厌氧反应器系统动力学模型构建方法学研究

以系统动力学的基本概念、方法为基础提出了存在于变量之间的3种基本关系模式,并在此基础上提出针对复杂系统的分块建模理论.将以葡萄糖为进水基质的厌氧反应器划分为3个子系统.确定了该系统的系统结构图,在此基础上构建厌氧消化系统的SD模型.根据分块建模的优势及特点,对模型中的3个子系统采用不同的计算方式,通过对比模拟结果表明,SD模型静态模拟结果与实验数据、传统结构模型模拟结果之间的误差<10%,动态模拟结果与实际趋势一致,说明SD模型的模拟结果是可信的.根据其特性,对取消物化子系统的简化模犁的模拟结果进行分析,表明根据不同的研究目的,选择合适的模型结构是必要的,采用系统动力学的分块建模方法有利于模型的简化与升级、减少计算量、提高模型的计算速度.     

基于系统动力学模型的松花江水污染事故水质模拟

将系统动力学应用于突发水污染事故的水质模拟,利用其擅长研究动态、非线性复杂系统的特点,构建一维水质模拟的系统动力学模型,结合松花江特大水污染事故的现场监测数据进行模型参数率定以及模型验证.结果表明,所建立的模型能够模拟松花江水污染事故中硝基苯浓度随时间的变化,特别是对硝基苯的浓度峰值与峰值出现时间的模拟效果较好.通过对参数纵向水流流速(u)、纵向弥散系数(E)和衰减速率系数(k)的调整,进行情景模拟,可为应急措施方案的优选提供量化参考的依据.     

工业园区一体化水资源调控的系统动态研究方法

针对目前工业园区水资源一体化管理中存在的问题,提出在系统分析工业园区水生态系统结构和功能的基础上,运用计算机模拟技术和管理系统工程学动态仿真技术、运筹学优化理论建立基于系统动力学的动态仿真模型的方法.该方法可实现对影响企业和园区水资源系统各种要素的动态模拟,进而运用决策控制技术对生态工业园的用水网络进行优化调控,并以厦门某沿海工业园区为例进行了方法运用及验证.     

规划环境影响的动态评价思路:系统动力学方法

本文在系统分析规划环境影响发生机理的基础上,提出将系统动力学作为规划(区域发展及行业发展规划)与承载系统(能源资源、淡水资源、耕地资源、矿产资源、生物资源)的动态连接工具,给出系统动力学与规划环评相融合的方法学框架并给出了具体实施步骤,首次建立基于系统动力学的规划环评方法体系和系统评估模型.该方法的运用可以有效地为规划规模、结构、布局等方案的全局性优化调整提供科学决策的基础支撑.     

北湖流域水质改善系统动力学研究

利用系统动力学擅长研究动态、非线性复杂系统的特点,将其应用于北湖水质改善分析,构建了系统动力学-水质耦合模型,可实现长时间序列的连续模拟和水环境管理的情景分析。文章定量分析了三产比例调整、城镇化率提高与污水集中处理等因素对流域纳污控制及水质改善的影响,推演出可协调经济发展-水环境保护-污水治理资金三方矛盾的合理方案,为类似小城镇的发展提供可借鉴的思路和方法。     

流域系统动力学模型的全耦合问题研究进展

从系统分析的视角出发,对流域系统动力学建模过程、方法进行总结。综述了国内外系统动力学模型(简称SD模型)在社会经济发展与流域水资源承载力、流域水环境承载和流域水生态承载力耦合关系的研究。从简单的零维模型发展到复杂的社会经济综合模型和OO-SD模型(即Objective-Optimization SD模型),国内SD模型耦合关系研究主要集中在叶尔羌河、洱海、滇池等流域,SD模型在监测、数据共享和模型结构、参数选取和不确定性分析等方面还存在不足,有待改进。     

系统动力学方法在城市生活垃圾产生系统的应用

准确预测城市生活垃圾产生量是构建与运行生活垃圾管理系统的首要条件. 我国大部分城市生活垃圾的历史统计数据稀缺,传统预测方法往往难以得到要求精度的预测结果. 在系统地分析生活垃圾产生量影响因素及因素间互动关系的基础上,建立了基于VENSIM软件的系统动力学模型,并将该模型应用于深圳市城市生活垃圾产生系统. 结果表明:运用系统动力学方法可以较好地进行城市生活垃圾产生量预测,解决了数据稀缺条件下城市生活垃圾产生量的精确预测问题,为处理处置工艺的选择和规模的确定提供了数据支撑,同时可以在垃圾产生量预测的基础上进行不同政策下系统的行为模拟.      

环滇池截污干渠系统动力学模型研究

以系统动力学原理为基础,利用系统动力学软件Vensim构建了环滇池截污干渠系统动力学模型(SD模型),模拟了溢流污染的产生—排放—传输全过程。通过模拟6种不同控制方案下的溢流水量及溢流水中COD随时间的变化,对比各方案的优劣性,最终可为滇池流域合流制溢流污染控制提供技术参考。     

基于SD模型的小江流域协调发展模式研究

三峡水库自蓄水以来水环境安全问题便受到广泛关注。选取三峡水库典型支流小江为研究对象,应用系统动力学(SD)方法和情景分析方法,构建了小江流域环境-社会-经济系统仿真模拟模型,实现了3种发展情景的模拟和分析。研究结果显示:(1)自然发展模式下流域人口、需水量、各产业GDP都实现高速增长,至2025年COD、氨氮、总氮、总磷的负荷分别达到16 796.1 t,9 578.8 t,3 461.8 t以及405.1 t;(2)经济人口调控模式下COD、氨氮负荷分别下降了7.9%和25%;(3)环境社会经济协调发展模式下实现了污染负荷的大幅度削减。结合模拟结果,提出了小江流域环境社会经济持续协调发展的相关建议。     

人水系统的自组织演化模拟与实证

人水系统是一个开放的复杂巨系统,研究其自组织演化过程对促进区域人水和谐和可持续发展具有重要意义。论文在辨析人水系统基本内涵的基础上提出了其概念模型,基于自组织理论分析了人水系统的演化具有开放性、涨落、非线性、反馈、不稳定性和支配性等特点。在此基础上借鉴协同学、耗散结构论等将序参量判据和熵判据结合,构建了人水系统的自组织演化模型,并应用到人水矛盾突出的石羊河流域。案例分析表明：石羊河流域人水系统的社会经济、生态环境和资源开发利用三个子系统在2001-2011 年的协同度总体呈“S”型上升趋势,具体演化路径略有不同;人水系统的整体演化以2006 年为涨落点,在政策驱动下,系统不断输入负熵,由混乱无序向协调有序的良性发展方向演化,开始趋向新的稳态,结果验证了模型应用的可行性。     

系统动力学在阿什河流域水污染控制规划中的应用

文章简要介绍了系统动力学,分析了流域水污染控制系统的特点,然后以阿什河流域为例,建立了阿什河流域水污粢控制规划系统的系统动力学模型。该模型以18个状态变量为核心,19个速率变量以及其他辅助变量组成。并对模型做了有效性检验,通过历史性检验和灵敏度分析,可以认为该模型能够真实反映现实系统,稳定性较强,可用于阿什河流域水污染控制的分析及预测。     

宝鸡市人水和谐评价研究

以宝鸡市为例建立区域人水和谐评价指标体系及评价模型。在阐述人水和谐内涵的基础上,构建宝鸡市人水和谐评价指标体系。根据对立统一可变模糊集理论及合作博弈思想,建立基于合作博弈权重的可变模糊集模型,评价人水复合系统的综合发展水平;以水系统和人类系统的综合发展水平为基础,采用协调性指数模型揭示两系统间的相互协调关系,由人水系统的信息熵得到人水复合系统的协调度,以此建立信息熵协调度模型,评价人水复合系统协调度;以人水复合系统综合发展水平和协调度为基础,综合评价人水复合系统的和谐度。应用此模型对宝鸡市2001—2010 年的人水和谐程度进行评价,和谐度在0.631~0.833 之间。与模糊物元评价模型结果对比分析,评价结果基本一致,表明文中模型有效可行,结果可靠。通过对宝鸡市人水和谐评价指标体系和评价模型研究,以期为人水和谐的深入研究提供一种实用可操作的定量评价方法。     

河湖水系连通下郑州市人水关系变化分析

河湖水系是水资源的载体,也是人与水相互作用的媒介,河湖水系对人水关系的作用主要体现在河湖水系的连通状况上。河湖水系连通条件的改变在一定程度上能够引起人水关系的变化,开展河湖水系连通下人水关系的变化分析与研究十分迫切和关键。论文以郑州市为研究区域,在系统总结河湖水系连通条件和典型连通工程的基础上,对人水关系进行分析,通过不同时期人水关系对比,得出河湖水系连通条件下的郑州市人水关系变化情况。总结人水关系的变化规律和趋势,进一步揭示河湖水系连通演变与人水关系变化之间的内在联系机理,为未来进一步科学调控人水关系、实现人水和谐提供参考。     

松花江流域水资源-水污染联合调控方案动态模拟研究

为解决松花江流域水资源消耗与水污染物排放联合调控过程中系统复杂特征难以刻画和系统状态变化难以量化的问题,本文从流域污染物排放的源头即农业、工业、畜禽养殖业及生活(城镇和农村)4个方面展开研究,研究其水资源消耗量和水污染物排放量联合控制的特征和机理过程.通过构建二者的耦合关系,建立了松花江流域水资源-水污染联合控制动态模拟模型.通过对该模型进行验证及设计的4种情景方案的模拟对比,充分说明实施开源、节流、治污、减排的综合措施,才是松花江流域经济社会与水环境系统协调发展的最佳策略.同时结果也证明了本文所提出的联合调控动态模拟模型的合理性和可行性.本研究对于解决松花江流域的水资源优化管理、水污染减排和总量控制具有重要的意义,同时可为制定松花江流域经济发展策略提供参考.     

城市水资源供需系统优化分析

运用系统动力学的方法,研究了城市水资源供需系统的优化分析。系统中主要包括了人口、工业生产、水资源供应和污染等4个状态变量,其中总可供水量是系统的控制变量;得出水价和水污染整治投资比例是两个关键因素,系统运行结果表明,只有二者相互协调,共同发挥作用,才能保证城市水资源的可持续利用,缺一不可。论文以长春市为例,分析了城市水资源供需系统的动态变化,并提出了解决水资源短缺以及水体污染的控制方案。     

调水对巢湖浮游植物群落演替模式的影响

建立了巢湖生态动力学模型CAEDYM,并利用2010年的实测出入湖流量、水质、水文、气象等数据对模型进行了参数验证,确定了适用于巢湖水环境特征的生态动力学模型参数.利用模型中的磷循环原理模拟了巢湖水体中磷的生态动力学循环过程和浮游植物群落的季节性演替模式,并模拟了调水对浮游植物群落演替模式的影响.模拟结果表明,巢湖浮游植物优势种的演替模式为:春季绿藻占优势,夏季和秋季蓝藻占优势,冬季硅藻占优势.通过夏季的短期调水可使巢湖各点最终的TN、TP分别平均下降了约18.9%,25.2%.从Chl a的计算结果可知,调水的实施对巢湖西半湖和中部湖区Chl a的改善效果比较明显,可使Chl a的峰值从69μg/L下降到57μg/L,对巢湖的蓝藻有较好的改善效果,且对浮游植物群落的季节性演替影响不大.     

深圳市土地利用动态趋势分析

在分析深圳市土地利用变化与驱动力的基础上 ,将城镇用地细化为工业用地、居住用地和第三产业用地 ,并将它们与耕地和工业投资、人口增长、收入水平、水资源状况等主要驱动力纳入统一的总体结构中 ,采用系统动力学的方法 ,定量地描述它们的动态关系。系统动力学模型的基本模拟结果显示 ,城镇用地的长期变化趋势是一种“S”型的增长规律 ,从1980年至2030年是城镇用地变化的快速增长阶段。在城镇用地的变化过程中 ,工业用地、居住用地和第三产业用地在总的城镇用地中所占的比例在经过一个较长时期的波动后 ,大约从2020年开始基本保持稳定的状态。耕地的变化趋势是持续下降 ,并逐渐消失     

环洞庭湖区水资源供需系统仿真及优化决策研究

论文运用系统分析的理论与方法,分析环洞庭湖区水资源供需系统的特征和各要素之间的相互作用,建立水资源供需系统模型,仿真模拟传统发展模式、发展经济型模式、节水型模式和协调型模式等四种不同情景下,2010-2030年环洞庭湖区水资源供需变化趋势.结果表明:①随着经济的发展和人口的增长,环洞庭湖区水资源供需矛盾十分突出;②在协调型模式下,模拟期末环洞庭湖区总需水量达到159.1×10⁸ m³,供需缺口最大值出现在2020年,为1.9×10⁸ m³,到2030年水资源供给能力约有3.6×10⁸ m³富余,模拟期内水资源供给基本能够满足社会经济发展的需求,且能够获得最大的综合效益,是环洞庭湖区水资源开发利用的最佳方案;③为了达到预期目标,还需增强节水意识、完善用水管理、优化经济结构,加大水利投入和环境整治,提高节水技术水平和水利保障水平.