地下水数值计算与应用研究进展综述

地下水数值计算是研究分析地下水各种问题的重要手段。文中对近年来地下水数值模拟计算相关方法研究进展、地下水数值模拟工作程序的方法论、地下水数值模拟的参数反演方法、国际流行的地下水数值模型及软件平台、目前国内地下水数值模型的相关应用等几个方面进行了综述,力图从相对全面的角度认识当前地下水计算技术的发展。在回顾地下水以上研究进展的基础上,对现代信息技术在地下水数值计算技术中的积极促进作用、地下水更深入和复杂规律的研究、地下水研究与其他学科之间的综合集成和协同互补等发展趋势进行了探讨,为相关研究人员提供一定的参考。     

改进的遗传算法在地下水数值模拟中的应用

地下水流数值模拟中的模型识别问题，可以转化为函数的最优化问题。鉴于遗传算法的特点，将之引入到地下水流数值法中，用以解决地下水数学模型的识别问题。在建立地下水数值模拟中模型识别问题的是优化模型后，采取将最优化模型中的目标函数嵌入到遗传算法适应度函数中的方法，实现遗传算法与地下水流数值法的耦合。基于优化模型和遗传算法的运算过程，编写计算程序，实现地下水数学模型的自动识别。根据在珲春盆地地下水资源评价实例中应用得到的结果，信纸证了改进的遗传算法在地下水数值模拟中应用的可行性与有效性。     

新疆乌苏市地下水资源可利用量计算中数值法的应用分析

随着计算机电子技术发展进步,利用模拟计算软件,可以完成地下水资源量计算中复杂、不规则、模糊的计算问题。使用不同的计算方法,根据实际地质情况和计算需求情况构建合理的模型,对地下水资源概况进行评价。结合乌苏市地下水数值分析计算实例,对数值法的应用进行了分析。     

地下水资源数值法计算技术要求：行业标准介绍

地下水资源数值法计算技术要求作为一部行业标准,提出了应用数值法进行地下水资源计算中的资料、水文地质条件的概化、数值模型的建立、地下水预报、地下水均衡计算和应提交的成果等技术要求,满足了地下水勘查和地下水资源评价的需要。     

新疆某水源地开采方案的数值评价方法

本文应用二维流地下水数值模型计算方法对某水源地地下水水位进行开采预测,介绍地下水数值模型的建立和评价过程,从而为拟建水源地正确确定开采方案提供科学依据。     

北京市大兴新城水源地保护区划分

北京地下水资源持续超采,已出现水资源枯竭和浅层地下水大面积污染问题,建立饮用水源地保护区是保护地下水水源的有效手段。本文应用数值模拟法和公式法,对北京大兴新城水源地保护区进行划分。考虑大兴水厂所在地水文地质条件,分别对第四系和基岩进行保护区划分,对不同分区进行叠加,得出水源地保护区范围。通过两种方法计算出的保护区面积相差不大,但是数值模拟法计算出的二级保护区面积比公式法计算的结果小5.5km2,主要因为公式法计算时没有考虑地下水含水层边界条件和岩溶地下水富水性不均一等因素,而数值模拟模型在水文地质条件的基础上进行水源地保护区划分,比较符合水源地所在区域实际的水文地质条件。通过对划分结果的对比和分析可以看出,公式法划分水源保护区的方法简便易行,但是概化结果与实际地质条件差异较大。数值模拟法对含水层结构和水文地质条件的概化相对客观、详尽,但是该法应用过程较复杂。在实际划分水源保护区的工作中,应将公式法和数值模拟法结合应用。     

地下水污染物运移数值模拟研究及应用综述

地下水污染已成为当今全球关注的严重环境问题之一。研究地下水污染物运移数值模拟技术,对于保护地下水环境具有重要的理论研究意义和重大的应用价值。介绍了主要的地下水数值模拟方法及常见的软件平台,综述了地下水数值模拟在污染物运移中的研究与应用现状,分析了存在的问题,并对未来的应用前景进行了展望。     

数值法对水文地质勘探工作的要求

数值法应用于水文地质计算是一种新方法。它以地下水非稳定流理论为基础,从整个计算区域的水文地质条件出发,建立能表明计算区域的地下水运动规律的数学模型,用计算机求出数值解。数值法作为一种新的地下水计算方法,就要有新的水文地质勘探方法相适应,提出相应的水文地质资料。稳定流抽水试验是以裘布依公式为基础进行地下水计算、评价,而不计     

基于MODFLOW在地下水资源评价的应用现状和未来展望

地下水数值模拟软件在我国地下水资源评价中发挥了重要作用,而Visual MODFLOW是目前公认的应用最广最标准的可视化专业软件。介绍MODFLOW的发展历史、功能特点及其应用模块等。目前评价地下水资源的最常用方法是数值法,并说明该方法的应用步骤。阐述软件在国内外对地下水资源评价方面的应用现状,提出存在的问题,指出与GIS密切结合、同多学科耦合是今后地下水系统数值模拟的重要课题。     

基于改进White方法的地下水蒸散发研究

在依赖地下水的植被广泛分布的干旱半干旱地区,蒸散发是地下水排泄的主要方式,因而准确计算地下水蒸散发量,对地下水资源评价具有重要意义。目前水量残差法、地下水极限埋深法和地下水水位日动态法可以用于计算地下水蒸散发量,由于地下水动态信息容易获取,长期以来得到广泛关注。分析了利用地下水动态信息的White方法在计算地下水净补给量方面的不足之处,提出了改进的White方法,即利用相邻两天地下水位上升段的平均斜率计算地下水的净补给量,并利用数值模拟方法对改进的White方法的计算精度进行了评价,表明改进后的方法较原始方法精度提高了16%。最后利用苏贝淖流域实测的地下水动态数据,采用改进的White方法计算了地下水蒸散发量。研究成果对干旱区水资源可持续开发利用具有一定的科学意义和应用价值。     

地下水数值模型三维可视化研究

探讨了利用OpenGL技术实现含水层三维可视化的原理和方法,基于地下水数值模型的有限元三角网格和含水层顶底板信息,构建含水层三维实体模型,并将地下水数值模型计算结果通过三维表面动画的形式进行动态显示。本项研究为全方位、多视角地展示地下水系统进行了有益的尝试,将三维可视化技术成功地应用到地下水模拟研究。      

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。     

数值法在卡莫亚矿区水源地地下水补给资源量计算中的应用

卡莫亚矿区位于刚果(金)东南部的加丹加高原,区域水资源比较匮乏,为解决矿山供水问题,寻找满足矿山正常生产用水的供水水源地,在对矿区水源地水文地质条件综合分析的基础上,分别采用断面法及数值法对供水水源地地下水资源进行评价。重点对数值法进行详细论述,通过对边界条件、含水层及地下水流动状态进行概化,建立水源地的水文地质概念模型,运用Visual MODFLOW数值模拟软件建立地下水数值模拟模型,通过均衡分析计算,最终计算获得区内地下水补给资源量为13 551.89 m3/d。与采用断面法计算的结果 13 328.81 m3/d相比较,两种方法计算结果基本吻合,而数值法在计算过程红充分运用了群孔抽水资料进行模型识别,结果相对合理,因此计算结果以数值法为准。     

MATLAB在地下水数值模拟中的应用

讨论从Matlab编程、PDE工具箱及Matlab提供的特殊函数这三方面来阐述Matlab在地下水数值模拟前处理、计算求解、后处理中的应用。运用Matlab解决地下水问题更加简洁直观,可大大减少工作量,提高编程效率。     

MODFLOW和FEFLOW在国内地下水数值模拟中的应用

数值模拟是研究地下水资源问题的主要手段。介绍MODFLOW和FEFLOW这两款地下水数值模型在国内地下水模拟中的应用,比较分析二者在基本原理、模型特点、以及应用领域等方面的差异,提出地下水数值模型的发展趋势。     

基于数值模拟的区域性地下水补给过程实例研究

研究主要目的是以数值模拟的方法,再现选定的研究区域20世纪70~90年代地下水位处于较低水平的过程并推求地下水的补给过程。研究区为某流域入海口前10×12km2的矩形区域,基于研究区土层纵断面的物理条件,在平面二维的基础上,考虑含水层垂向水收支成分,利用地下水计算的基本方程式开发地下水准三维数值计算模型,以数值模拟的方法验证模型效率。对地下水位数值模拟的结果表明,模型效率可以达到80%以上。基于1966~2005年的数值计算结果,推求了研究区各含水层的补给过程。研究结果可为区域性地下水数值模拟技术及地下水资源量的评估等研究提供方法上的借鉴。     

大连水师营地下水初始水位的计算及地下水流场的预测

利用对偏微分方程逆问题的数值求解,给出了由一组抽水产测水位值计算地下水初始水位以及由二组抽水井实测水位值估算总补给量的方法。在此基础上建立了对地下水流场进行预测的数值方法。并对水师营地下水流场进行了预测,其预测结果与实测值基本吻合。此方法可在类似地下水资源评估和地下水流场计算中推广应用。     

基于VTK的地下水数值模拟三维可视化开发应用

本文应用Kitware公司Visualization Toolkit(VTK),开发地下水数值模型可视化建模及数据处理的三维可视化方法.利用美国地质调查局三维地下水数值计算模型MODFLOW的数据,构建VTK类库定义的vtkStructruredGrid、vtkUnstructuredGrid及vtkPolyData数据集类型对象及VTK流水线.以河南省安阳市小南海泉域地下水可视化模拟系统开发为例,实现图像绘制、等水头线生成、筛选及剪切交互处理.     

基于RS的鄂尔多斯北部盆地地表蒸发量的计算

蒸发是鄂尔多斯北部盆地地下水排泄的重要途径,是水资源评价中的一项重要内容。为了计算鄂尔多斯北部盆地的蒸发量,为地下水数值模型的建立提供参数,采用了遥感方法计算蒸发量。应用美国国家海洋与大气管理局的NOAA/AVHRR卫星图像数据,根据SEBS模型计算了研究区的日蒸发量,并用气象站的蒸发观测数据对遥感计算结果进行标定,得到全年的蒸发总量。这种方法使遥感计算蒸发量由科学研究向应用前进了一步。     

基于数值模拟的浅层地下水资源论证

运用数值模拟软件对户县涝渭水源地潜水含水层进行分段模拟开采,并结合分段比选法在设计要求下对布井方案进行分段比选,确定整个水源地的最优布井方案。通过对水源地整体模拟开采,计算得出潜水含水层可开采量为76 800 m3/d,且最大降深未超过7 m,水源地地下水资源取得了较好的论证。通过实际应用看出:数值模拟方法在计算地下水可开采量方面具有易于计算、精度较高的特点,可提高小区域浅层地下水资源论证的质量。