ENHANCING FECAL COLIFORM TOTAL MAXIMUM DAILY LOAD MODELS THROUGH BACTERIAL SOURCE TRACKING1

ABSTRACT: Surface water impairment by fecal coliform bacteria is a water quality issue of national scope and importance. In Virginia, more than 400 stream and river segments are on the Commonwealth's 2002 303(d) list because of fecal coliform impairment. Total maximum daily loads (TMDLs) will be developed for most of these listed streams and rivers. Information regarding the major fecal coliform sources that impair surface water quality would enhance the development of effective watershed models and improve TMDLs. Bacterial source tracking (BST) is a recently developed technology for identifying the sources of fecal coliform bacteria and it may be helpful in generating improved TMDLs. Bacterial source tracking was performed, watershed models were developed, and TMDLs were prepared for three streams (Accotink Creek, Christians Creek, and Blacks Run) on Virginia's 303(d) list of impaired waters. Quality assurance of the BST work suggests that these data adequately describe the bacteria sources that are impairing these streams. Initial comparison of simulated bacterial sources with the observed BST data indicated that the fecal coliform sources were represented inaccurately in the initial model simulation. Revised model simulations (based on BST data) appeared to provide a better representation of the sources of fecal coliform bacteria in these three streams. The coupled approach of incorporating BST data into the fecal coliform transport model appears to reduce model uncertainty and should result in an improved TMDL.     

基于可接受安全间距的单车道交通流模拟模型

交通流微观模拟是采用计算机对交通流进行描述及分析的方法。尤其对于复杂的交通流而言,微观模拟具有明显的优势,然而模拟的准确与否,关键在于模型的建立。笔者即是在研究我国单车道交通流特点的基础上,借鉴车道变换理论,基于驾驶员可接受的交通安全间距,分析安全变换车道的各间距之间的关系,阐述了有超车的单车道交通流模拟模型的建立方法     

池火灾热辐射的数值研究

通过列举储罐火灾事故,提出对池火灾进行研究的重要性。介绍目前池火灾国内外的研究现状及发展情况,描述池火灾燃烧特征和模型。应用化学流体力学基本定律,建立了描述池火灾过程的基本控制方程组,并根据适当的条件选择辐射模型。建立物理模型,做出合理假设,确定初始和边界条件,对池火灾热辐射过程进行数值模拟,得出火焰周围入射热流密度分布图,计算出相邻两罐之间的最小安全距离,应用于工程实际中,给防火间距的制定提供理论依据,计算结果定性合理。     

小城镇地震数字仿真与应急调度系统的研究

以地理信息系统为平台进行地震灾害研究,建立具有强大空间分析功能的信息系统,将发挥快速、准确的辅助决策作用.本文剖析了小城镇地震应急反应模式存在的弊端,明确了灾害空间的概念,并提出小城镇空间数据库的建库及三维可视化的技术方案.在基础信息数字化和可视化的基础上,开发了小城镇地震数字仿真与应急调度系统,实现了基于地震数字仿真结果,在相关数据库支持下进行地震应急调度决策.实践证明:该系统的运行,有利于小城镇抗震减灾的迅速决策;小城镇空间数据库的建库技术,贴合我国小城镇信息化的现状,技术可行、经济合理.     

Shapiro台风风场模型及其数值模拟

我国东南沿海是世界上台风最集中的地区之一,也是我国经济最发达和财富最集中的地区,台风引起的灾害损失巨大.数值模拟方法是目前进行台风危险性分析和估算极值风速普遍采用的方法,已有较多风场模型应用于台风区的极值风速估算,Shapiro风场模型是其中之一.首先介绍了Shapiro台风风场模型,然后采用有限差分法求解描述该风场模型的非线性偏微分方程组,利用两个实测台风的风速记录对该模型进行了验证,对该风场模型在我国东南沿海地区的应用做了初步尝试.     

两类常用森林火灾蔓延模型的比较

简要介绍了两类常用的森林火灾蔓延模型--邻接单元模型和波动传播模型的原理和实现方法.对作为离散模型的邻接单元模型和作为连续模型的波动传播模型的优、缺点作了系统的总结,并分析了它们对系统精度、实时性、复杂性、全局适应性、计算可靠性和整个模拟系统结构性能的影响.通过对比发现,两类模型在性能上的优势和局限有很强的互补性.因此,为了提高蔓延模型的性能,并使其不受火行为和地理要素复杂性的限制,有必要取长补短,通过现有的计算机技术将两者结合起来.     

基于系统动力学模型的影剧院人员疏散策略

随着社会的发展,人们对生命的重视程度日益增强,大型公共场所临灾情况下人员疏散问题的研究也越来越有实际意义.分析以往影剧院火灾事故可以发现,不正确的疏散逃生行为所引起的通道堵塞,是导致人员大量伤亡的一个主要原因.根据系统动力学原理,应用STELLA系统软件,建立了基于粗网络模型的人员疏散模型.以影剧院发生火灾为例,分析了采取不同疏散策略所产生的避难效果差异,找出了最佳的疏散策略.所提研究方法和建立的模型,对于合理设计疏散路线和优化建筑物的出口与通道结构具有一定的实用价值.     

Information Network Topologies for Enhanced Local Adaptive Management

We examined the principal effects of different information network topologies for local adaptive management of natural resources. We used computerized agents with adaptive decision algorithms with the following three fundamental constraints: (1) Complete understanding of the processes maintaining the natural resource can never be achieved, (2) agents can only learn by experimentation and information sharing, and (3) memory is limited. The agents were given the task to manage a system that had two states: one that provided high utility returns (desired) and one that provided low returns (undesired). In addition, the threshold between the states was close to the optimal return of the desired state. We found that networks of low to moderate link densities significantly increased the resilience of the utility returns. Networks of high link densities contributed to highly synchronized behavior among the agents, which caused occasional large-scale ecological crises between periods of stable and high utility returns. A constructed network involving a small set of experimenting agents was capable of combining high utility returns with high resilience, conforming to theories underlying the concept of adaptive comanagement. We conclude that (1) the ability to manage for resilience (i.e., to stay clear of the threshold leading to the undesired state as well as the ability to re-enter the desired state following a collapse) resides in the network structure and (2) in a coupled social–ecological system, the systemwide state transition occurs not because the ecological system flips into the undesired state, but because managers lose their capacity to reorganize back to the desired state. An erratum to this article can be found at .     

基于卫星夜间灯光数据的中国分省碳排放时空模拟

中国能源统计数据"横向不可比,纵向不可加"现象依然突出,尤其是分省能源消费统计千差万别,给分省碳排放评估带来了较大困难,如何利用卫星遥感数据科学合理地估算中国分省碳排放是当前亟须研究的问题。本文运用DMSP/OLS全球稳定夜间灯光数据,在通过相互校正、年内融合和年际间校正等系列处理得到中国分省稳定夜间灯光数据的基础上,首先分别构建中国分省稳定夜间灯光亮度DN值与人均碳排放和单位面积碳排放之间的时空地理加权回归模型,两个模型整体效果均较好,拟合优度分别高达96.74%和99.24%;其次运用稳定夜间灯光亮度DN值对分省人均碳排放和单位面积碳排放进行时空模拟;最后运用人口规模和土地面积对分省碳排放进行估算。估算结果显示:(1)整体来看,2000—2013年年均碳排放模拟值与实际值6.3349×109t较为接近,两个模型的相对误差均在0.5%以内。(2)分年度来看,所有年份的相对误差均在5%以内,2006年分省加总碳排放模拟值与实际碳排放6.2036×109t最为接近,绝对误差和相对误差均较小,两个模型模拟值的相对误差均为0.04%。(3)分省域来看,2000—2013年年均碳排放模拟值与实际碳排放均非常接近,除海南和宁夏外,其余28个省区市的相对误差均在1%以内。(4)分年度分省域来看,以2013年为例,40%省份的相对误差在2%以内,70%省份的相对误差在5%以内。从整体、分年度、分省域、分年度分省域的估算结果来看,基于稳定夜间灯光数据的中国分省碳排放时空模拟效果良好。因此,运用卫星夜间灯光数据可以较为准确地对中国分省碳排放进行估算和预测,为卫星遥感影像数据服务分省碳排放监测和评估提供一种补充性参考。     

湖北省土地利用减碳增效系统仿真及结构优化研究

土地利用变化是引起碳排放的重要原因之一,土地经济效益是利用土地的目标之一,如何通过优化土地利用结构实现土地利用减碳增效是值得研究的重要问题。基于系统结构与功能相互作用的视角,梳理复杂系统内变量间的反馈关系,运用系统动力学(SD)进行建模,将约束条件纳入到多目标规划(MOP)中,实现MOP与SD模型整合,进行系统仿真并得出优化后2020年湖北省土地利用结构。结果显示,利用SD-MOP模型能够实现减碳增效目标下土地利用结构优化,与2008年真实值相比,耕地、林地、牧草地及建设用地分别增加了0.33×10~4、30.17×10~4、0.08×10~4和16.37×10~4 hm~2,其他农用地及未利用地分别减少7.23×10~4、33.15×10~4 hm~2;与无约束SD单模型仿真相比,土地利用碳排放量减少了58×10~4 t,经济效益年增长率维持在3.58%,优化方案具有可行性。SD-MOP模型优化的土地利用结构符合区域可持续发展要求,兼顾了土地利用碳减排和经济效益增长的双重目标,能为区域土地资源优化配置提供参考。