渭南市潜水水流数值模型参数识别中的几个关键问题的处理方法

本文着重介绍渭南市潜水水流数值参数识别中所遇到的三个关键问题的处理方法,这对平原区潜水水流数值模型的建立具有较普遍的实践意义。     

渭南市潜水水流数值模型参数识别中几个关键问题的处理方法

本文着重介绍渭南市潜水水流数值模型参数识别中所遇到的三个关键问题的处理方法,这对平原区潜水水流数值模型的建立具有较普遍的实践意义。     

基于三维随机水文地质结构模型的地下水流数值模拟: 以西辽河平原为例

为了探究水文地质结构对地下水流数值模拟的不确定性,可以运用随机模拟建立地下水位的预测模型。根据转移概率地质统计方法模拟多孔介质岩性分布,利用非线性规划的思路计算岩性与水文地质参数之间的关系,从而建立相对精确的随机水文地质参数场。将不同的水文地质参数场运用到MODFLOW中,得到不同的随机模拟结果。通过比较随机模型和确定模型的末流场拟合情况以及水位动态拟合图,发现确定模型和随机模型具有相似趋势,都能与实测流场拟合较好,但是随机模型更能体现真实的水文地质特征。对随机模型预测10年后的地下水水位做不确定性分析,得到水位平均变幅介于-5～5 m之间,且95%置信度水位变幅的平均上限线约为0.146 m。研究结果为决策者提供科学依据。     

基于熵权的地下水源地水质属性识别模型

地下水源地的水质评价不仅可以促进水资源合理开发利用,也对制定地下水资源的保护决策有很好的指导意义。本文利用Shannon熵理论客观地确定出水质评价指标的熵权系数,并结合程乾生提出的属性识别理论建立了基于熵权的地下水源地水质属性识别模型。该模型和作者应用SPA模型的评价结果具有很好的一致性。     

流域水文模型参数识别的现代优化方法研究进展

水文参数优化是水文模型发展中的一个重要部分,针对水循环过程模拟中的流域水文模型参数识别的复杂优化问题,回顾了水文模型优化算法的发展历程,对国内外水文模型参数识别算法的最新进展进行了阐述.介绍了模拟退火算法、遗传算法、SCE-UA、粒子群算法等常用算法的参数设定及一般流程,并对编码遗传算法、单纯形混合加速遗传算法和运用融合技术的几种遗传算法以及其它几种常用算法在新安江模型中的优化结果进行了比较,认为混合加速遗传算法是一种较好的方法.在系统研究现代优化算法与传统优化算法的基础上,建立各种优化算法的融合技术和法则可能是进一步提高参数优化算法性能的方向.     

地下水流数值模型的分解与叠加

叠加原理在水文地质计算中的应用相当普遍,但一般局限于地下水流模型的解析解,本文扼要介绍了线性定解问题的叠加原理,在此基础上提出了线性离散模型的叠加原理,进而讨论了线性离散模型的叠加原理在地下水流数值模型中的应用一一地下水流数值模型的分解与叠加.模型分解与叠加既可用于解析分析也可用于数值计算;同时不仅可以简化复杂模型的求解问题,更有助于理解地下水变化过程.     

乌鲁木齐河流域北部平原地下水流模拟

本文运用数字水文地质概念模型的方法建立了乌鲁木齐河流域北部平原的地下水流模型,并用流量边界与柴窝堡盆地和河谷区的地下水流模型相接,构成一个统一的流域地下水模型,为乌鲁木齐河流域水资源整体规划利用提供了模拟分析工具。北部平原的南部倾斜平原为砂卵砾石组成的大厚度潜水含水层,北部细土平原为多层结构。地下水总体上由南向北径流,天然状态下在交界地带溢出成泉或流入沙漠。目前,地下水循环基本上由人为控制。农田灌溉回归补给量与河流和山前侧向补给量持平;而开采量已是绝对的排泄量。季节性开采造成地下水位季节性大幅度变化。水位的下降使蒸发蒸腾量减少,减轻了由于灌溉造成的土壤盐碱化问题。     

优选水文地质参数的计算模型

本文利用水文学方法,根据水量平衡方程和Horton入渗机制,采用单纯形法优选水文学及水文地质学中常用到的几个参数:含水层给水度μ,饱和传导率ks(fc),田间含水量W_M以及包括有关壤水力性质在内的参数k。该方法具有物理概念清楚,资料容易取得,经济实用等优点。     

双重含水介质水文地质参数的高分辨率识别

某火山岩矿区由于受后期构造影响,含水介质除了发育成岩裂隙-孔洞外,还发育有多组构造裂隙和剪切破碎带。抽水试验显示:抽水早期(≤6min)各观测孔的降深明显大于泰斯理论降深(单重均质),中后期(6min)趋于一致,呈现出双重含水介质的释水特征。本次研究在充分分析双重介质释水机理的基础上,结合时间步长为20s的高分辨率降深资料,采用分段泰斯模型进行了水文地质参数的识别。结果表明:剪切破碎带等强导水介质的弹性给水度略小于成岩裂隙-孔洞弱导水介质的弹性给水度;但导水系数相差很大,强导水介质一般为5 590~6 130m2/d,而弱导水介质仅715~743m2/d,这必然会导致未来矿山开拓过程中初见涌水量和稳定涌水量的显著差异,需要引起足够的重视。     

用十进制遗传算法识别泰斯模型参数

提出了用十进制遗传算法识别泰斯模型参数的方法和步骤,并给出了计算实例。本方法和传统的配线法与高斯牛顿法相比,具有更好的确定性和更高的精度。十进制遗传算法的主要优点在于采用十进制编码表达实际问题比较简单,算法的平均效率高,特别是对于高维和复杂优化问题。     

基于改进遗传算法的岩体结构面幂函数模型参数辨识

沿结构面的剪切滑移是工程岩体主要的破坏模式之一,选择恰当的岩体结构面本构模型是分析岩体结构面破坏的重要一环。当前常用的结构面本构模型有指数型模型、曲线型模型和幂函数型模型,其模型参数都是根据工程实际经验或室内试验所得,不能很好的模拟实际变形情况。指数型模型得出的模拟值偏大,曲线型模型得出的模拟值偏小,幂函数型模型在较低的法向应力下能较好的模拟剪切变形过程,但在较高的法向应力下得出的模拟值偏小。为此,通过改进的遗传算法对岩体结构面幂函数模型参数进行辨识,得出由\     

锦屏二级水电站岩石夹层非定常参数剪切蠕变模型及参数识别研究

通过对锦屏二级水电站岩石夹层的剪切蠕变试验结果分析,提出了非定常参数的Burgers蠕变模型。由于对部分参数考虑了其值随时间改变的特性,该模型不仅能够反映岩石夹层的加速蠕变过程,而且能比定常参数Burgers模型更好地描述初始蠕变和稳态蠕变过程。由于非定常参数Burgers模型的参数较多,参数辨识不宜采用迭代法或者最小二乘法等线性优化方法,而采用基于随机搜索的粒子群算法,并取得了较好的效果。     

地下水污染源识别的数学方法研究进展

地下水污染源识别模型可利用有限的观测资料估计污染源位置、污染物泄露强度及其泄露过程,是制定地下水污染修复方案的依据。在阐明地下水污染源识别基本问题基础上,综述了污染源识别研究的两大类数学方法,一类为直接方法,包括反向追踪法和基于正则化的方法;另一类为间接方法,包括基于优化的方法和基于概率统计的方法。同时指出了当前污染源识别数学方法应用中存在的主要问题:地下水污染源识别问题的复杂性、地下水有机污染问题和模型求解效率的低下性。对土壤-地下水的联合管理、基于物联网的地下水污染监测、对非水相流体（Non-aqueous Phase Liquid,NAPL）类污染源识别以及基于图形处理器（GPU）的异构并行计算将是未来研究的重点方向。     

水环境模型参数识别的一种新方法

通过在格雷码遗传算法进化过程中加入单纯形搜索算子,并利用格雷码遗传算法和单纯形法所得到的优秀个体群,作为变量新的变化范围,逐步缩小搜索空间,自动向最优解收缩,提出了水环境模型参数识别的一种新方法——格雷码混合加速遗传算法(GCHAGA),给出了实施该算法的详细步骤。对GCHAGA的收敛性和全局优化性进行了理论和实例分析,并在确定河流横向扩散系数等参数识别问题中,GCHAGA得到了精度较高的全局最优解。与格雷码遗传算法(GCGA)和常规优化方法相比,GCHAGA具有精度高、速度快和适用性强等特点,是一种既可以较大概率搜索全局最优解,又能进行局部细致搜索的较好的非线性优化方法,可广泛应用于各种水环境优化问题中。     

基于数值模型的地下水污染预警方法研究

地下水是中国许多城市主要的供水水源,目前中国部分城市地下水已受到不同程度的污染,导致地下水资源供需矛盾日益突出。进行地下水污染预警是保护地下水资源的一个有效措施,当前国内外相关研究刚刚起步,有关预警理论、方法和技术框架仍未形成一套完善的体系。本文简述了地下水污染预警的研究现状及存在的不足,并以中国北方某铬渣场地为例,根据当地的水文地质条件,利用数学模型建立了地下水污染预警模型,给出了不同等级的地下水污染预警分区,研究结果可为当地地下水污染防治和地下水污染控制规划提供科学依据。     

建筑垃圾填埋场周边地下水化学组分来源解析

建筑垃圾是城市市政垃圾的重要组成部分,对其堆填处理可能造成场地及周围一定范围内的地下水污染。传统观念认为,建筑垃圾中多为惰性或无害成分,对地下水影响有限,缺乏关于建筑垃圾堆填对地下水水质造成影响的研究。选取2处建筑垃圾堆填场地,通过对场地周围地下水采样分析,得到场地周边地下水化学指标空间分布特征,并利用正定矩阵因子分解法(PMF)识别研究区地下水化学组分来源,从而定量评价建筑垃圾填埋对周边地下水水质变化的贡献。结果表明,建筑垃圾填埋会显著影响周边区域地下水组分的浓度和质量,尤其是TDS、TH、Ca2+、SO42-等组分显著受到影响,填埋时间越长、填埋体量越大,影响程度越深。两场地区域范围内Na+、Ca2+、Mg2+、SO42-和TDS 5个组分或指标的空间分布整体变化趋势较一致,均表现为垃圾填埋场附近沿地下水流下游方向的点位浓度较高,其他点位浓度较低,验证了建筑垃圾填埋对区域地下水质量的影响。PMF来源解析确定两场地周边地下水化学组分来源有建筑垃圾填埋、岩石风化溶解、水岩相互作用和农业活动,在场地一来源贡献占比分别为29.2%、21.6%、24.2%和15.1%,在场地二贡献占比分别为15.6%、23.2%、28.4%和18.2%。两场地周围地下水质量受人类活动影响程度较深,人为污染源正在成为地下水中离子组分的重要来源。     

改变入渗强度的地下水流模式实验

自Tóth提出地下水流系统理论以来,大多学者基于定水头上边界的解析解或数值模拟研究地下水流系统发育特征,尤其是多级水流系统模式。认为复杂的盆地地形势就会发育多级地下水流系统,简单地形发育单一地下水流系统。利用自主研发的地下水流系统砂槽模型进行系列实验发现,实验条件下(模型尺寸、介质和多个河谷不变)水流系统的发育受控于降水入渗强度。得出随着降水入渗强度的增大,水流系统模式由单一的区域水流系统,到复杂的多级次水流系统,再到局部的水流系统的结论;盆地多个势汇中,只有实际成为地下水排泄点的汇势才能影响地下水流系统模式,而其他的势汇只是可能的潜在势汇。实验表明,用定流量上边界(降水入渗强度)能够更好地揭示盆地地下水流系统模式发育与变化机理。     

基于模型试验的泥石流坡面物源启动预警模型

为进一步探明银洞子沟物源区坡面物源启动机理与降雨的相关性,在进行详细的现场考察与工程勘察工作后选取了典型模型体,并采用20余组人工降雨物理试验方法将降雨强度与坡度设为控制变量,研究了4种坡形、5种雨强条件下,坡面松散物源的失稳机制及破坏模式。试验结果揭示了地表变形与地下物理力学参数变化的定量响应关系,并基于试验发生破坏的临界雨量,建立了银洞子沟传统I-D预警模型。之后提炼可靠预警参数(坡度、深部体积含水率),通过数学回归分析方法并采用Exponential模型,得出IGD、IGM多参数新型预警判别式,实现了传统I-D模型的有效修正,并具一定的可靠性和实用价值。     

地下水管理模型响应矩阵法应用中的局限性

地下水管理模型的响应矩阵法在应用上存在一定局限性,不少城市不具备模型应用要求的各种条件,使模型结论与实际情况不符,作者认为这是目前国内管理模型应用进展迟缓的原因之一。文章结合我国国情提出地下水管理模型,资源预报模型与模拟模型三位一体“广义地下水管理模型”新概念。使地下水管理与我国生产上最关心的问题“地下水优化最大可采量”紧密结合在一起．     

Transport parameters identification: application of the Sentinel method

In this paper, the Sentinel method is applied to groundwater pollution parameter identification. First, the inverse problem is solved in the linear case to estimate pollutant mass flow rates. Then, the non-linear case, which is the determination of the pollutant source coordinates, is developed. Finally, numerical tests, conducted on the Rhenan aquifer, south of Strasbourg, are presented. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.