模型嵌套技术在济南趵突泉泉域数值模型中的应用

在地下水数值模型中,经常需要对某一重点区进行详细刻画,模型嵌套技术仅需对原有模型进行较小的修改,并不需要重新进行网格剖分,就可以达到网格加密的目的。该文在系统分析济南趵突泉泉域水文地质条件的基础上,采用地下水数值模拟软件GMS10.0,建立了覆盖趵突泉泉域的地下水流数值模型,利用更加灵活、高效的共享节点的嵌套技术,对济南西郊重点区域进行加密,并与未加密、全局加密的模拟结果进行对比。结果表明:LGR在提高加密区和非加密区模拟精度的同时,大大缩减了模型的运行时间,并减小了磁盘空间的占用。随着济南市地表水转化地下水工程的建设,LGR可以应用于对断裂、补源河流、回灌井等的精确刻画,更好的为社会、工程服务。     

特征约束六面体网格生成的改进栅格法

目前,针对地学对象的非结构化六面体网格生成问题仍未得到很好的解决。为满足相关地学研究对六面体网格的需求,促进地学模拟及传统GIS空间分析的进一步发展,本文对传统栅格法进行扩展,提出了一种面向地学研究的六面体网格生成的改进栅格法。通过提取实体模型表面的几何特征,考虑内部孔、洞约束生成骨干网格,在此基础上构建一套特征约束模板来处理复杂的特征约束,使之既能保持地学研究对象的几何形态特征,又能实现加密区域与非加密区域的平滑过渡,从而满足地学分析与模拟的需求。     

求解地下水非稳定流方程的混合拉氏变换局部坐标有限分析法

本文给出了一种在不规则四边形网格上求解地下水非稳定流方程的混合拉氏变换局部坐标有限分析格式。由于将时间ｔ直接包含在有限分析数值计算格式中，克服了传统数值法求解非稳定过程按时段迭代的缺陷，实现了非稳定过程计算的一步完成，提高了计算效率，这对多时段地下水资源管理和长期预报非常有用。经实例验证，本方法有很高的精度，与解析解吻合甚好。     

油藏数值模拟的裂缝/溶洞嵌入式计算模型

碎屑岩和碳酸盐岩油藏的数值模拟需要处理几何形态较为复杂的裂缝,对碳酸盐岩缝洞型油藏还须处理形状各异的溶蚀孔洞。采用传统的嵌入式离散裂缝模型时,需要将复杂裂缝划分为细密的网格,计算量较大,且难以准确处理溶洞。建立一种裂缝/溶洞嵌入式计算模型,对基质系统进行结构化网格剖分以形成基质单元,根据需要把单个裂缝或一组裂缝划分为一个裂缝单元,将大型溶洞根据几何形状划分为一个或数个连通的溶洞单元;采用推导的半解析方法计算裂缝或溶洞单元同基质单元的传导率,实现裂缝或溶洞在结构化基质网格中的嵌入。交叉裂缝、含洞储层和三维复杂缝网算例数值模拟结果表明,裂缝/溶洞嵌入式方法计算效率较高,对于形态较为复杂的裂缝和溶洞有很好的适用性。     

澜沧江上游河谷卸荷松弛区地下水位分布成因

澜沧江上游两岸山体普遍存在强卸荷松弛和地下水位低缓现象,深入研究岸坡卸荷松弛区水文地质特性可为开展水电工程运行期渗流特征分析和渗控设计提供依据。澜沧江深切河谷区地下水位低缓成因复杂,选取上游某水电站坝址区为研究对象,从区域条件和局部条件综合分析地下水位低缓的原因,构建研究区考虑卸荷松弛分带的水文地质结构和地下水流模型,模拟与验证自然条件下地下水渗流规律。结果表明：研究区地下水位低缓既受控于区域地下水流与澜沧江的共同作用,又是河谷岸坡坡度、表层滑带、岩层结构、卸荷裂隙等局部水文地质条件阻碍降雨入渗补给地下水的内部表现;降雨径流受地形控制,主要经地表及强卸荷裂隙排泄至澜沧江,降雨入渗补给仅占地下水总补给量的5.50%。     

Modflow在平原区深层地下水资源评价中的应用

在建立长时间序列地下水数值模型时,根据数据精度建立前后连贯的不同模型,前后模型的模拟期可重复,不但可提高模拟效果,又可缩短模型运行时间。采用试估—校正法进行识别和检验地下水数值模型时,水文地质参数、地下水流场、地下水均衡变化和地下水水位动态变化的拟合情况要符合研究区实际的水文地质条件。用地下水数值模型评价深层地下水资源时,需考虑研究区不同区域深层地下水不同开发利用程度,开发利用程度低的区域要考虑可动用的深层地下水释水量。     

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。     

基于支持向量机理论的地下水动态遥感监测模型与应用

地下水是我国内陆干旱地区水资源的重要组成部分,也是极为敏感的生态环境因素之一。地下水动态变化影响着绿洲和湿地的演化,以及土地资源的开发。西北地区地下水监测网尚不完善,动态资料相对缺乏。遥感技术可以弥补传统地下水位监测手段的不足。由于降水极少,西北干旱区地表反射率与地下水水位埋深关系极其密切。选用归一化植被指数(NDVI)、地表温度(LST)数据,应用支持向量机回归方法,建立西北干旱地区地下水位遥感监测模型。提取MODIS影像中的NDVI和LST产品上的地表温度和植被指数信息,作为模型的输入,通过合理选择核函数进行支持向量机的回归分析,从而建立地表植被指数、地表温度与地下水位的相关数学模型,并分析了不同核函数所拟合结果。在河西走廊疏勒河流域的研究成果表明,运用MODIS数据开发地下水动态模型反演水位变化是可行的,模型拟合的结果比较符合实际情况,尤其是对于细土平原地下水浅埋地区模型应用效果更为理想。一次多项式核函数适合模拟埋深小于3m浅埋地下水,径向基函数RBF核函数和三次多项式核函数法则更适合模拟较大埋深情况。开发的地下水位遥感监测模型可为西北干旱区水循环研究和流域水资源管理提供技术手段。     

用不规则网格有限差分法评价地下水资源的体会

根据计算区的水文地质条件和边界条件,建立适合该区地下水运动的数学模型。结合计算区的形状及各观测点的分布位置进行不规则三角形网格剖分,使实测点与剖分节点相对应。用计算值和实测值进行对比模拟,对参数进行调整,选出其最优参数值。用优选出的计算模型,进行地下水资源评价,划分区内的富水地段。预测在不同开采条件下,地下水动态与开采时间的关系。选择合理的开采方案,为该区未来地下水的开发和管理提供依据。     

一种基于地球剖分网格的区域面积计算方法

区域面积计算是区域分析的基础。随着空间信息剖分组织理论的发展,地球剖分网格受到广泛关注,并且显示了在空间大数据组织能力上的潜力。球面空间与欧式空间不同胚导致地球剖分网格规格不一的特征,在进行区域面积计算时需要先将网格转换回对应的经纬度范围,再进行积分运算,流程复杂,计算效率不高。由此本文根据GeoSOT全球参考网格的剖分方案,基于矩阵变换的分块、邻接操作以及向量的乘法运算,设计了一种可以摆脱经纬度和积分运算的面积计算方法,并针对此方法设计实验验证了其可行性和高效性,为网格体系下区域面积计算提供一种新思路。     

复式推覆体内矿坑涌水量预测的地下水数值模拟

由于推覆体内构造作用强烈,含水介质具有极强的空间不连续性及各向异性,对λ于推覆体内的矿区来 说,含水系统结构的刻画是模型概化的一大难点,也是影响矿坑涌水量预测精度的主要因素.为了提高推覆体内 矿区含水系统结构刻画及涌水量预测结果的精度,以刚果(金)Sicomines铜钴矿为例,对复式推覆体内矿区水文 地质概念模型的建立方法进行了研究,将模型垂向上精细加密剖分,严格按照实绘水文地质剖面逐一对模型中横 向、纵向剖分图进行水文地质参数赋值来区分含水层结构,构建了地下水流数值模拟模型,并利用地下水λ动态 及矿坑排水量资料对模型进行了识别,然后分别对矿区１２３０,１１１０,９９０m 开采标高的矿坑涌水量进行了预测, 结果表明:１２３０,１１１０,９９０m 开采标高的矿坑平水年涌水量分别为１３０４００,１０３２００,９７０００m３/d,可作为矿山防 治水的依据.      

基于剖分网格的空间数据高效拼接与快速提取方法

现有海量空间数据拼接与提取的效率低,造成应急保障时效性较差。针对这一问题,提出了一种基于剖分网格的空间数据高效拼接与快速提取方法。核心思路是:以GeoSOT全球剖分网格为基础,依托空间数据剖分组织方法,实现大到整个数据集小到数据内部块的统一逻辑拼接与多尺度提取。实验证明:采用剖分组织模型,空间数据提取尺度更灵活、提取效率更高,能够大幅度提升空间数据应急保障的时效性。     

基于TELEMAC-2D模型的城区水库溃坝洪水数值模拟——以广州市龙洞水库为例

针对城市水库下游地区地形复杂、建筑物密集的特点,以广州市天河区龙洞水库为例,采用基于不规则网格的TELEMAC-2D模型,构建二维溃坝洪水演进模型并开展数值模拟,将模拟结果与LISFLOOD-FP、WCA-2D模型的模拟结果进行综合对比。结果表明：当模拟历时大于15 min后,TELEMAC-2D模型模拟的下游淹没区内淹没总水量与溃口流量过程线所计算的累积洪水量基本相等,二者相对误差仅为0.26%,在3种模型中误差最小;3种模型模拟的洪水演进规律基本一致,且模拟的最大水深空间分布相关性均不小于0.92,表明模拟结果科学合理;TELEMAC-2D模型可对建筑物密集区域的地形进行局部网格加密处理,能更精细地表征城区的复杂地形情况,模拟效果较LISFLOOD-FP和WCA-2D模型更好。研究结果可为城区水库溃坝洪水数值模拟、溃坝洪水预警预报以及相关防洪减灾等工作提供科学的参考依据。     

一种改进的多边形网格化填充方法

网格数据模型在海量空间数据组织管理中应用广泛,多边形网格化填充方法是其基础和关键技术之一。针对现有方法的网格递归剖分规则不合理和限定条件下多边形网格化填充结果的精度较低等问题,提出一种改进的多边形网格化填充方法。该方法给出一种多边形的多尺度网格化填充模型,以此为基础优化了多边形网格化填充算法,并提供一种多边形网格化填充结果的精度评价指标。实验表明:限定网格数量条件下,相比Google S2采用的多边形网格化填充方法,本文方法的多边形网格化填充结果精度显著提高,有利于提升基于网格数据模型的空间查询精度。     

真三维地质模型构建的球体测地线八叉树网格方法

三维地质空间表达可以准确揭示地质现象与过程的空间结构与分布规律。传统三维地质建模方法广泛存在着面向局部小区域、基于投影数据、表面静态建模、难以进行3D空间查询与分析、不利于时空大数据的组织与管理等缺陷。地球剖分网格以其全球全方位视角、循环递归剖分机制和有机灵活的编解码策略为解决上述问题、构建新一代数字地球平台提供了新的技术方案。本文以郑州航空港经济区为例,利用实测地质数据,基于球体测地线八叉树剖分瓦块（SGOG网格）,建立区域真三维地质模型框架,并进行空间分析。在对原始数据进行预处理的基础上,将SGOG特定剖分层次的瓦块节点与地质体外包络体特征点数据进行匹配,构建真三维地质框架;通过漏洞修补和着色渲染,建立多尺度多地层三维地质体模型;在此基础上,进行真三维地质空间分析,包括地质体真三维剖面、数字钻孔以及几何特征参数计算。实验结果表明：本文的建模方法,不但结构简单,操作方便,适用于复杂不规则的地质体,而且可以利用SGOG瓦块的多尺度特性,灵活实现精度与尺度的自适应表达,方便进行多角度真三维空间分析。地球剖分网格是数字地球发展的必然趋势。     

渗流井合理竖井降深确定

通过采用单位面积河流在单位水头差作用下的渗漏量来表征河流渗漏能力,建立渗流井取水理想模型,分别计算了在不同河流渗漏能力和含水层渗透性能条件下,竖井降深对渗流井出水量的影响.建立渗流井取水非稳定流模型,计算了在前期稳定竖井降深不同条件下,河流断流后渗流井出水量衰减过程及竖井降深发展过程.提出渗流井合理竖井降深应根据河流与地下水是否脱节以及含水层渗透性能,在岸边渗流井中部及一侧各布设一个观测孔,根据观测孔水位进行确定.对于含水层渗透性能较强地区,渗流井竖井降深应使得渗流井范围内地下水位与河流脱节,但高于辐射孔顶面;对于含水层渗透性能较差地区,渗流井竖井降深应使得侧部观测孔水位接近河床底面或刚出现脱节.     

地下水均衡过程的数值模拟

利用电子计算机对地下水的均衡过程进行数值模拟,这是提高以均衡法评价地下水资源精度的有效途径之一。论证地下水的均衡过程应以足够多的地下水位系列观察资料为基础,这也是获得的地下渗流过程的最主要的信息。数值模拟过程包括数学模型建立、参数调整(系统识别)和模型运转(水位预报)。本文着重论述参数调整(初始流场确定和参数调整)和模型运转(预报未来水位、论证和对比开采方案),基于上述工作要求,以有限差分法为基础用 ALGOL 语言编成一套计算用的序列程序——初始流场调整程序、参数调整程序和开采方案下的水位预报程序。这些程序已多次应用在 DJS—6机上,完成了大量的计算工作。     

基于 HBase的海量地理空间数据的空间索引模型构建与优化

传统关系型数据库在海量地理空间数据的存储与管理上面临着高并发访问规模限制、数据库扩展能力不 足等困难.非关系数据库如 HBase等以其强大的扩展能力与计算能力为该问题提供了新的思·与方法.空间索 引模型和分布式存储模式设计是影响基于非关系数据库的海量地理空间数据的存储与查询效率的关键因素.对 当前主要基于 HBase的索引模型和空间数据存储设计进行了研究,设计了基于行政区划编码与矢量要素编码结 合的 RowKey(行键),使空间数据在 HBase存储中得到很好的聚类效果,并针对要素重叠与边界划分等问题提出 了一种基于四叉树ＧR树的改进的空间索引模型.该模型基于四叉树结构将空间数据划分为多个子网格,为?一个 子网格构建 R树索引,利用 Hilbert(希尔伯特)曲线对子网格进行编码,并设计了基于 MapReduce的并行化索引构 建算法和相应的空间查询算法.经实验测试,该存储设计和空间索引模型具有较好的查询效率.      

缝洞型碳酸盐岩油藏并行模拟器及其应用研究

在成熟应用的缝洞型碳酸盐岩油藏模拟器KarstSim的基础上,针对更加精细和大规模网格的模拟需求,开发了KarstSim的并行模拟器。并行化主要通过网格分区、大型线性方程解法和处理器之间信息通讯3个部分实现,同时借助了Aztec库和METIS软件。[JP2]基于Buckley Leverett两相纵向流动理论和塔河油田某区块的模型,对并行版与解析解、单机版计算结果的对比,验证了并行模拟结果的准确性以及计算的效率性。将并行模拟器应用至64万网格非均质的缝洞型油藏,在最高采用128核服务器中模型计算时间最低为7.3 h,计算效率提升显著。最后对不同网格规模的均质油藏进行了模拟,网格规模从1万逐渐增加到1千万规模,结果显示对于千万级网格的均质油藏,并行模拟器计算时间为85 min,证实了并行模拟器在大规模油藏模拟中的实用性。      

改进的HASM-AD算法及在空间变量模拟的应用分析

高精度曲面建模(HASM)可以显著提高空间曲面模拟的精度,但是计算速度低限制了该模型的进一步应用。为了提高HASM模型的计算效率,本文对HASM-AD算法作了改进,通过在计算过程中为采样点添加索引,避免了计算过程中对采样点信息的重复查找操作;同时,在遍历独立计算单元时实时计算第一类、第二类基本量及克式符号,避免了全局存储上述变量所需要的额外内存消耗。数值试验表明,由于将全局线性方程组求解问题转化为局部独立计算单元(5×5栅格)内的方程组求解,改进的HASM-AD算法显著提高了计算效率,同时降低了模型运行过程中的内存消耗。最后,本文以全国陆地降水空间分布模拟分析作为实例,验证改进的HASM-AD算法模拟精度及计算效率,模拟结果表明,改进的HASM-AD算法模拟结果精度优于其他HASM算法(以HASM-PCG为例),并且计算效率优势更为明显,实现全国10km分辨率的降水分布模拟耗时仅为4s。表明改进的HASM-AD算法提高了计算速度,并且适于大尺度的空间变量模拟应用。