Optimal Operation of Reservoir Systems using Simulated Annealing

A stochastic search technique, simulated annealing (SA), is used to optimize the operation of multiple reservoirs. Seminal application of annealing technique in general to multi-period, multiple-reservoir systems, along with problem representation and selection of different parameter values used in the annealing algorithm for specific cases is discussed. The search technique is improved with the help of heuristic rules, problem-specific information and concepts from the field of evolutionary algorithms. The technique is tested for application to a benchmark problem of four-reservoir system previously solved using a linear programming formulation and its ability to replicate the global optimum solution is examined. The technique is also applied to a system of four hydropower generating reservoirs in Manitoba, Canada, to derive optimal operating rules. A limited version of this problem is solved using a mixed integer nonlinear programming and results are compared with those obtained using SA. A better objective function value is obtained using simulated annealing than the value from a mixed integer non-linear programming model developed for the same problem. Results obtained from these applications suggest that simulated annealing can be used for obtaining near-optimal solutions for multi-period reservoir operation problems that are computationally intractable.     

水电站进水塔动水压力研究和探讨

基于理想流体,将进水塔简化成水中悬臂梁体系,推导了其受迫振动时的动力响应方程,给出了进水塔内外表面动水压力的解析表达式。与有限元法、水工抗震规范公式计算结果进行了对比,分析验证了该方法在进水塔结构上的适用性及准确性。结果表明:动水压力表达式与结构振型密切相关。该方法的动水压力曲线趋势与有限元方法相似,均在水面以下某深度处迅速变大及达到最大值后曲线值减小弯回,两者最终在塔体底部收于相近的值;最大值大于有限元法,其最大值处曲线折回明显,幅度较大。弹性模量和进水塔高度对动水压力的曲线形态和数值有重要影响。同时,输入激励荷载的频率对动水压力影响巨大,尤其频率与进水塔某阶频率相近时会导致动水压力的异常增大。该方法对分析进水塔动水压力具有参考价值。     

木头峪水源地廊道取水允许开采量计算

简要分析了廊道的水流特征,通过引入等效渗透系数,构建廊道取水的渗流-管流耦合模型,并用之于陕北佳县木头峪水源地廊道取水工程,确定了开采方案,同时计算了开采方案枯水期廊道取水的允许开采量,最终确定木头峪地下水廊道开采方式允许开采量为16 900 m3/d。建立的廊道取水数学模型能较好地反映廊道的水流特征。     

陕西省耕地利用转型与粮食产量耦合关系研究

[目的]研究陕西省耕地利用隐形变化与产量的耦合关系,以此优化粮食生产系统的指导方式,提高陕西省粮食产量,协调陕西省耕地利用转型与粮食产量的耦合关系。[方法]文章运用变异系数法,以粮食生产的"投入指标"为评价依据,耕地利用强度由地均化肥施用量、有效灌溉比、复种指数及地均农业机械动力表征等4个指标构成,以及利用2005~2015年陕西省粮食产量,分析其耕地利用转型和粮食产量耦合关系时空演变。[结果]2005~2015年间陕西省各地市耕地利用强度数值上逐年增大,但空间布局变化较分散;从粮食产量方面来看,陕西省各地市粮食产量整体有所增长,空间分异特征较为明显;耕地利用转型与粮食产量高耦合值区增加,低耦合区值逐渐减少;从空间上看,陕西省中部地区耕地利用转型与粮食产量耦合度越来越高。[结论]陕西省耕地利用转型与粮食产量耦合度在2005~2015年间呈现耦合度逐渐增加的态势,耕地利用转型对粮食安全具有有利影响。     

基于耦合共生理论的田园综合体规划模式建构

[目的]随着城乡统筹发展,乡村振兴战略的实施已成为解决"三农"问题的关键。2017年中央一号文件在乡村的大背景下,首次提出了"田园综合体"的概念,旨在通过实现农业与其他产业的共生融合,来带动乡村的发展及振兴、农业的转型升级、农民生活质量的提高。通过构建多产业耦合共生的田园综合体规划模式,以期更好地实现农业转型升级以及乡村的发展振兴。[方法]引入物理学中的耦合理论以及生物学中的共生理论进行研究。[结果]从耦合共生单元、耦合共生环境、耦合共生界面三个方面提出集农旅合一、多产业联合、多方参与为一体的田园综合体模式规划理念框架。[结论]以农旅合一的耦合共生单元为基础,将文化作为农业与旅游耦合共生的介质,有助于实现文化内涵的提升以及农业与旅游的协同发展;以多产业联动的耦合共生环境为推手进行合理布局,使多产业联动发展,有助于实现资源的整合利用、农业产业附加值的增加、村落结构的完善、农村特色及文化的传承;以多方共同参与的耦合共生介质为保障,通过政府、市场和公众这三方的共同参与和合作,有助于解决三农问题,带动农村经济的发展,促进乡村统筹发展及乡村振兴战略的实施。     

NUMERICAL INVESTIGATION ON THE HYDRODYNAMIC PERFORMANCES OF A NEW SPAR CONCEPT

Recently, the spar platform concept develops quickly in the offshore oil and gas exploitations, especially in deep and ultra-deep water, owing to its benign motion performance, excellent stability and adaptation to wide range of water depth. Many new spar concepts have been put forward with the purpose of reducing fabrication difficulty and cost, while meeting the requirements of exploitation in the meantime. Based on the aims mentioned above, a new spar concept was presented in this article and its hydrodynamics both in operating and survival conditions was studied by means of numerical simulation. Basic model tests were also conducted to calibrate the numerical approach. Following aspects are highlighted: (1) new spar concept, (2) global performance of the spar concept and (3) mooring line analysis.     

压裂水平井裂缝变质量入流与油藏渗流耦合模型研究

综合考虑了水平井筒完井段生产、各条裂缝长度不等、导流能力不同、间距不等、与水平井筒夹角不等以及关于井筒非对称等因素对产量的影响,建立了压裂水平井裂缝分段入流、水平井筒分段入流与油藏渗流的耦合模型.通过实例计算,揭示了水平井筒完井段及裂缝段的入流和压力分布规律,并对各裂缝的产量进行了敏感性分析.结果表明,在裂缝与井筒交点附近,裂缝入流存在局部极大值,且生产压差最大;裂缝之间的水平井筒完井段入流速度存在极大值,在裂缝与井筒交点处压力变化幅度剧增;裂缝半长对外裂缝产量影响程度深,对內裂缝的影响相反.     

中国水-能源纽带关系双向消耗核算研究

针对经济社会发展中水与能源的消耗问题,从水资源开发利用过程中的能耗与能源生产过程中的水耗两个角度进行双向的定量分析,并采用双向核算法估算了全国主要能源产业生产现状总用水量与水资源利用的总耗能量,厘清了水与能源之间的纽带关系。研究结果表明：水与能源之间存在着环环相扣的关系;6类能源中火力发电耗水量最大,水力发电次之,其后分别为原煤、原油、天然气,太阳能发电耗水量最小,2016年中国主要能源生产过程中耗水量约占全国用水总量的3.14%;水资源利用过程中地表水取水总能耗最大,非常规水源利用总能耗较小,2016年中国水资源利用过程中的能耗约占全国能源消耗总量的2.44%。     

压电微流体泵液-固耦合系统流动特性

该文采用厚度积分平均的浅水模型和有限元法,得到压电微流体泵液体-硅振动片动力耦合振动方程。液-固耦合系统的模态分析给出硅片一阶模态自然频率和振型,以及硅片振幅-频率关系曲线。在模态分析基础上,加入压电效应,计算压电-硅片在外加电场作用下的振动响应。文中采用有限体积法计算微流体泵周期流动,得到微泵流量-频率的特征曲线,以及泵腔周期流动规特征。数值结果表明,在给定外加电压时,可以确定一个使微泵流量最大的工作频率。     

THE EXTENDED JACOBIAN ELLIPTIC FUNCTION EXPANSION METHOD AND ITS APPLICATIONS IN WEAKLY NONLINEAR WAVE EQUATIONS

1. INTRODUCTION In the study of nonlinear fluid models, it is very important to find exact solutions and especially physical significant soliton solutions. In the past decades, variety of methods are developed to solve Nonlinear Partial Differential Equat…