采煤沉陷區(qū)分布式水循環(huán)模擬與水利工程效用研究

• 序

• 前言

• 1緒論

• 2模型開發(fā)設(shè)計(jì)與模型原理

• 3模型構(gòu)建與檢驗(yàn)

• 4采煤沉陷區(qū)蓄洪除澇作用研究

• 5采煤沉陷區(qū)水資源開發(fā)利用潛力研究

• 6采煤沉陷區(qū)水環(huán)境安全保障研究

• 7研究結(jié)論與展望

• 參考文獻(xiàn)

《采煤沉陷區(qū)分布式水循環(huán)模擬與水利工程效用研究》主要介紹面向?qū)ο竽K化的“河道－沉陷區(qū)－地下水”分布式水循環(huán)模擬模型的開發(fā)及其在采煤沉陷區(qū)應(yīng)用的相關(guān)內(nèi)容。通過建立符合當(dāng)?shù)厮h(huán)形成轉(zhuǎn)化特征的分布式水循環(huán)模擬模型來論證采煤沉陷區(qū)的積水機(jī)理和水資源形成轉(zhuǎn)化機(jī)制，不同沉陷發(fā)展階段的蓄洪除澇能力、可供水量，及沉陷區(qū)水資源開發(fā)利用對(duì)淮河干流的環(huán)境影響、礦區(qū)環(huán)境對(duì)沉陷區(qū)水質(zhì)的影響和水質(zhì)保護(hù)等方面內(nèi)容。

《流域水循環(huán)分布式模擬與調(diào)控》基于天然水循環(huán)和人工側(cè)支用水過程耦合模擬的思想，利用數(shù)字高程模型和數(shù)字河湖網(wǎng)資料，構(gòu)建了基于“天然-人工”雙拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的數(shù)字河網(wǎng)和分布式水資源模擬模型。針對(duì)大流域配水供需單元之間往往存在時(shí)延性的情況，利用等流時(shí)帶概念，通過空間上等流時(shí)帶的平移反映調(diào)蓄工程放水在時(shí)間上的滯后性影響，建立流域水資源優(yōu)化配置模型。利用大系統(tǒng)優(yōu)化的分解協(xié)調(diào)方法進(jìn)行求解，實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)不同層次的優(yōu)化。所建模型，不僅可用于模擬土地利用/土地覆被變化等不同下墊面條件對(duì)水資源形成轉(zhuǎn)化的影響，而且可用于模擬人工側(cè)支用水對(duì)水資源形成轉(zhuǎn)化與利用的影響，以及大流域水資源的優(yōu)化調(diào)控。

目錄

前言

第1章 緒論 1

1.1 引言 1

1.2 分布式水資源模擬 3

1.2.1 國外分布式水資源模擬研究進(jìn)展 3

1.2.2 我國分布式水資源模擬研究進(jìn)展 5

1.3 水資源配置 6

1.3.1 國外水資源配置研究 7

1.3.2 我國水資源配置研究 10

1.4 本書的主要內(nèi)容 14

1.5 技術(shù)路線 15

第2章 水循環(huán)過程 17

2.1 天然狀態(tài)下的水循環(huán)過程 17

2.2 人類活動(dòng)影響下的水循環(huán)過程 18

2.3 “天然-人工”雙驅(qū)動(dòng)因素相互影響與耦合 19

2.3.1 人工驅(qū)動(dòng)因素對(duì)天然狀態(tài)下水循環(huán)過程的影響 19

2.3.2 天然驅(qū)動(dòng)因素對(duì)人工側(cè)支用水的影響 21

2.3.3 “天然-人工”雙驅(qū)動(dòng)因素的耦合 21

2.4 基于“天然-人工”雙驅(qū)動(dòng)因素的徑流演化 22

2.5 本章小結(jié) 23

第3章 “天然-人工”雙拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)字水系構(gòu)建 24

3.1 地理信息系統(tǒng) 24

3.1.1 地理信息系統(tǒng)的概念 24

3.1.2 數(shù)字地面模型概述 26

3.1.3 地理信息系統(tǒng)在分布式水資源模擬模型研究中的應(yīng)用 29

3.2 傳統(tǒng)的基于DEM提取流域排水結(jié)構(gòu)方法 30

3.2.1 基于DEM的單元?jiǎng)澐址椒?30

3.2.2 DEM的預(yù)處理 31

3.2.3 流向判斷 32

3.2.4 河網(wǎng)提取 35

3.3 基于“天然-人工”雙拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建立數(shù)字水系 37

3.3.1 雙拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)字水系構(gòu)建流程 37

3.3.2 基于DEM與DRLN自動(dòng)提取河網(wǎng) 38

3.3.3 基于等流時(shí)帶的子流域劃分方法 46

3.3.4 引入人工影響因素的數(shù)字河網(wǎng)的構(gòu)建 50

3.4 土壤類型和土地利用分布概化 54

3.4.1 下墊面條件變化對(duì)水循環(huán)的影響 54

3.4.2 遙感信息反演 54

3.4.3 土壤類型和土地利用在子流域內(nèi)的概化 61

3.5 本章小結(jié) 61

第4章 基于“天然-人工”雙拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的水資源模擬 63

4.1 建模思路及整體框架 63

4.1.1 建模思路 63

4.1.2 整體框架 64

4.2 地表能量平衡 67

4.2.1 太陽輻射量 67

4.2.2 大氣對(duì)太陽輻射的影響 68

4.2.3 日凈輻射 69

4.3 氣象資料模擬 70

4.3.1 實(shí)測資料生成 70

4.3.2 自動(dòng)生成資料 73

4.3.3 氣象資料的高程修正 74

4.3.4 降雪和融雪 75

4.4 天然因素的模擬 77

4.4.1 蒸散發(fā) 77

4.4.2 截留 81

4.4.3 下滲與土壤水分運(yùn)動(dòng) 82

4.4.4 地表徑流 85

4.4.5 匯流 88

4.5 人工影響因素的模擬 89

4.5.1 灌區(qū)水循環(huán)模擬 89

4.5.2 城鎮(zhèn)地區(qū)水循環(huán)模擬 92

4.5.3 水利工程調(diào)蓄作用模擬 95

4.5.4 其他用水模擬 96

4.6 本章小結(jié) 97

第5章 分布式水資源模擬模型參數(shù)率定 99

5.1 目標(biāo)函數(shù)及評(píng)價(jià)指標(biāo) 99

5.1.1 模型率定目標(biāo)函數(shù) 99

5.1.2 模型模擬效率評(píng)判準(zhǔn)則 100

5.2 分布式水資源模擬模型參數(shù)率定方法 102

5.2.1 試錯(cuò)法 102

5.2.2 傳統(tǒng)數(shù)學(xué)優(yōu)化方法 103

5.2.3 幾種常用的全局優(yōu)化算法 105

5.3 分布式水資源模擬模型參數(shù)靈敏度分析 113

5.3.1 擾動(dòng)分析法 113

5.3.2 RSA方法 113

5.3.3 GLUE方法 114

5.4 本章小結(jié) 114

第6章 用水部門需水預(yù)測 115

6.1 需水概念及分類 115

6.2 需水要素的預(yù)測 117

6.2.1 生活需水 117

6.2.2 工業(yè)需水 119

6.2.3 建筑業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)需水 125

6.2.4 農(nóng)業(yè)需水 126

6.2.5 生態(tài)需水 131

6.2.6 綜合需水分析與計(jì)算 143

6.3 需水要素的時(shí)間展布 144

6.3.1 生活需水 144

6.3.2 生產(chǎn)需水 144

6.3.3 生態(tài)需水 145

6.4 需水要素的空間展布 145

6.4.1 沒有輔助數(shù)據(jù)的面插值 146

6.4.2 有輔助數(shù)據(jù)的面插值 148

6.4.3 需水要素的空間展布 148

6.5 用水效益計(jì)算方法 149

6.5.1 農(nóng)業(yè)用水效益計(jì)算 149

6.5.2 工業(yè)供水效益計(jì)算 154

6.5.3 其他部門用水效益計(jì)算 156

6.6 本章小結(jié) 157

第7章 流域水資源優(yōu)化配置模型的構(gòu)建 159

7.1 水資源優(yōu)化配置的概念 159

7.1.1 水資源優(yōu)化配置的目標(biāo) 159

7.1.2 水資源優(yōu)化配置的原則 160

7.1.3 水資源優(yōu)化配置的手段 161

7.2 基于“天然-人工”雙拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的水資源系統(tǒng)基本框架 163

7.2.1 系統(tǒng)概化方法 163

7.2.2 系統(tǒng)框架 165

7.2.3 供水的時(shí)延性 166

7.3 流域水資源優(yōu)化配置模型 168

7.3.1 全流域水資源優(yōu)化配置數(shù)學(xué)模型 168

7.3.2 計(jì)算單元水資源優(yōu)化配置數(shù)學(xué)模型 170

7.4 本章小結(jié) 171

第8章 流域水資源優(yōu)化配置模型的求解 172

8.1 大系統(tǒng)概述 172

8.1.1 大系統(tǒng)優(yōu)化的分解協(xié)調(diào)技術(shù) 172

8.1.2 大系統(tǒng)優(yōu)化方法概述 175

8.1.3 水資源大系統(tǒng)優(yōu)化 179

8.2 分解協(xié)調(diào)方法 181

8.2.1 系統(tǒng)描述 181

8.2.2 系統(tǒng)分解與協(xié)調(diào) 183

8.2.3 非線性耦合的推廣 189

8.3 水資源優(yōu)化配置大系統(tǒng)遞階結(jié)構(gòu) 190

8.3.1 水資源優(yōu)化配置模型分析 190

8.3.2 各層目標(biāo)函數(shù)的選取 191

8.4 協(xié)調(diào)步驟 192

8.4.1 空間分解法分解協(xié)調(diào) 192

8.4.2 混合法分解協(xié)調(diào) 195

8.5 本章小結(jié) 196

第9章 實(shí)例研究 197

9.1 流域概況 197

9.1.1 自然地理 197

9.1.2 地形地貌 197

9.1.3 土壤植被 198

9.1.4 氣候 199

9.1.5 河流水系 200

9.2 資料分析 200

9.2.1 地理信息 200

9.2.2 氣象資料 202

9.2.3 水文資料 202

9.2.4 宏觀經(jīng)濟(jì)資料 205

9.3 黃河流域基于“天然-人工”雙拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)字河網(wǎng)的建立 210

9.3.1 黃河流域數(shù)字河網(wǎng)的生成 210

9.3.2 等流時(shí)帶的劃分及參數(shù)率定 212

9.3.3 人工影響因素的引入 212

9.3.4 子流域間拓?fù)潢P(guān)系的建立 213

9.4 黃河流域基于“天然-人工”雙拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分布式水資源模擬 213

9.4.1 模型參數(shù)率定 213

9.4.2 模擬結(jié)果及分析 214

9.5 黃河流域水資源優(yōu)化配置 219

9.5.1 系統(tǒng)概化 219

9.5.2 情景選取 220

9.5.3 配置結(jié)果 228

9.6 本章小結(jié) 238

第10章 結(jié)論與展望 239

10.1 結(jié)論 239

10.2 展望 242

參考文獻(xiàn) 243 2100433B

《流域水循環(huán)分布式模擬》是國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目（“973”，G19990436）的研究成果之一，主要內(nèi)容是分布式水文模型系統(tǒng)的研發(fā)與集成。全書共分10章。第一章介紹了分布式水文模型的基本概念和國內(nèi)外研究進(jìn)展；第二章探討了分布式水文模型的理論基礎(chǔ)；第三章闡述了分布式水文模型的相關(guān)支撐技術(shù)；第四章介紹了自主開發(fā)的流域分布式水文模擬系統(tǒng)HIMS的結(jié)構(gòu)和功能；第五章至第七章介紹了自主開發(fā)的三種時(shí)空民度的分布式水文模型；第八章和第九章介紹了國外分布式水文模型在黃河流域的應(yīng)用；第十章對(duì)分布式水文模型的研究進(jìn)行了總結(jié)，分析子分布式水文模型存在的問題及其發(fā)展前景。

《流域水循環(huán)分布式模擬》重在理論研究與應(yīng)用實(shí)踐的結(jié)合，在流域水循環(huán)分布式模擬研究方面，具有很好的指導(dǎo)和示范作用，可供水利工程、環(huán)境工程、地質(zhì)工程、地球科學(xué)等專業(yè)的科技工作者參考，也可作為相關(guān)專業(yè)教師、研究生、本科生的輔助教材。