新增激发条件下地下水流模型的分解与叠加

扼要介绍了线性定解问题的叠加原理。进而讨论了叠加原理在地下水流模型中的应用问题——地下水流模型的分解与叠加。在新增激发条件下,为便于问题的分析及模型的求解,可将模型分解为初始流场模型与附加水头场模型。模型分解与叠加不仅可简化复杂模型的求解问题,更有助于对水文地质过程的理解。利用附加水头场反求参数以及解决当初始水位非水平、非稳定时,Dupuit公式、Theim公式和Theis公式的应用问题,将显得十分便利。      

基于LHS方法的地下水流模型不确定性分析

本文以理想地下水流问题为例,采用拉丁超立方取样(LHS)方法分析地下水流模型中水文地质参数以及源汇项等的不确定性对模拟结果的影响。另外,利用Spearman偏(秩)相关系数和标准(秩)回归系数分析方法对参数的灵敏度进行分析。结果表明LHS方法是地下水流模型随机分析的有效途径。     

平阴县前寨-凌庄水源地地下水数值模拟

根据平阴县前寨一凌庄水源地的水文地质条件,建立了裂隙岩溶水的平面二维非稳定地下水流模型,并应用Modflow软件对该区地下水流进行数值模拟。在进行计算区剖分、空间离散、参数分区、边界条件及源汇项处理与模型识别、验证的基础上,通过预测分析得出：该水源地按设计开采量开采后,地下水位不会出现持续下降趋势,最大降深在允许范围之内,因而也不会诱发环境地质问题。     

FEFLOW在非洲某大水铜矿涌水量评价中的应用

非洲某大水铜矿（地下开采）水文地质条件复杂,解析法无法准确刻画。通过研究已有的勘察资料,分析勘察报告利用＂大井法＂计算涌水量的局限性,并应用数值法进行涌水量预测和评价。选用基于有限元计算的FEFLOW软件进行模拟,经过模型识别,建立合理的矿区地下水天然流场,并分析各源汇项水量均衡情况。最后预测开采条件下地下水流场的变化情况及矿坑涌水量。     

岩溶地下水系统灰色特征及灰参模型研究：以桂林东区岩溶裂隙管道,凯里岩…

本文结合岩溶地下水系统自身所具有灰色特征，首次把灰色系统理论引入地下水渗流模型中，建立起具有灰源汇项，灰边界，灰水文地质参数等灰变量岩溶地下水系统水流模型（ＫＧＳＧＰＭ）研究了水文地质参数求解方法－枯，雨季参数法和最优区间参数法。     

鄂尔多斯白垩系地下水盆地水文地质概念模型

水文地质概念模型是地下水模拟与水资源评价的基础。为了构建地下水数值模拟模型,以鄂尔多斯白垩系地下水盆地为研究对象,以丰富翔实的勘查资料为依据,从白垩系地下水系统边界条件、水文地质结构、水流系统、水文地质参数、源汇项等方面进行概化,联合采用ArcGIS、RS、GMS同位素、基流分割、地质统计学、随机模拟等技术方法,建立了一组水文地质概念模型及其相应的空间离散表达,并讨论了地下水模拟面临的问题与发展趋势。     

利用地层的物理力学性质指标计算含水层弹性储水率

<正> 含水层的弹性储水率是地下水流模型的重要参数之一,通常采用抽水试验以及水流模型的拟合反演来求取,但由于受到模型概化精度、边界条件及源汇项等诸多因素影响难以准确给定,储水率的反演结果可能严重偏离实际,这对水资源评价与管理的可靠性影响极大。笔者最近的研究发现,含水层的弹性储水率也可以通过地层的一些物理力学性质指标——天然孔隙率n或孔隙比e及土的实验室侧限压缩系数α1—2来计算。     

利用趋势化随机参数场的地下水流数值模拟优化方法

水文地质参数场的刻画是建立地下水流数值模拟模型的关键问题和难点问题。通常来讲,参数场合理性程度越高,模型拟合精度越高。本次研究将随机方法和参数空间分布表达进行结合,提出了趋势化随机参数场的构建方法。以渗透系数为研究对象,首先利用MCMC采样和样本数据特征确定水文地质参数的基本数据结构,进而根据样本空间分布特征对其进行趋势化处理,最终形成趋势化的渗透系数场。通过算例分析,利用趋势化处理后的渗透系数场能够大幅提高模拟精度,相比传统赋均值方法其误差可降至原来的1/3。在北京大兴跌隆起地区进行的实例应用说明,趋势化渗透系数场对提升岩性粒径较大(中砂以上)地区模拟精度效果显著,案例中粗砂区域渗透系数经趋势化处理后平均拟合误差由2.76 m下降至0.64 m;而对岩性以细砂及以下粒径为主的区域模拟精度提升并不明显。总体来说,该方法可为地下水流数值模型的优化提供借鉴,提升模型拟合精度,从而更加合理地刻画地下水流系统。     

宁夏甜水河煤田地下水模拟及涌水量预测

地下水模拟技术是进行煤田地下水环境影响评价和矿区疏干排水设计的主要工具。该文以宁夏甜水河煤田为研究对象,根据矿区地质条件和水文地质条件的分析,确定模型边界条件并建立了水文地质概念模型,应用基于有限差分法的MODFLOW程序,建立地下水流三维模型,进而对煤田各开采阶段的地下水流场和涌水量进行预测,从而为煤田地下水有效防治和安全生产提供依据。     

高放废物处置库北山预选区区域水文地质概念模型

地下水流数值模拟是高放废物处置库选址中水文地质评价的重要内容.水文地质概念模型是地下水流数值模拟的基础和前提.在北山预选区水文地质分析基础上,利用DEM数据生成了研究区地表水系,据此确定了模拟范围;借助GMS软件,建立了研究区三维水文地质结构模型;再通过边界条件、流场特征、地下水均衡项和水文地质参数的分析和描述,建立了北山地区水文地质概念模型.     

Analytical hydrologic models and the design of policy instruments for groundwater-quality management

This paper explores how analytical hydrologic models can inform the effective design and choice of policy instruments to manage groundwater quality by coupling a social-planner’s problem of optimal groundwater-quality management with analytical solutions from the hydrology literature. A theoretical analysis is performed in order to characterize the properties of an optimal emissions policy. The model is then applied in a numerical analysis of groundwater contamination by chloride from highway deicers, demonstrating the relevance of the theoretical results to practical management settings. This analytical approach can help determine which policy instruments are likely to be effective in controlling groundwater pollution, especially if costly numerical groundwater models are not available for the aquifer in question. Unlike previous economic studies of groundwater contamination, this approach defines optimal emissions policies as a function of geophysical parameters employed by hydrologists such as distance between source and sink, groundwater velocity, and aquifer dispersivity. The theoretical section of this paper also demonstrates that the relationship between geophysical parameters and optimal emissions levels may be ambiguous.     

水文地质条件对页岩气开采控制

通过对比页岩气定压开采与承压水定降深开采的相似性,建立起二者指标之间的对应关系;借鉴美国页岩储层典型参数及Barnnet页岩年产量变化规律,从水文地质的角度,建立起水文地质概念模型;利用GMS软件,对页岩气开采进行数值模拟。从模型结果看,11个拟合值中,6个相对误差在5%之内,4个在10%之内,只有一个接近20%,拟合结果较为理想。说明用水文地质方法研究页岩气开采是合理的;也表明开采过程中页岩气产量由游离气和吸附气组成,当游离气开采完毕后,产量主要由吸附气维持,解吸气还有再吸附现象。当盖层开启程度由微裂缝区的25%,50%,75%到100%依次增加时,开采年限按6 a,4 a,2 a,1 a依次减少;不同开启程度下,相同开采年的开采量也依次降低;在每种开启程度下,年产量与原来的年产量的比值也依次降低。任何侧向边界若出现断层,不论其开启程度为微裂缝区的25%,50%,75%还是100%,均达不到定压开采条件。从敏感分析可知,当页岩压裂达到一定程度时,页岩气的析出对页岩气产量影响是最关键的。最后对页岩气开采提出相应的建议。     

Comparison Between Analytical and Numerical Methods in Evaluating the Pollution Transport in Porous Media

Contaminant transport modelling in environmental engineering is generally conducted to evaluate the potential impact of contaminant migration on the subsurface environment or for interpreting tracer tests or groundwater quality data. In the past few decades a number of mathematical models have been established for evaluating the migration of pollution as indicated in the literature. This paper presents a comparison between a number of analytical and numerical models in evaluating pollution transport in soils. Three analytical models and a finite element model developed in this research are used for comparing four numerical examples under different conditions. Four cases of advection dominated problem with line source boundary, advection dominated problem with semi-line source boundary, advection–dispersion–sorption problem with line source boundary and advection–dispersion–sorption problem with semi-line source are considered. Based on the results the best analytical model that has a higher accuracy is recommended for practical applications.     

Inverse modeling and uncertainty analysis of potential groundwater recharge to the confined semi-fossil Ohangwena II Aquifer,Namibia

The identification of potential recharge areas and estimation of recharge rates to the confined semi-fossil Ohangwena II Aquifer (KOH-2) is crucial for its future sustainable use. The KOH-2 is located within the endorheic transboundary Cuvelai-Etosha-Basin (CEB), shared by Angola and Namibia. The main objective was the development of a strategy to tackle the problem of data scarcity, which is a well-known problem in semi-arid regions. In a first step, conceptual geological cross sections were created to illustrate the possible geological setting of the system. Furthermore, groundwater travel times were estimated by simple hydraulic calculations. A two-dimensional numerical groundwater model was set up to analyze flow patterns and potential recharge zones. The model was optimized against local observations of hydraulic heads and groundwater age. The sensitivity of the model against different boundary conditions and internal structures was tested. Parameter uncertainty and recharge rates were estimated. Results indicate that groundwater recharge to the KOH-2 mainly occurs from the Angolan Highlands in the northeastern part of the CEB. The sensitivity of the groundwater model to different internal structures is relatively small in comparison to changing boundary conditions in the form of influent or effluent streams. Uncertainty analysis underlined previous results, indicating groundwater recharge originating from the Angolan Highlands. The estimated recharge rates are less than 1% of mean yearly precipitation, which are reasonable for semi-arid regions.     

地下水污染风险源识别与分级方法

由于目前缺乏一套完整成熟的地下水污染风险源准确识别与分级方法, 在综合解析污染源结构、污染物输移过程评价的基础上, 构建了涵盖地下水易污性和地下水污染源两部分多因素耦合的风险源识别模型, 其中从污染源特性和污染物性质两方面建立了污染源危害性评价参数体系.以地下水易污性指数和污染源潜在危害性评价指数作为风险源分级指标, 采用乘积模型进行了风险源的评价与分级.选择某水源地对所建方法进行实例分析, 确定了地下水污染的高风险源区.结果表明, 污染源和地下水易污性共同决定了地下水污染的风险源, 所建方法对地下水污染的预防及污染源的有效监管有重要意义.      

基于水化学和同位素特征的新乡某地下水污染场地水文地质概念模型细化

构建合理的水文地质概念模型对于地下水数值模拟至关重要,概念模型如果确定不合理,整个数值模拟将毫无意义。通常水文地质调查可以大致确定水文地质概念模型,然而对于一些不易被发现的补给源,通过水文地质调查也无法确定。水化学和同位素特征对地下水的补给源及水流路径有很好的指示作用,可以根据这些信息对水文地质概念模型进行细化。文章通过对研究区地下水取样,分析地下水水化学和同位素特征,确定出研究区内不易识别的地下水补给源及顶层黏土-粉质黏土的透水性,最终细化了水文地质概念模型边界条件。这对于后期得到正确的地下水流和溶质运移模拟结果具有重要意义。     

用镭同位素评价九龙江河口区的地下水输入

为评价九龙江河口区的地下水输入量及其输送的营养盐数量,建立了天然存在的镭同位素224Ra和226Ra的质量平衡模型。镭的源项考虑了河流的输入、河流悬浮颗粒的解吸、沉积物再悬浮颗粒的解吸、沉积物扩散输入、涨潮时外海的输入和地下水的输入;镭的汇项考虑了镭的放射性衰变,以及退潮时河口水的输出。根据镭的质量平衡计算,地下水输入的镭通量约占河口区镭总输入通量的41.9%~56.9%,转换成地下水输入量为1.65亿1.83亿m3/d,该地下水输入量是河流径流输入量的4倍多。以陆源地下淡水占总的地下水输入量的10%考虑,计算获得营养盐输入通量分别为461万mol/d(DIN)、22万mol/d(DIP)、694万mol/d(DSi),它们分别约是河流输入营养盐通量的23%(DIN)、28%(DIP)、77%(DSi)。结果表明九龙江河口的地下水输入量及其所输送的营养盐相当可观,所输入的营养盐是海域富营养化的潜在影响因素,在未来的河口环境管理中应引起重视。     

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。     

A combined neural network/gradient‐based approach for the identification of constitutive model parameters using self‐boring pressuremeter tests

This paper presents a numerical procedure of material parameter identification for the coupled hydro‐mechanical boundary value problem (BVP) of the self‐boring pressuremeter test (SBPT) in clay. First, the neural network (NN) technique is applied to obtain an initial estimate of model parameters, taking into account the possible drainage conditions during the expansion test. This technique is used to avoid potential pitfalls related to the conventional gradient‐based optimization techniques, considered here as a corrector that improves predicted parameters. Parameter identification based on measurements obtained through the pressuremeter expansion test and two types of holding tests is illustrated on the Modified Cam clay model. NNs are trained using a set of test samples, which are generated by means of finite element simulations of SBPT. The measurements obtained through expansion and consolidation tests are normalized so that NN predictors operate independently of the testing depth. Examples of parameter determination are demonstrated on both numerical and field data. The efficiency of the combined parameter identification in terms of accuracy, effectiveness and computational effort is also discussed. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.