水文地质系统概念

水文地质系统是指有一定联系的水文地质单元即子系统的总和,这些水文地质单元之间彼此相互联系、与外界环境相互作用并构成统一的整体。外界环境是指本系统以外的一切环境。系统可以是实体的(天然的水文地质客体),或者是理想的,即在主观概念上(水文地质客体代号、图形和其它模型)能真实地反映水文地质客体。例如,在新第三纪页岩之上的现代冲积含水层可以被看作实体系统或者水文地质客体;它的分布范围或者水文地质剖面在水文地质图上的映象可以被看作理想系统,或水文地质线图模型(图1)。水文地质单元是指在一定程度上被地下水饱和的各种地质体,它们也可以被看作真实客体或者模型。     

模型,拟合和不适定问题

用模型研究客观实体,这已经成为一种行之有效的普遍的科学方法,深入研究和探讨这个问題,不仅对水文地质和工程地质的发展有很大的推动作用,而且有更高层次的科学方法论意义。模型与所要反映的客观实体的接近程度,即模型的仿真性,代表了模型的精度和可靠程度,由于客观实体的复杂性,模型只能不断地接近实体,而不可能绝对真实地再现实体,这不仅因为模型只能是对实体     

"防止模拟失真,提高仿真性"是数值模拟的核心

提出地下水资源调查与评价的目标、基础、主线、手段和核心5个方面的基本关系;水文地质调查设计书应提出拟建的概念模型;指明当前数值模拟的核心是"防止模拟失真,提高仿真性";强调对水文地质条件的正确分析和建立模型论证的重要性。要避免对水文地质条件、地下水流动基本特征未加精细分析就提出数学模型。水文地质模拟者不应单纯地追求"拟合",只有在合理概化水文地质模型和采用正确的仿真技术的基础上才有真正意义上的拟合。模型识别是对水文地质条件的再认识。指出沿井孔滤管的进水流量和水头如何分布及用什么方法预测是当前井孔 含水系统数值模拟最基本的问题之一。列举了其中常见的、容易导致模拟失真的若干模拟要素。     

地下水模拟中拟合的内涵

在进行地下水资源评价和地下水资源管理过程中,必须首先对建立的数学模型进行校核,使数学模型真正的刻画出水文地质实体的内部结构、功能以及受外部环境的影响。模型的校核通常釆用拟合的方法,拟合就是数学模型计算的地下水位值与实际观测     

单斜含水层-泉流系统概念模型研究

“当前数值模拟的核心问题是防止模拟失真 ,努力提高仿真性”[1 ] .模拟失真是多方面的 ,其中最主要的是概念模型失真 .一旦水文地质概念模型不能刻画研究区地下水的基本运动规律 ,其后的工作再精细 ,也不可能弥补建立概念模型的失误 .因此 ,要十分重视水文地质概念模型的建立 .然而 ,这个问题并没有引起水文地质数值模拟工作者的普遍重视 .我们要避免对水文地质条件、地下水流动基本特征未加精细分析就摆出数学模型[2 ] .这种模型的预测结果是难以置信的 ,尽管有的模型其短时间的拟合度还不是很差 ,但是“拟合好或差并不是检验建模合理性的…     

广州江村水源地岩溶地下水流场数值模拟

采用GMS软件建立江村水源地岩溶地下水水文地质概念模型,利用MODFLOW模块模拟了岩溶地下水分布。模型识别、验证结果表明,所建立模型达到精度要求,真实地反映了该区域地下水水力特征,为该地区地下水污染调查评价奠定了基础。     

解决潜水蒸发问题的阿维里扬诺夫经验公式在地下水数值模型中的应用——以格尔木河流域为例

数值模型对地下水流和溶质运移等问题进行模拟的方法以其有效性、灵活性和相对廉价性逐渐成为地下水研究领域的一种不可缺少的重要方法。在地下水浅埋区,蒸发是地下水的主要排泄方式之一,而地下水埋深是影响蒸发度的敏感因子,因此,数值模型中对地下水埋深的拟合精度,将直接影响地下水数值模拟模型的精度。本文以格尔木河流域为例,通过阿维里扬诺夫经验公式的线性与非线性模型的计算结果对比,来说明如何利用蒸发的数学模型提高模拟精度。     

模型结构与拟合误差

几乎与所有模拟一样,对地下水渗流和均衡过程的数值模拟,是在一定精度上进行的,具体表现为,在相同的输入条件下,模型的输出与实体的输出总会存在一定程度的差异,我们称之为“拟合误差”。拟合误差的大小是模型检验的主要依据,其大小主要取决于模型结构和模型参数,我们将前者所产生的误差     

矿区地下水系统水质分类判别的多元统计分析

以某矿区地下水系统为例,对该矿区地下水水化学资料进行了多元统计分析方法耦合应用研究,主要包括利用因子分析对存在相关关系的离子变量进行空间降维处理,找出能够反映众多离子信息的基础变量(正交因子),以其作为系统聚类变量;运用系统聚类法获取能代表各地下水子系统水化学特征的典型水样;使用贝叶斯逐步线性判别分析建立地下水各子系统水化学判别模型(判别函数),并对随机检验样品进行判别归属和判别模型统计检验。结果表明:这是一种稳定性较好且切实有效的、适用于矿区地下水系统水化学分类及水源水化学判别的方法。     

ANN技术在岩溶地下水可开采量评价中的应用——以山西晋祠泉域为例

以晋祠泉域为例,分析该泉域水文地质特征。应用神经网络技术(ANN)建立泉域内县代表性的难老泉岩溶地下水位与各种补排项之间定量数学模型,对该泉域地下水可开采量进行了评价。研究结果表明,所建立的岩溶地下水位多因素神经网络模型具有较好的拟合精度,仿真程度较高,所得到的地下水可采资源量评价结果与该地区地下水开发利用实际情况较为一致。同时,还计算了不同降雨条件下地下水的可开采量,使其对地下水的开采规划更具有指导意义。     

GIS在地下水资源评价中的应用——以河西走廊黑河中游为例

本文以河西走廊黑河中游八灌区为例,利用ESRI公司的MapObjects开发的河西走廊水文地质信息系统(HXSIS)为平台,具体阐述了研究区内地下水均衡计算、地下水数值模拟、地下水资源评价及合理配置等与GIS的有机结合,对于改善地下水勘查的工作效率,提高水资源计算与评价精度,达到对水文地质实体的准确认识,分析河西走廊地下水资源开发利用潜力,评价与地下水资源开发利用有关的地质生态环境问题,具有重要的实际意义。     

矿井突水水源判别的ESN正则化模型

针对标准回声状态神经网络（ESN）因病态解而导致水源判别模型准确率低,精度差的问题,提出了将6种正则化方法与ESN神经网络相结合,并应用于矿井突水水源的判别,与标准ESN模型的判别结果进行对比分析。结果表明:ESN模型易出现过拟合问题,判别准确率只有49%~88%;而采用阻尼最小二乘奇异分解法（DSVD）与广义交叉验证法（GCV）相耦合的正则化方法能够较好的解决模型病态解问题,使模型的准确率提高到100%,最佳判别精度比标准ESN模型提高了64%,稳定性提高了61%;且该方法对不同规模的储备池结构表现出较强的适应性,不仅简化了模型的映射关系,提高计算效率,还增强模型的泛化能力。因此,基于GSVD_GCV正则化的ESN水源判别模型可作为一种快速有效判别矿井突水来源的新方法。      

太湖流域典型平原地区浅层地下水脆弱性研究

以太湖流域典型平原地区苏州市为例,结合研究区水文地质特点,选取浅层地下水水位埋深等6项参数作为评价因子,建立基于墒权的浅层地下水脆弱性评价DRITuTmE模型。将评价模型与GIS技术相耦合,形成研究区浅层地下水脆弱性分区图,并进行研究区浅层地下水脆弱性评价。评价研究结果表明：所建立的评价模型避免了人为因素的干扰,能够真实地反映苏州市浅层地下水脆弱性程度。     

山东省地下水资源及其潜力评价

通过对山东省水文地质条件、地下水赋存特征、地下水开采现状及其动态特征进行系统研究的基础上,计算评价了全省地下水天然补给资源量、可开采资源量、开采程度和剩余可开采资源量。论述了地下水开采资源潜力的计算评价原则和判别标志,确定了全省主要的地下水资源潜力分布区。     

基岩岛屿地下水流场数值模拟研究

岛屿是我国领土的重要组成部分,对国家安全和国防军事意义非凡。岛屿的地下水资源尤为珍贵,地下水流场模拟是研究地下水分布规律的重要手段。水文地质条件复杂、可利用的观测井较少等原因,造成了基岩岛屿水文地质模型概化精度不高、初始条件难以获取等问题。为克服基岩岛屿地下水流场模拟的诸多困难,将珠海外伶仃岛作为研究区,利用数字高程模型数据开展地质地貌建模; 利用探地雷达法、直流电法与地质分析对岛屿进行探测,获取了地层数据; 采用地下水遥感评估法,利用实测井位数据,确定了地下水的初始水位,进而对基岩岛屿地下水流场进行建模; 最终,通过对外伶仃岛地下水流场的数值模拟得出地下水模拟流场图。岛上多个测点的探测水位值与模拟水位相关性较好,其拟合优度R²为0.872 2。由此可见,综合遥感、物探、水文地质手段等技术方法获取的数据,采用地下水模拟软件或程序实现基岩岛屿地下水流场的数值模拟,是基岩岛屿地下水资源研究的一个有效方法。     

地下水系统整体拟合的构思及其建模的操作性分析

在建立地下水系统定量模型中,为了提高模型的仿真度和可靠性,提出了地下水系统整体拟合的构思,并对此进行了系统的定性分析。初步探讨了地下水系统整体拟合的理论基础及其建模的操作性,还展望了地下水系统整体拟合的研究方向。     

水文地质数值模拟的拟合问题

数值摸拟的核心问题是拟合。拟合是以正确理论为指导,通过模型制作和调试不断检验理论预想效果,修正错误和探索未知,使主观认识向客观实际逼近的理论思维模式、探索路线和研究方法。拟合的一个重要任务是排除多解性。能否排除多解性取决于拟合的约束条件是否充分。如果研究者有良好专业素养,对水文地质条件定性认识较清楚,又取得了基本定量数据,以这些已知条件作全面约束进行拟合,就能求得模型近似的唯一解。否则不能保证排除多解性。水位拟合精度是识别模型的重要标志,但只有在排除多解性的前提下才有意义,所以不是唯一标志。还要看其它约束条件是否充分。     

基于有限差分法的康滩水源地地下水资源评价

基于康滩水源地水文地质条件分析的基础上,概化含水层水力特征、垂向、侧向边界,依据水文地质概念模型建立地下水数学模型。经过水位拟合检验和水均衡验算,说明含水层结构、水文地质参数的确定、边界条件的概化等处理较为合理,所建立的地下水数学模型能够较为真实地反映研究区地下水系统的实际情况。本次模拟结果的总补给量为3.780 3万m~3/d,总排泄量为3.86万m~3/d,均衡差为-0.079 7万m~3/d。呈现微弱负均衡。     

干旱,半干旱地区水文地质研究现状

世界上近一半的国家都不同程度地受到干旱问题的影响,因而干旱、半干旱区的水文地质研究多年来一直是世界水文地质学界的研究热点。本文根据几年来所阅读的关于该方面的近百篇国内外文献资料,对干旱和半干旱地区地下水开发利用概况、地下水形成机理研究进展、干旱区大型盆地地下水运移所采用的两种模型、环境同位素技术在干旱区地下水研究中的应用、地下水流系统研究进展、地下水数值模拟及管理模型现状、干旱区包水带水文地质研究     

利用信息理论装置组织地下水监测

本文旨在探讨复杂自然．技术系统（生态—地质，生态．水文地质，等）的监测问题。监测概念包括用于研究和预报目标状态的观测系统和信息搜集系统，其目的作出调整这种状态到最佳的管理决议。此外，赞成В．H．IIIecTaXOB的观点，即地下水监测的模拟定位是组织地下水监测的主要方法原理之一。该方法是指观测网的最佳布局，它可以不断确定和校正预报模型，提高其可靠性和精度。[第一段]