136-142页

作者：赵军杨凯邰俊钱光人上海大学环境科学与工程系上海200444 华东师范大学资源与环境科学学院上海市城市化生态过程与生态恢复重点实验室上海200062

河网城市持续扩展的不透水面显著影响区域环境水文过程。本文以上海地区为例构建河网城市的研究方案,以水环境断面缓冲区为多尺度水文单元,对区域水环境质量与总不透水面(TIA)之间的响应关系进行研究。结果表明:区域总不透水面比率(PTIA... 详细信息

河网城市持续扩展的不透水面显著影响区域环境水文过程。本文以上海地区为例构建河网城市的研究方案,以水环境断面缓冲区为多尺度水文单元,对区域水环境质量与总不透水面(TIA)之间的响应关系进行研究。结果表明:区域总不透水面比率(PTIA)与主要水质指标之间呈现出非线性相关关系,存在阈值效应(PTIA=60%)。当PTIA60%,水环境质量随PTIA增加呈显著指数上升趋势;区域总不透水面比率与水中的溶解氧(DO)之间表现为简单的线性响应关系,随PTIA增加而单调递减;TIA与区域水环境质量间阈值效应没有呈现明显的尺度效应,从河岸带尺度到最大缓冲区尺度内,不同汇水单元尺度下的阈值效应十分接近。

关键词：总不透水面水环境响应阈值效应尺度效应河网

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河网汇水区域的层次化剖分与地图综合

测绘学报 2007年第2期36卷 231-236,243页

作者：艾廷华刘耀林黄亚锋武汉大学资源与环境科学学院地理信息系统教育部重点实验室湖北武汉430079

对于具有网络状结构的河系数据的综合化简,判断河流分支在河网中的重要性需要考虑三个层次的结构信息:全局范围内的空间分布模式;局域环境下的分布密度;单条河流的几何特征。为提取这些结构化信息,本文基于网络分析运用Delaunay三角网... 详细信息

对于具有网络状结构的河系数据的综合化简,判断河流分支在河网中的重要性需要考虑三个层次的结构信息:全局范围内的空间分布模式;局域环境下的分布密度;单条河流的几何特征。为提取这些结构化信息,本文基于网络分析运用Delaunay三角网模型建立了各级河流分支汇水区域的层次化剖分模型,其基本思想是将汇水区域划定当作“空间竞争”问题来求解,运用类似于Voronoi图的空间等剖分几何构造表达“袭水”过程,在各支流子系统内部及其环境之间通过Delaunay三角网骨架线确定汇水区域的分水岭。基于该层次剖分模型可计算河流分布密度、相邻河流间距、汇水范围及层次关系,进而推算出河系网中每一条河流的重要性系数,实现不同尺度下河流的综合选取。

关键词： Delaunay三角网地图综合河网空间分析

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河网水闸智能调度辅助决策模型研究

浙江大学学报（工学版） 2006年第5期40卷 822-826页

作者：顾正华浙江大学建筑工程学院浙江杭州310028

为了充分发挥水闸的运用效益,针对河网水闸综合管理中的水闸智能群控关键问题,借助人工神经网络和河网非恒定流数学模型技术,构建了一种河网水闸智能调度辅助决策模型.它的基本框架由水闸神经网络调度模型和河网非恒定流数值仿真模型组... 详细信息

为了充分发挥水闸的运用效益,针对河网水闸综合管理中的水闸智能群控关键问题,借助人工神经网络和河网非恒定流数学模型技术,构建了一种河网水闸智能调度辅助决策模型.它的基本框架由水闸神经网络调度模型和河网非恒定流数值仿真模型组成,其中,水闸调度模型用来输出调度方案,数学模型用来提供调度预案和对输出调度方案进行模拟检验.河网水闸智能调度辅助决策模型在上海市浦东新区河网上的运用结果表明,该模型可以较好地满足群闸智能调度需求,能解决浦东新区这样大型复杂河网的水闸智能控制问题,从而为内陆河网水闸综合管理提供有效的决策支持.

关键词：河网水闸智能调度人工神经网络辅助决策

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一个稳健的河网水情数据同化耦合模型

水科学进展 2014年第6期25卷 842-847页

作者：陈一帆程伟平徐庆华万晓丽浙江省水利河口研究院浙江杭州310020 浙江大学水工结构与水环境研究所浙江杭州310058

为解决河网水情动态系统的数据同化问题,将水情量测数据作为内边界条件,建立了一个基于误差最小二乘原理的河网水情数据同化耦合模型。同时,为了有效控制水情状态变量的校正程度,避免因校正过度而破坏河网系统的水量平衡关系,构建了一... 详细信息

为解决河网水情动态系统的数据同化问题,将水情量测数据作为内边界条件,建立了一个基于误差最小二乘原理的河网水情数据同化耦合模型。同时,为了有效控制水情状态变量的校正程度,避免因校正过度而破坏河网系统的水量平衡关系,构建了一个能有效控制及平衡各量测变量校正程度的权重矩阵。通过模拟算例和实例应用,系统检验了模型在河网水情仿真与预报中的实时校正能力,并得到了理想的结果。结果表明:模型理论完备、构建简便、数据同化可控性好,能够有效地进行河网水情动态系统的数据同化,提高河网水情仿真与预报的精度。

关键词：河网实时校正权重矩阵最小二乘法

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面向水系河网的建模与索引方法研究

电子科技大学学报 2015年第4期44卷 611-616,640页

作者：唐志贤冯钧徐曦史涯晴河海大学计算机与信息学院南京211110 中国人民解放军理工大学指挥信息系统学院南京210007

针对水系河网的非欧时空特征限制了数据查询效率,提出了一种面向水系河网的建模与索引方法。该方法首先建立水系河网的多尺度图论化模型,在此基础上定义河段的概念,并建立基于河段的流域水系河网索引(BRR-Tree)实现水利领域特征的表达,... 详细信息

针对水系河网的非欧时空特征限制了数据查询效率,提出了一种面向水系河网的建模与索引方法。该方法首先建立水系河网的多尺度图论化模型,在此基础上定义河段的概念,并建立基于河段的流域水系河网索引(BRR-Tree)实现水利领域特征的表达,用以实现水利领域语义查询请求的表达;然后设计基于BRR-Tree的水系河网查询算法,并按照水系河网进行数据访问需求转换为欧氏空间访问需求。实验表明该方法能够有效地支持水系河网分析,提高水利领域数据的访问效率。

关键词：索引建模河网河段

一维河网非恒定渐变流计算的汊点水位迭代法及其应用

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水力发电学报 2010年第4期29卷 140-147页

作者：陈永灿王智勇朱德军刘昭伟清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

采用Preissmann格式离散圣维南方程组,对离散得到的非线性系统通过Newton-Raphson迭代进行非线性求解,利用汊点水位迭代法处理河段间耦合问题,建立了适用于一维河网非恒定渐变流计算的数值模型。以矩形断面棱柱型渠道为例讨论了汊点水... 详细信息

采用Preissmann格式离散圣维南方程组,对离散得到的非线性系统通过Newton-Raphson迭代进行非线性求解,利用汊点水位迭代法处理河段间耦合问题,建立了适用于一维河网非恒定渐变流计算的数值模型。以矩形断面棱柱型渠道为例讨论了汊点水位迭代法的收敛性质和计算参数的选取原则,完善了汊点水位迭代法的理论基础。结合河网经典算例及三亚河水动力过程数值模拟对模型进行了验证,并分析了方法的收敛性及计算效率,计算表明汊点水位迭代法具有良好的工程适用性。

关键词：计算水力学一维非恒定流汊点水位迭代法河网

应用Godunov格式模拟复杂河网明渠水流运动

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应用基础与工程科学学报 2015年第6期23卷 1088-1096页

作者：张大伟权锦马建明何晓燕张忠波姜晓明中国水利水电科学研究院北京100038 水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心北京100038

为克服传统河网数学模型无法准确模拟急流或存在水面间断的复杂明渠水流等问题,采用具有良好激波捕捉能力的Godunov格式建立了新的一维河网水动力数学模型.模型采用基于HLL格式的有限体积法离散Saint-Venant方程组,采用数值重构的方法... 详细信息

为克服传统河网数学模型无法准确模拟急流或存在水面间断的复杂明渠水流等问题,采用具有良好激波捕捉能力的Godunov格式建立了新的一维河网水动力数学模型.模型采用基于HLL格式的有限体积法离散Saint-Venant方程组,采用数值重构的方法使模型整体获得时空二阶精度.在汊点处由质量、能量守恒方程和特征线理论构造汊点方程组,求解该方程组为各河段提供内边界条件.模型计算无需特殊的河道编码,每个汊点和河段分开单独求解.通过4个经典的数值算例对模型进行了验证,结果表明模型能够自动处理流态变化,具有良好的精度和稳定性,同时具备很好的模拟复杂河网水流运动的能力,说明新研发的河网数学模型是成功的.

关键词：河网数值模拟 Godunov格式