薄膜SOI MOSFET 的阈值电压推导 学号：GS12062436 姓名：薛召召 对于长沟道SOI MOSFET 器件阈值电压模型的推到我们先从部分耗尽SOI MOS 器件来开始分析，部分耗尽SOI MOS 器件的阈值电压与体硅器件类似，NMOSFET 的阈值电压T V 通常定义为界面的电子浓度等于P 型衬底的多子浓度时的栅压。可以由下式给出： 2dep T MS F OX Q V C =Φ+Φ+ (1) 式中MS Φ是多晶硅栅和硅衬底的功函数之差的电压值，q 是电子电荷， sub N 是衬底掺杂浓度，(/)ln(/)F sub i kT q N n Φ=，dep Q 是耗尽区的电荷， OX C 是单位面积的栅氧化层电容。由pn 结理论可知，dep Q =其中si ε表示硅的介电常数。 对于全耗尽N 沟道SOI 器件的阈值电压可以通过求解泊松放出得到。对于长沟道器件考虑一维泊松方程和耗尽近似，x 为垂直表面的方向，如图1所示，有 22 A si qN x ?ε?=? （2） 将上式积分两次，并考虑到边界条件，可以得到以硅膜中深度x 的函数形式()x ?表达的电势： 2()()22sf sb A si A sf si si si qN t qN x x x t ????εε-=+-+ （3） 其中sf ?和sb ?分别是正背面Si-SiO 2界面处的表面势，如图1所示。
对于(2)式积分一次，可得到硅膜中的电场分布为 ()( )2sb sf A si A si si si qN t qN E x x t ??εε--= -- (4) 由上式可以得到0x =处的正表面势sf E 为： 2sf sb A si sf si si qN t E t ??ε-= + （5） 在正界面处用高斯定理可得正面栅氧化层上的电压降oxf V 为： si sf oxf invf oxf ox E Q Q V C ε--= （6） 式中oxf Q 是正面Si-SiO 2界面的固定电荷密度，invf Q 是正面沟道反型电荷。 在背界面应用高斯定理，并由式(5)可得到隐埋氧化层上的电压降 oxb V 为：
基于GIS的降雨径流预报方法分析 【摘要】降水径流的准确预测直接关系到该流域人民生活的各个方面，因此为了更好的满足降雨径流预报的需求，需要寻找高效的预测手段来对降雨径流进行预测。本文从GIS的降雨径流预报方法出发，分析了影响水文过程的各方面因素并阐述了对获得数据信息的预处理方法。提出了以遗传算法为基础结合GIS技术的神经网络模型，这种模型的应用有效的提高了信息预测的精度和效率。并且本文中也介绍了GIS降雨径流预报方法，通过对降雨信息的处理，有效的提高了降雨径流预报模型在计算机数据输入时精度，结合 GIS空间分析方法，对降雨区域的降雨径流进行数值模拟，从而得到了降水区域的径流量与影响系数之间的关系。 【关键词】降雨径流；地理信息系统（GIS）；预报方法 1.引言 GIS（Geographic Information System）即地理信息系统，是在地理空间的基础上，以信息科学和系统工程的理论知识为根本，利用计算机管理和分析地理数据，从而提供管理、决策等所需信息的技术系统。总而言之一句话，GIS是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统，是以测绘测量为基础，以数据库作为数据储存和使用的数据源，以计算机编程为平台的全球空间分析即时技术。地理信息系统作为获取、存储、分析和管理地理空间数据的重要工具、技术和学科，近年来得到了广泛关注和迅猛发展。 最近的30年内，地理信息技术取得了十分显著的发展，在国土管理、农林牧业、邮电通讯、公共设施管理、资源的调查、军事公安、环境的评估、城市规划、灾害的预测、交通运输、水利电力、统计、商业金融等几乎所有领域都得到了广泛的应用[1]。 2.降雨径流的概述 所谓降雨径流就是由降雨形成的径流，这些径流通过地表或者是地下水流入河道，并向流域出口断面汇集。降雨径流会受到多种因素的制约，比若说是地形、地貌、植被、降水和土地的使用以及人类活动等，从这些种种因素我们可以看到径流的形成过程是非常复杂的。长时间以来，降雨径流的研究一直备受水文界的
第二章 降雨径流相关预报 在现代水文预报中，虽然大量使用流域水文模型，例如新安江模型、萨克门托模型、水箱模型和陕北模型等进行流域降雨径流预报。但是，不少生产单位，尤其是一些大型水库的管理单位，他们在长期的工作实践中已建立了一套适合于当地实际情况的经验性降雨径流预报方案。 2.1 降雨径流相关图的形式 降雨径流经验关系曲线有各种形式，一般有产流量(f R =次雨量P ，前期影响雨量a P ，季节，温度)、)(0Q P f R a ，洪水起涨流量前期影响雨量=和考虑雨强的超渗式关系曲线形式。这里介绍国内普遍使用的产流量与降雨量和前期影响雨量三者的关系，即R P P a ~~相关图。 图2-1 降雨径流相关图 使用R P P a ~~关系曲线进行净雨量计算一般有两种处理途径：一种是根据洪水初期的a P 值，把时段雨量序列变成累积雨量序列，用累积雨量查出累积净雨，由累积净雨再转化成时段净雨量序列；另一种方法是根据时段降雨序列资料直接推求时段净雨序列。第一种方法的缺点是在整个洪水过程中，使用一条 R P ~曲线， 没有考虑洪水期中a P 的变化。而后者的不足是，当时段取的过小时，一般时段雨量不大，推求净雨时的查线计算易集中在曲线的下段。两种方法的结
果存在差别，至于何者更接近实际也很难断言。 2.2 前期影响雨量a P 的计算 A P 由前期雨量计算，也称前期影响雨量，是反映土壤湿度的参数。其计算公式为 若前一个时段有降雨量，即01>-t P 时，则 )(11,,--+=t t a t a P P K P (2-1) 若前一个时段无降雨时，即01=-t P ，则 1,,-=t a t a KP P (2-2) 式中：K 为土壤含水量衰减系数，对于日模型而言，一般地取85.0≈K ；1,-t a P 和t a P ,分别为前一个时段和本时段的前期影响雨量；1-t P 为前一个时段降雨量。式(2-1)和(2-2)为连续计算式。由于 ?????????+=+=+=+=--+---------) ()()()(,1,33,2,22,1,11,,n t n t a n t a t t a t a t t a t a t t a t a P P K P P P K P P P K P P P K P (2-3) 将式(2-3)各行逐一代入得到 )(,33221,n t n t a n t t t t a P P K P K P K KP P -----+++++= (2-4) 式(2-4)为向前倒数n 天的一次计算式。一般取15天既可满足计算要求。 用m I 表示流域最大损失量，在数值上等于流域蓄水容量。以mm 表示，通常mm 100~60≈m I 。当计算的m a I P >时，则以m I 作a P 值计算，即认为，此后的降雨量P 不再补充初损量，全部形成径流R 。 当计算时段长h 24≠?t 时，土壤含水量衰减系数K 应该用下式换算 N KD K /1= (2-5) 式中：t N ?=/24，KD 为土壤含水量日衰减系数，K 为计算时段是t ?小时的土壤含水量衰减系数。
大伙房流域降雨径流模型 大伙房流域降雨径流预报模型又简称“DHF ”模型，该模型于1973年由辽宁省大伙房水库管理局刘爱杰、王本德等人提出，至今已使用30余年，为水库洪水调度做出了很大贡献。 “DHF ”模型是适用于我国湿润地区的超渗产流模型，目前已在辽宁省多个水库的水情自动测报系统中使用，效果较好。 建立在“DHF ”模型基础上的降雨径流预报方案，在大伙房流域经过调试和精度验证后进行使用，在使用中平均精度令人满意。尤其在“957”特大洪水调度中，发挥了显著作用，准确预报出了第一非常溢洪道溢流时间和水库最高库水位，为省防制定调度决策提供了科学依据，使水库工程发挥了强大的调蓄作用，最大限度地配合了下游抢险，共减免下游直接经济损失74.89亿元。 “DHF ”模型由两部分组成，一是八参数超渗产流计算模型，引用双层入渗曲线进行扣损计算，并以抛物线描述表层蓄水量和下层渗率的分布状况；二是八参数变强度、变速度的经验单位线汇流计算模型，参数随降雨分布而变，采用“前期影响净雨”描述汇流速度的变化。这是一个集总的概念模型，模型的参数多半在满足其物理意义的前提下确定，只有6个需要优选法选定或试错法确定。 1 大伙房模型概化流程 流域下垫面分为表层、下层和地下水蓄存三部分，计算流程如图10-1所示。 2 大伙房模型产流计算 产流模型将下垫面分为表层，下层和深层三部分。表层土壤中的张力水蓄量与植物截流、填洼储存合称表层蓄水量a S ，其极值为表层蓄水容量 S ；下层土壤中的张力水蓄量称为下层蓄水量a U ，其极值为下 层蓄水容量 U ；地下水储水层的蓄水量以 a V 表示，其极值为地下水库蓄水容量 V 。
中国环境科学 2008,28(8)：725~729 China Environmental Science 城市降雨径流模型参数全局灵敏度分析 王浩昌1,杜鹏飞1*,赵冬泉1,王浩正2,李志一1(1.清华大学环境科学与工程系,北京 100084；2.北京清华城市规划设计研究院,北京 100084) 摘要：采用逐步回归法分析典型城市降雨径流管理模型(SWMM)水文参数的全局灵敏度,为模型参数的有效识别提供参考.结果表明,汇水区面积对总产流起决定性作用.在雨强较小(10.5mm)的情况下,透水区参数灵敏度很小,可在参数识别中设为经验值;在较强降雨(52.5mm)情况下,管道曼宁系数是决定峰值流量与峰值发生时间的关键参数.减小汇水区面积的不确定性可提高其他参数的灵敏度,有利于参数的有效识别. 关键词：降雨径流；逐步回归；全局灵敏度；城市降雨径流管理模型(SWMM) 中图分类号：X143 文献标识码：A 文章编号：1000-6923(2008)08-0725-05 Global sensitivity analysis for urban rainfall-runoff model. WANG Hao-chang1, DU Peng-fei1*, ZHAO Dong-quan1, WANG Hao-zheng2, LI Zhi-yi1(1.Department of Environmental Science and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China; 2.Beijing Tsinghua Urban Planning and Design Institute, Beijing 100084, China). China Environmental Science, 2008, 28(8)：725~729 Abstract：Stepwise regression analysis approach was used to assess the global sensitivity of the hydrological parameters of storm water management model (SWMM) in this study. The catchment area played a dominant role in determining surface runoff. When precipitation was low(10.5mm), the parameter in pervious zone showed very low sensitivity, indicating that those parameter could be set to empirical values. When precipitation was high(52.5mm), roughness of conduit was the most sensitive parameter to peak flow and peak time. Reduction of the catchment area could increase the sensitivity of other parameters, providing better condition for parameter calibration. Key words：rainfall-runoff；stepwise regression；global sensitivity analysis；stom water management model(SWMM) 城市化的发展使城区不透水区比例增大,降雨径流随之增加.近年来随着城市点源污染的有效控制,降雨径流污染问题显得日渐突出.利用模型进行水文水质模拟是研究城市暴雨径流污染管理和控制的重要手段.暴雨径流管理模型(SWMM)是美国EPA开发的暴雨径流管理模型,在城市降雨径流模拟中有着广泛的应用[1-3],近年来在我国也有一些应用案例[4-5]. 灵敏度分析是通过研究模型参数对模型输出的影响,识别关键参数,为模型识别参数提供重要参考.国内对模型参数的灵敏度分析多限于局部灵敏度分析[6].由于局部灵敏度分析方法仅能反映单个参数在初始取值附近的变化对模型输出的影响,而无法对参数在整个取值空间的影响及参数之间的共同作用做出估计.全局灵敏度分析作为一种新的灵敏度分析手段,在国外的模型识别研究中取得了广泛应用[7-9].目前主要的全局灵敏性分析方法有多元回归法、Morris法、傅里叶幅度灵敏度检验法(FAST)以及基于方差分析的Sobol法等[10].其中,多元回归法由于计算量小,易于操作,被大量应用[11-13]. 作者采用基于逐步回归的全局灵敏度分析方法,结合参数识别的具体需求,研究SWMM模型水文水力参数的灵敏度,为模型参数的有效识别提供依据. 1研究方法 1.1研究区概况与监测方法 选取北京市某个具有独立分流制管网系统 收稿日期：2008-01-03 基金项目：国家“973”项目(2006CB403407);国家自然科学基金资助项目(50778098/E080403) * 责任作者, 副教授, dupf@https://www.doczj.com/doc/7e16031500.html,
姓名： XXX 学号：XXXX 计算原理与方法 方法概述 在现代水文预报中，虽然大量使用流域水文模型，例如新安江模型、萨克门托模型、水箱模型和陕北模型等进行流域降雨径流预报。但是，不少生产单位，尤其是一些大型水库的管理单位，他们在长期的工作实践中已建立了一套适合于当地实际情况的经验性降雨径流预报方案。由分析计算得到的降雨量、流域蓄水量或前期影响雨量，按相关分析的方法，建立它们与径流深之间的相关图， 这些相关图反映了流域的产流规律。应用此相关图可以由降雨计算出相应的产流量。这种图一类是没有固定的数学模型，称之为经验的降雨径流相关图。 图1 降雨径流相关图 降雨径流经验关系曲线有各种形式，一般有产流量(f R =次雨量P ，前期影响雨量a P ，季节，温度)、)(0Q P f R a ，洪水起涨流量前期影响雨量=和考虑雨强的超渗式关系曲线形式。这里采1.2制作方法 1.2.1前期影响雨量a P 的计算 A P 若前一个时段有降雨量，即01>-t P 时，则 (11,,--+=t t a t a P P K P 若前一个时段无降雨时，即01=-t P ，则
1,,-=t a t a KP P (2) 式中：K 为土壤含水量衰减系数；1,-t a P 和t a P ,分别为前一个时段和本时段的前期影响雨量；1-t P 为前一个时段降雨量。 K 值可按下式计算： 1p E K WM =- (3) 1.2.2降雨径流相关图的绘制 根据计算出的流域平均降雨量P 和P 所产生的径流量R ，以及相应的前期影响雨量a P ，便可建立降雨径流相关图。由式),(a P P f R =建立起来的三变数降雨径流相关图的步骤如下： 根据已知模型参数b 、WM ，首先计算a 、WMM ，然后分别算出在不同的W 0（相应于Pa 按等差序列设定，如0、10、20、30、……、120mm ）和P 下的R 。 与流域蓄水量W 相对应的纵坐标a 为 1 1*[1(1)] + =--b W a WMM WM (4) 1= +WMM WM b (5) 当a P E WMM +-<时 1()()1b a P E R P E WM W WM WMM ++-?? =---+- ? ? ? (6) 当a P E WMM +-≥时 ()()R P E WM W =--- (7) 1.3实时预报方法 根据降雨过程及降雨开始时的a P ，首先累计各时段的降雨过程，在图上查出累计的净雨过程，然后将累计的净雨过程，两两相减，得到各时段的降雨所对应的时段净雨。若降雨开始时的a P 不在某一条等值线上，则用内插法查算。 由于在实时预报阶段要计算蒸发量E ，从而计算得到有效降雨量PE ，蒸发计算可采用一、二、三层蒸发模式计算法，本作业采用二层蒸发模式法，计算方法如下： 该模型把流域蓄水容量m W 分为上下二层，m WU 和m WL ，m W =m WU + m WL 。实际蓄水量也相应分为上下二层，t WU 和t WL ，t W =t WU +t WL 。并假定：下雨时，先补充上层缺水量，满足上层后再补充下层；蒸散发则先消耗上层的t WU ，蒸发完了再消耗下层的t WL 。上层按蒸散发能力蒸发，下层的蒸散发量假定与下层蓄水量成正比，即： 当t m t t E WU P ??≥+时 t t t t t m t EL EU E ,0EL ,E EU ??????+=== (8) 当t m t t E WU P ??<+时
寒冷地区融雪径流和融冻期降雨径流计算模型的初探 李龙辉1，肖迪芳2 ，杨春生1 (1黑龙江省水文局，黑龙江哈尔滨 150001；2黑龙江省黑河水文局，黑龙江黑河 164300) 摘要：寒冷地区融雪和融冻期降雨径流受到冻土的影响，具有与无冻区雨洪不同的规律和特点。本文根据蓄满产流的理论，考虑寒冷地区冻土的不透水作用、蓄水调节作用和对蒸发的抑制作用，以及冻土融冻期水文特性，采用与无冻地区雨洪计算不同的方法，以冻土影响下土壤蓄水量的变化作为主要调节系统，分别确定相应的参数，采用不同模型计算融雪径流和融冻期降雨径流量。计算的精度和方案的合格率较常规方法提高20%以上，取得了比较满意的结果。 关键词：寒冷地区；融雪径流；融冻期；降雨径流；计算模型 1 问题的提出 融雪径流是寒冷地区河流春（凌）汛的水量来源，严重时会发生灾害性冰坝凌汛。融雪径流和融冻期降雨径流的计算和预报，不管是江河防凌防汛，还是水利工程运行都是不可缺少的工作。但是当前的计算方法，多着眼气候（升温强度）条件下的融雪出水量分析，融雪期雨洪计算也多采用无冻土地区的常规方法，忽略了寒冷地区下垫面冻土水文特性对产流量的影响，对融雪和冻土融冻过程中径流形成机理无所揭示，方法不尽合理，难以获得满意的结果。笔者认为，融雪径流和融冻期径流量，不仅取决于流域积雪和降水量以及气候条件下的消融速度，还与下垫面冻土融冻过程、流域冻土水文特性及相应的产流方式有关。本文研究的方法结合考虑了两者对径流量的影响，改进了计算方法。 2 融雪径流和融冻期降雨径流概述 寒冷地区如本文采用的辰清河清溪水文站，所在流域地处北纬49o的小兴安岭北坡。流域内气候严寒，年平均气温0oC，冬季最低气温-40 oC。每年0oC以下气温控制和有冰雪性冻土存在的时间长达270d之久。地面开始冻结时间为10月末，冻结期（从开始冻结至翌年3月末）为140d。冻土开始融冻时间为4月初，融冻期（从冻土开始融冻至8月上旬冻土层全部融化）为130d。冻土层最大深度3m。积雪和冻土的存在，改变了包气带厚度和土壤水分动态规律，融雪径流和降雨径流关系受到制约。冻土的不透水作用、蓄水调节作用和抑制蒸发作用[1]，使融雪和降雨入渗、土壤蒸发及土壤含水量的垂线分布等均不同于无冻地区和无冻期。在冻结期，降雨转为积雪，地表入渗和对径流补给终止；潜水和深层土壤水分蒸发及毛细作用上升的水分沿冻结锋面凝结和冻结，冻结期土壤垂线含水量一般增加20%～40%。在融冻期，由于冻土层的不透水作用，融雪径流和降雨入渗在冻土层上形成层上水[2]。此期间土壤含水量成弧线型逆分布，上层大于下层。冻土温度低于冰点，融冻时需要吸收大量热量，且冻土层水分为固态，水分活动和毛管上升水分运动微弱，土壤蒸发受到抑制，使实际蒸发远小于流域蒸发能力。 在冻土融冻过程中，影响融雪径流和降雨径流关系的包气带厚度，蓄水容量、入渗强度、蒸发能力和径流系数等均随气温升高和融冻深度变化。根据流域内孙吴县气象站观测的有关冻土资料、土壤含水量变化和清溪水文站分析计算成果绘制的寒冷地区融冻期水位特性变化过程如图1所示。当开始融冻时，整个冻土层最厚，并接近地表，上层包气带厚度和蓄水容量近于零。此时入渗和蒸发能力最小，径流系数最大，产流方式以饱和产流为主。随着气温上升，冻土层全部融化，冻层上水向下转移，包气带厚度、蓄水容量、蒸发和入渗能力以及径流系数等，才与无冻期一致。由此可见，融冻期水文特性过程与无冻地区和无冻期相反。分析寒冷地区融冻期的融雪径流和降雨径流关系，其流域蓄水曲线和R=f(P+W0)的降雨径流关系，实质上为一簇随冻土融冻深度和相应包气带厚度而变动的曲线，因此参数的定量、扣损方法与无冻土地区有很大的区别。