短期非稳定抽水求解越补含水层参数

具越流补给的承庄含水层参数计算的常用方法,是双对数量板法与半对数拐点法。拐点法主要利用观测孔S=f(lgt)曲线拐点的一系列特性来计算含水层参数,它要求降深达到稳定。若未达最终稳定,需由S=f(lgt)曲线外推最大降深,其值就有一定的随意性,拐点位置亦难正确标定。当含水层越流系数较小时,为求得观测孔的稳定降深,往往耗时很长,     

侧向有限越流承压含水层中非完整井非稳定流模型及解析解

工程建设中当距离抽水井r=rb处水位基本没有变化或不受抽水影响时,或当此处存在止水帷幕时,含水层系统视为侧向有限延伸,rb为有限半径。为此,构建更加符合工程实际的侧向有限延伸的典型弱透水层-承压水层系统中非完整井非稳定流计算模型,同时考虑井径和井储效应的影响,应用Laplace变换和分离变量法得到了水位降深在拉氏空间下的解析解,并应用拉氏数值逆变换Stehfest法得到真实空间下的水位降深。新建立的解析解可以进一步退化为诸多已有解,并进一步将其与已知解和有限元数值解进行对比,验证了所得解的正确性和可靠性。基于新建解重点分析了侧向边界和井的完整性对承压水层水位降深的影响。结果表明:含水层系统的侧向有限边界仅对抽水后期的水位降深影响明显,含水层系统侧向无限延伸情况下的水位降深要大于情形1(在r=rb处为定水头边界)且明显小于情形2(在r=rb处为不透水边界)下的水位降深,rb越小,两者之间的误差越大;抽水井的完整性对整个抽水期间不同情形下的水位降深均有明显的影响,承压含水层顶板处的水位降深随着抽水井滤管的长度和埋深的增加而减小。     

公路黄土暗穴临界稳定埋深回归的预测方法及其程序实现

基于动力学基本方程,运用有限单元法（FEM）和NEWMARK隐式积分方法,对动荷载（FWD荷载）作用下路基下伏黄土暗穴动力稳定的临界埋深进行了弹塑性数值分析,考虑到人工截断边界上波反射对计算结果的影响,分别用传递边界和半无限单元来处理侧面和底面边界。在此基础上,对利用有限个数值分析结果进行不同洞径及位置暗穴临界稳定埋深的预测方法和步骤进行了分析,提出了一种基于洞径和中心距的双变量临界稳定埋深计算方法,并用VB6.0编制了计算程序LDMC。为验证程序的有效性,用3 m和5 m洞径的暗穴进行了对比分析,表明计算结果具有较高的精度,完全可满足实际工程的要求,同时指出了使用时应注意的问题。     

第二类越补非稳定流水文地质参数简化求解

第二类越流补给非稳定流条件下水文地质参数求解为涉及3个未知数的超越方程,常规的解析法无法直接获解。本文采用优化拟合方法,在工程适应参数范围内,用较为简单的函数实现了对由图表给出的第二类越流补给非稳定流井函数数值关系的替代,并利用水位降深比值关系经整理获得了仅含1个未知量的表达式,经简单试算即可完成参数求解,计算过程简捷,不依赖图表,便于实际工程应用。     

基于LHS方法的地下水随机模拟及开采量风险性 评价

地下水流数值模拟过程中,水文地质参数的不确定性对模拟结果影响很大。以内蒙古鄂尔多斯市某水源地为例,利用拉丁超立方抽样(LHS)方法获得了含水层渗透参数的随机组合,进行地下水流随机模拟。通过对观测资料与计算水位的绝对值平均(MAE)误差和误差均方根(RMSE)的统计分析,获得了模型较为稳定的随机模拟次数是243次。利用该随机模型对水源地设计开采量进行水位预测,并给出允许降深的风险性分布图。结果表明,预测水位和标准差分布符合实际情况,水位降深大于35 m的风险性最大达到75%。     

考虑径流影响的滑坡降雨入渗二维有限元模拟及应用

降雨是滑坡失稳的常见诱发因素之一,现有数值模拟方法由于不能考虑来自基岩边坡的径流对滑体渗流的补给而低估了真实的降雨入渗水量,导致在评价降雨对滑坡稳定性特别是深层滑动影响时存在一定不足。以Richards方程和有限元法为基础,忽略降雨对渗透性极低的滑床和滑带的影响,将滑坡渗流计算域缩小为滑体,以避免因滑体与滑床（滑带）渗透性差异巨大引起的数值计算困难;依据基岩边坡水平长度和滑体降雨入渗边界饱和情况,修正降雨入渗边界,实现了考虑径流补给的滑坡降雨入渗简化数值模拟。算例表明,该方法所得渗流场更加符合实际情况。以三峡库区某滑坡为例,模拟了2006年10月～2009年12月间滑坡在库水升降和降雨条件下的渗流场和安全系数的演化过程;计算结果表明,考虑径流补给时滑坡后部的渗流场饱和区域明显较大,稳定系数降低较多,与位移监测资料显示的佐证较为吻合;若不考虑径流补给,则降雨对滑坡稳定性影响不大。     

降水入渗补给系数综合分析

文章利用河北省冉庄水资源实验站、安徽省五道沟水文水资源实验站、山西省太谷均衡实验站地中渗透仪实测的降水入渗资料,对降水入渗补给系数的变化规律进行了综合分析。通过分析,得出不同岩性、不同年降水量在不同地下水埋深条件下的降水入渗补给系数,并对降水入渗补给的最佳地下水埋深和大埋深稳定点存在的机理进行了探讨。     

利用抽水试验资料确定水文地质参数

本文根据抽水试验取得的数据,分别采用稳定流公式法、降深-距离配线法、漏斗疏干法和直线解析法四种方法,计算了黄河侧渗补给浅层地下水的各项水文地质参数,最后对试验成果的合理性进行了分析评价并确定了各项水文地质参数.     

地下水数值模拟中入渗补给滞后的处理方法

地面水入渗补给地下水具有滞后性。文章介绍了地下水数值模拟中入渗滞后补给的权系数方法,该方法仅有一个参数需要确定。基于均质介质和底面为自由液面的一维土柱的理想模型数值试验,利用不同滞后因子的饱和地下水流模型同饱和-非饱和地下水模型求解的入渗补给量进行对比分析,认为待定参数与地下水位埋深成反比,与介质的饱和渗透系数成正比,通过40组设定的模型试验得到地下水埋深和饱和渗透系数对应的待定系数取值的统计关系式。这些成果为饱和地下水流模型中入渗滞后性的描述提供了参考,将提高地下水流模拟的仿真性。     

滞后补给权函数与包气带的关系

降雨入渗补给潜水存在滞后效应.利用HYDRUS程序建立垂直一维非饱和渗流数值模型,模拟了补给过程对脉冲式地面入渗的响应.根据不同潜水面埋深补给强度的变化过程计算补给权重,获得了滞后补给权函数曲线.模拟结果表明权函数曲线具有单峰形式,随潜水面埋深增加,峰值减小,其出现的时间推迟.相对粗颗粒土壤,缅颗粒土壤产生的权函数峰值较小,出现时间更晚.前人提出的滞后补给权函数经验公式能够近似地刻画单峰曲线形态,在包气带介质颗粒较粗、潜水面埋深较小时比较适用,但是对细颗粒土壤和潜水面埋深较大的情况则存在一定的偏差.土壤类型和含水量的垂向分布,都可以通过对包气带渗透性的控制而影响滞后补给过程.可为研究地下水模型处理动态降雨入渗补给及包气带溶质淋滤过程提供参考.     

淄博市大武水源地地下水流场演变及其影响因素

大武水源地是我国北方罕见的特大型地下水源地,其地下水源流场的演变与补给来源,排泄方式有密切的关系,而上游水库的放水则使这种关系变得不明朗。加强补给边界的水位监测,进一步研究补给边界的非自然影响是提高该区地下水资源评价,预测和管理精度的有效手段。     

Dupuit模型的改进——具入渗补给

Dupuit（1863年）提出的模型是“圆岛状含水层稳定井流模型”,这个模型只有侧向湖海边界条件,而不涉及上边界降水入渗补给条件。因此,Dupuit模型只能在旱季用于地下水井流试验求取含水系统的参数,而不能够用于预测。文章发展Dupuit潜水井流模型,考虑地面均匀稳定入渗补给（蒸发排泄示为其负值）作用。以质量守衡原理为基础,假定渗流服从Darcy定律并满足Dupuit徦定,建立极坐标下的地下水流微分方程,再依边界条件建立相应的流量方程和水位方程。这些方程为具地面入渗补给条件下井流试验求取水文地质参数以及预测相应条件下地下水抽水的效果,提供了基础条件。讨论了引入Dupuit假定对本问题解析研究可以降维（略去z变量）带来好处的同时,在地下水分水岭附近及抽水井附近可能出现偏离Dupuit假定,建议在抽水试验求取含水层参数时,观测孔的部署要尽量回避这些区段。     

SPH法在大坝表孔泄流数值模拟中的应用

主要对光滑粒子流体动力学(SPH)法进行研究,建立了大坝表孔泄流的光滑粒子模型。将SPH数学模型应用于拉西瓦水电站表孔泄流中,提出了采用补水边界的方法来满足库区恒定水位条件,模拟了表孔泄流的流场变化及粒子运动过程。通过与物理模型实测的压力值比较,堰表面压力变化基本一致。对模拟结果进行分析,表明光滑粒子流体动力学可用于高速水流的计算模拟研究。     

Theis不稳定潜水井流模型的改进——具入渗补给

地下水的补排主要包括垂向的地面入渗补给、蒸发排泄（蒸发可视为入渗的负值）及侧向的地表水补给、排泄。水文地质学最基本的问题之一——地下水可持续开釆量的评价准则,涉及补给的增量与排泄的减量,因此地下水开采的预测模型必须包含上述两类的补给、排泄因素,否则不能满足要求。然而,经典的Theis不稳定井流模型,即使在傍河抽水,也只有侧边界的补给、排泄作用,而不涉及上边界的地面入渗补给。这样一来,这个解析模型基本上不能够用于预测,而只能在旱季用于井流试验求取含水系统的参数。为此,文章的目标是发展具地面入渗补给的Theis不稳定潜水井流模型。对于潜水流问题,不能再用承压水流的以水头为应变量的方程来建立,应采用第二类线性化方法的势函数来建立潜水流问题。对于既有降雨入渗补给,又有抽水井作用的复杂的水文地质问题所概化数学模型的求解,采取的方法是把它分解成若干个简单的子模型问题求解,然后将其合成为原来复杂数学模型的解。基于质量守恒原理,假定渗流服从Darcy定律并满足Dupuit徦定建立了水流基本微分方程。然后对于两平行河流及一河流平行一隔水边界形成的两类条形区域,具地面均匀稳定入渗补给的井流问题,获得通用水位方程和几类常见的特定条件水位方程及其流量方程。此外,提出并采用“边界对边界的反映法”用以求解一河流平行一隔水边界条形区域的同一问题,减少了许多推导过程。最后,作为上述理论成果的初步应用,也是一个重要的应用,即在河水水质不能满足要求的河流附近,设有一口抽水井,计算该抽水井在不汲取河水的前提下的临界流量方程,获得具重要意义的结构简洁的关系式。该方程也可以用于滨海区的抽水井,在不发生海水入侵前提下的临界抽水流量计算。给出了上述条件不稳定井流过程某时刻的地下水流网图,其流网与文献中常见的傍河井流的流网相比,具显明的特征。     

流场分析法在矿区水文地质工作中的应用

阐述了流场分析法在查明矿区水文地质边界的水力性质,含水介质的结构特征及地下水补给,径流和排泄条件中的应用。并以蔚县矿区为例,对大抽水前后的天然流场和人工流场进行了分析,确认了介的水质,强径流速年位置及岩溶水的补给来源。     

淄博孝妇河源区地下水资源的开发利用研究

在分析淄博市孝妇河流域源头的南神头－窑广地下水富水区水文地质条件的基础上，应用数值模拟方法建立了该区的地下水流模型，并根据当地的资源需求建立了地下水动态预测模型，研究了可能通过该区出流边界补给下游地区地下水的侧向排泄量。应用系统工程学和运筹学理论，以“开采费用最小”为目标函数，以研究区的需水量及开采井的供水作为约束条件，建立了该区的地下水最优控制模型。通过优化地下水开采布局对出流边界的流量进行了研究，既为富水区的地下水资源利用确定开采方案，又科学地评价地富水区北部边界对下游地区的地下水侧向补给量。     

陈崇希教授的学术思想和成就综述

在地下水资源评价理论方面, 陈崇希教授分析了"平均布井法"不符合质量守衡原理的实质, 纠正了以"地下水补给量计算可持续开采量"的错误, 提出了基于"质量守衡"的地下水资源评价原则, 强调分析"补给的增加量与排泄的减少量"在评价地下水可持续开采量时的重要意义.在地下水动力学领域, 陈崇希教授纠正了稳定井流"影响半径"模型的错误, 恢复了Dupuit"圆岛模型"的原貌, 拓展了Theis公式和Hantush公式的应用条件, 改进了地下水非稳定井流理论, 完善了其中的某些基本概念.在水文地质模拟仿真技术方面, 陈崇希教授提出确定滨海承压含水层海底边界的理论和方法; 提出地下水混合井流的模型和模拟方法, 解决了混合抽水试验确定分层水文地质参数的难题; 提出岩溶管道-裂隙-孔隙三重介质的地下水线性-非线性流动的模型; 建立了考虑井管水流雷诺数对滤管入流量分布的水平井-含水层系统的地下水流模型; 完成了"渗流-管流耦合模型"的砂槽物理模拟, 并用数值方法仿真了地下水流的规律; 最近向观测孔水位形成的传统观念———常规观测孔中的水头降深反映该孔滤水管中各点的平均降深———提出质疑.陈崇希教授建立的"渗流-管流耦合模型"使传统的基于线汇/线源的井孔-含水系统模型提高到新的水平.陈崇希教授积极倡导"防止模拟失真, 提高仿真性", 强调精细地分析水文地质条件、合理地概化模型和采用正确的仿真技术的重要性.      

Assessment of paleo-recharge under the Fennoscandian Ice Sheet and its impact on regional groundwater flow in the northern Baltic Artesian Basin using a numerical model

The study investigates the mechanism of glacial meltwater recharge under the Fennosciandian Ice Sheet during the last glacial maximum (LGM) and its impact on regional groundwater flow in the northern Baltic Artesian Basin (BAB) in Estonia and Latvia. The current hypothesis is that a flow reversal occurred in the BAB due to subglacial recharge during the LGM. This hypothesis is supported by an extensive dataset of geochemical and isotopic measurements in the groundwater of northern Estonia, exhibiting significant depletion in δ¹⁸O with respect to modern precipitation. To verify the consistency of this hypothesis and better understand groundwater flow dynamics during the LGM period, a numerical model is developed for this area. Two cross-sectional models have been created across the northern BAB, in which groundwater flow and the transport of δ¹⁸O have been simulated from the beginning of the LGM to present-day. Several simulations were performed with different subglacial boundary conditions, to investigate the uncertainty related to subglacial recharge of meltwater during the LGM and the subsequent flow reversal in the northern BAB. Several simulations provide a satisfying fit between computed and observed values of δ¹⁸O, which means that the hypothesis of subglacial recharge of meltwater is consistent with δ¹⁸O distribution. The numerical model suggests that preservation of meltwater in northern Estonia is controlled by confining layers and the proximity to the outcrop area of aquifers, located in the Gulf of Finland. The results also suggest that glacial meltwater has been preserved under the Baltic Sea in the Gulf of Riga.     

降水入渗补给过程中优先流的确定

优先流是降水、灌溉水等入渗补给地下水的主要形式之一, 流速快, 流动路径复杂, 难以定量描述.针对优先流难以定量描述的问题, 以郑州地中渗透仪观测资料为基础, 探讨了新乡亚砂土等试筒降水入渗过程及其中的优先流补给量比例.根据土壤的水力性质、气候等资料建立不存在优先流的数值模拟模型来刻画降水入渗补给过程, 通过模拟获得的地下水入渗补给量与实测地下水入渗补给量的历时曲线, 将大于模拟值的实测值视为优先流的量及确定其在总补给量中所占的比例.结果表明, 优先流占总补给量的比例在10%~80%之间; 随着土壤粘性增加, 优先流所占比例呈增加趋势; 随地下水位埋深的增大, 优先流所占比例呈逐渐下降趋势.      

Phreatic Surface in Island Aquifers with Regular Geometry and Time-Independent Recharge and Pumping

The equation of groundwater flow in marine island aquifers in which there is time-independent, spatially-variable recharge and pumping is solved in closed form for rectangular, circular, and elliptical island geometries. The solution of the groundwater flow equation is expressed in terms of the elevation of the phreatic surface within the flow domain. The depth of the seawater-freshwater interface below mean sea level follows from the Dupuit–Ghyben–Herzberg relation. The method of solution presented in this work relies on expanding the hydraulic head and forcing function (recharge and groundwater extraction) as Fourier series that transforms the two-dimensional Poisson-type flow equations into second-order ordinary differential equations solvable using classical theory. The important case of constant recharge (without groundwater extraction) leads to solutions in which the hydraulic head is expressible as the product of a flow factor equal to the squared root of the ratio of recharge over hydraulic conductivity times a geometric factor involving island shape parameters and flow boundary conditions. Estimability conditions for the hydraulic conductivity are derived for the cases of constant recharge and spatially variable recharge with pumping.