肥城盆地石横电厂水源地岩溶水系统地下水管理模型

为防治肥城盆地区域地下水位持续下降，科学管理盆地地下水资源，建立了盆地内岩溶水系统地下水优化管理模型．并采用改进单纯形法求解该模型，取得了较好地效果。首先根据1994年11月1日～1997年7月31日历时33个月盆地内各用水部门岩溶水开采量调查资料、地下水位长观资料等，采用有限单元法建立了盆地岩溶地下水流数值模型；然后在对盆地内2001年水资源开发利用现状及存在问题进行分析的基础上．提出了盆地内岩溶地下水资源的开源节流措施．并指出通过开源节流、加强管理、优化水量分配方案、控制开采、积极外引客水资源等措施．有望控制住盆地内地下水位持续下降。最后采用响应矩阵法耦合地下水流数值模型与优化模型建立了管理模型。在求解方法上．对于因资源不足而无解时，可在形成背景水位时．根据既定的供水优先秩序，对优先级较低的用户分配较少的资源，通过试算的方法求得当前资源约束下的满意解。     

响应矩阵技术在唐马试验场地下水管理中的应用

响应矩阵技术是解决地下水管理问题的方法之一,它是通过表征系统结构特征的单位脉冲响应函数来求得由抽水产生的水位分布,并以此作为线性规划的约束条件建立地下水系统的水动力管理模型。本文造过对唐马试验场水文地质条件的分析,建立数学模型并将其分解和离散,对渗流区内各井点作用一单位脉冲来形成响应矩阵,建立水动力管理模型和水位预报方程,对本区未来地下水开采进行优化决策。     

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。     

泰安市地下水管理模型初探

十余年来,由于超量开采岩溶水资源,致使泰安市区出现了地面塌陷、地裂缝、岩溶水污染等一系列环境地质问题。本文介绍了以抑制该类问题发生、发展为约束条件的地下水管理模型的建立方法,通过运转管理模型,作出泰安市区岩溶水的最优开采量,并通过与开采现状的对比,说明目前岩溶水开采的极不合理性。     

青岛市黄岛区潮河水源地地下水数值模拟

在分析研究青岛市黄岛区潮河流域水文地质条件基础上,建立了水文地质概念模型和地下水流数值模拟模型,利用地下水水位动态监测资料对模型进行了识别,并预测了三枯一丰一平条件下地下水最大开采量以及水位、降深分布情况。结果表明,模型验证拟合结果较好,地下水最大开采量为2.4万m3/d,地下水开采不会引起地面沉降、海水入侵等问题。     

河南新郑龙湖地区地下水资源优化开采管理模型

本文运用响应矩阵法 ,建立了河南新郑龙湖地区地下水优化开采管理模型 ,用单纯形法在计算机上求解得出供水水源地不同开采井的优化开采量 ,并进行了水位预报 ,效果甚好     

解流体动力弥散问题的等参数溶质质量均衡有限元法

本文根据流体动力弥散理论,按照地下水中溶质局部质量守恒原理,采用非线性基函数,导出了求解流体动力弥散问题的一种新的数值法,即等参数溶质质量均衡有限元法。该法与采用同样非线性基函数的等参数里茨(Ritz)法或伽辽全法相比,具有物理意义明确、能准确反映局部质量均衡关系、计算公式简单和易于应用等优点。     

西北内陆盆地浅层地下水温度场及动态类型: 以酒泉东盆地为例

温度是地下水的固有属性，地下水温度场和动态特征是地下水流系统的外在表现。为揭示地下水开采等人类活动影响下西北内陆盆地浅层地下水温度场特征与地下水流系统的关系，基于多点位、长序列、高精度的地下水温度监测数据，在酒泉东盆地开展了地下水温度场及动态特征研究。结果表明:酒泉东盆地浅层地下水温度9.33~20.77℃不等，平均水温为13.54℃，自地下水补给区至排泄区，沿地下水径流方向，浅层地下水温度逐渐升高；循环深度相近的不同地下水流系统对比表明，浅层地下水温度与地下水动力条件呈负相关，地表水入渗补给大、水动力条件强的水流系统地下水平均温度低，入渗补给小、水动力条件弱的地下水平均温度高；浅层地下水温度动态受自然地下水循环和地下水开采等人类活动共同影响，从山前地下水补给区到中游绿洲区再到下游排泄区，浅部地下水温度动态可划分为4种基本类型，依次分别为河流补给型、水温稳定型、开采相关型、正弦波动型。      

3D GIS下地下水流有限元数值模拟方法与应用

目前缺乏针对较强空间特性水文地质计算参数的高效采集方法与管理机制,而且现有孔隙地下水流有限元数值模拟在三维可视化与空间分析等方面仍存在很多不足。因此,本文以有限元数值计算方法和三维地理信息平台为基础,结合GIS空间分析算法和计算机图形学理论,针对孔隙承压地下水有限元分析过程的关键步骤（概念模型构建、空间离散、水文地质参数提取与赋值等）,提出了孔隙地下水有限元数值模拟过程在3D GIS下的实现方法和技术框架。基于水文地质钻孔数据和GTP（Generalized Tri-Prism）空间数据模型,以盐城市滨海平原水文地质区为研究区域,实现了地下水系统空间结构特征的三维表达,同时与地下水流有限元数值模型相耦合,提出了3D GIS模型与地下水非稳定流有限元数值模型耦合的核心处理算法,并在此基础上开发了3D GIS地下水流数值模拟系统。应用实例表明,该技术框架可有效简化有限元分析流程、优化模型计算效率、实现地下水有限元数值模拟过程及计算结果的三维可视化。     

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。     

济宁—兖州矿区地下水多目标管理模型的研究

本文试图利用系统工程原理,解决济宁—兖州矿区的供、排水矛盾。在仔细分析矿区水文地质条件的基础上,建立了水文地质概念模型和相应的数学模型,并应用最优化理论识别了模型的水文地质参数;然后,建立了矿区地下水多目标管理模型,其目标函数为:1)使兖西水源地供水量极大化;2)使岱庄、许厂井田排水费用极小化。采用模糊线性规划法求得了管理模型的最优解,最后通过灵敏度分析和流场模拟,证实了最优解的正确性。     

嵌入法地下水管理模型的分段决策技术

以地下水流的支配方程(有限元形式)作为线性规划的部分约束条件构成的地下水管理模型,称之为嵌入法;以各时段内务节点的水头之和最大作为目标函数在各时段内寻优,就是本文探讨的地下水管理模型的分段决策技术。该模型所形成的庞大的约束矩阵,往往需要超大容量计算机。本文利用线性变换消去约束条件中的有限元方程,并将决策变量转化为该时段的抽水量和补给量。将该模型运用于一个实际水源地,其结果令人满意,说明此模型是具有实用意义的。     

模拟水—岩作用的新方法

本文在详尽研究了山东铝厂碴场区地质、水文地质条件和水文地球化学环境的基础上,将地下水含水介质概化为一组矿物的集合体,把地下水和含水介质间的作用用一系列物理化学反应来加以描述。然后,根据“能量最低”和“物质守恒”原理建立线性规划数学模型,用单纯形法计算出了地下水和含水介质间的物流量。     

基于GIS的地下水流有限差数值模拟参数自动提取研究

本文根据地下水流有限差模拟有关参数的空间分布特点,将其划分为点状、线状与面状空间分布参数三种类型。利用GIS的空间分析功能,研究基于GIS的点状、线状与面状空间分布参数自动提取的技术路线。通过点、线、面三者之间空间位置关系的拓扑分析,确定地下水开采井、水位动态监测井、线状与面状水系、模拟区域边界、面状参数分布区与模型空间离散格网之间的空间位置关系。经过矢量数据与栅格数据互相转换,实现地下水流有限差数值模拟有关参数的自动提取。结合地下水流有限差分数值模拟有关参数数据文件的结构,将基于GIS提取的栅格结构数据文件自动转换成模型所需结构的数据文件,达到模型参数数据文件的自动组织与提高地下水流数值模拟的效率目的。     

随机模型在沈阳地区地下水位短期预测中的应用

作者应用随机模型中多元线性回归的方法建立了沈阳地区地下水位动态变化模型。沈阳地区地下水位受气象、水文、开采等因素影响,因此建立了3种地下水位短期预测模型。即:气象型、气象开采型、气象水文开采型。为使预测模型接近于地下水位的实际变化状态,作者用有效开采量来提高模型的拟合精度。通过预测成果与实测值的拟合对比,表明用多元线性回归方法对沈阳地区地下水位进行短期预测是可行的。     

地下水随机规划模型的Taylor展开解法

讨论了将线性随机约束地下水规划模型转化为与之等价的确定性约束地下水规划模型的方法,并以地下水优化疏干规划模型为例,推导了转化后的非线性约束地下水管理模型的Ｔａｙｌｏｒ展开解法,并通过对一假设模型的计算分析,证实了该求解方法的有效性。     

城市化进程下北京平原渗流场与地面沉降发展演化模拟

北京地面沉降已有60多年的历史,其发生发展与半个多世纪城市的快速扩张密不可分.从整个北京平原地下水系统出发,梳理多年时间序列(1950-2015年)的城市发展规模、人口、水资源及开采动态等数据,结合遥感技术解译不同年代北京平原的不透水面变化,分析其对降雨入渗补给量的影响;构建整个北京平原含水层-弱透水层三维结构系统,借助PMWIN软件建立区域尺度的地下水流-地面沉降耦合模型,利用长期水位及沉降观测数据对模型进行识别验证;开展长时间序列的北京平原地下水水头场与地面沉降演化模拟,研究快速城市化进程下北京平原多层含水层系统渗流场演变与地面沉降响应特征.研究表明:长时间尺度区域地下水流场-地面沉降演化模拟基本再现了地面沉降形成和发展演化的过程;北京地下水开采历史与地面沉降发展历史具有一致性,而不同沉降区地面沉降发展受地下水开采和城市发展双重控制,是二者综合作用的结果.     

无界单元在地下水流计算中的应用

在人为选定的模拟无限边界的有限位置处设置无界单元。在该单元上配置带有衰减特征的线性插值函数,进而可建立按有限元法或不规则网格有限差分法解算地下水流问题所需要的单元刚度矩阵。该单元刚度矩阵可很容易地进入总刚度矩阵。无界单元的应用较好地解决了地下水流数值模拟中无限边界不易确定的问题。计算实例表明本方法具有较高的精度。     

解流体动力弥散问题的等参数溶质质量均衡有限元法与其它方法的比较

本文将解流体动力弥散问题的等参数溶质质量均衡有限元法与采用同样非线性基函数的等参数里茨(Ritz)有限元法或伽辽金有限元法做以比较发现,前者具有物理意义明确,能准确反映局部质量均衡关系,计算公式简单,易于接受应用等优点,克服了线性有限元法的插值函数不能体现单元内部溶质质量守恒一般规律的缺点。     

基于水稳定同位素的地下水型陆地植被识别:研究进展、面临挑战及未来研究展望

地下水型陆地植被具有重要的生态服务功能,但正遭受严重威胁,亟需在水资源管理中予以关注和保护.准确识别地下水型陆地植被是其管理和保护的前提.水稳定同位素方法是识别地下水型陆地植被的唯一直接方法,其中:①直接比较法只能获得植物对地下水利用的定性信息,但目前的应用最为广泛;②同位素混合模型能定量评估植物对地下水的依赖性,近期随贝叶斯模型的引入取得了较大进展.当前,植物对地下水利用的时空异质性增加了基于水稳定同位素的地下水型陆地植被的识别难度,还限制了小尺度上的研究成果向大尺度上的拓展;部分植物以间接方式利用地下水,对地下水型陆地植被的识别造成了困扰;根系吸水过程中的同位素分馏和同一植株内木质部水同位素组成的时空异质性常使植物样品的代表性受到质疑;采集到具有代表性的地下水和土壤样品也是当前面临的一个主要挑战.为应对上述挑战,未来应加强3个方面的研究:①研发植物木质部水同位素组成的原位在线连续观测技术,提升基于水稳定同位素的地下水型陆地植被识别的时空分辨率;②借助控制性的同位素标记实验,精细刻画地下水-土壤-植物体系内同位素体的迁移和分馏过程;③将同位素观测与具有物理学意义的生态水文模型相耦合,提高定量评估的分辨率和降低不确定性,探索解决时空异质性和升尺度难题的途径.