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。     

地下水流模型识别的分步解法

地下水流模型识别问题是综合的水文地质分析与计算过程,但常常被片面理解为反求水文地质参数问题,这种片面的认识大大妨碍了对水文地质条件的认识及对水文地质过程的理解,并由此导致一些不应有的错误结论。简要论述了地下水流模型识别的概念及问题类型,利用模型分解的方法指出地下水流模型的识别可分2步完成:一是利用附加水头场(或附加降深场)求参数;二是利用初始水头场确定边界条件及源汇项。除参数外,源汇项、初始条件、边界条件也是地下水流模型识别的重要内容。     

松散承压含水层水文地质参数分区及水流场数值模拟

为了揭示华北型煤田松散承压含水层水文地质参数及其对地下水流数值模拟的意义,以安徽淮北煤田宿南矿区祁东煤矿松散层承压第四含水层(简称“四含”)为研究示范,对多个影响因素综合分析,采用层次分析-模糊综合评价法,对研究区四含水文地质参数进行分区,合理确定各分区的水文地质参数,并用于采煤情景下地下水流动态数值模拟。数值模拟结果表明：祁东煤矿2008-2012年浅部煤层开采过程中四含地下水流场没有明显改变,但南北分区水头差逐年增大,地下水流向始终从南向北,而且在井田北部水力梯度逐渐减小,在井田南部水力梯度逐渐增大,南北区以倾角为60°~70°、断距为10~320 m的魏庙断层为分界线,基岩中大倾角与大落差断层的出现是引起上覆松散承压含水层水力梯度异常的根本原因。     

水文地质参数识别的快速和谐搜索算法

将一种新的启发式和谐搜索算法(harmony search algorithm,HS)引入到水文地质领域。在对其音节调整步骤进行改进的基础上,提出快速和谐搜索算法(Fast harmony search algorithm,FHS),并将FHS算法与MODFLOW结合,用于水文地质问题的参数识别。算例研究表明,FHS算法较其他多种算法具有更强的全局搜索能力、更快的收敛速度及求解精度,可用于地下水数值模型的参数反演。     

地下水水质预测中GM（1,1）模型参数的简易识别法

本文导出了ＧＭ（１，１）模型参数识别的一种新方法。实践证明，该法具有计算简便，精度高的特点。     

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。     

基于地下水流数值模型的改进DRASTIC方法

地下水脆弱性评价作为地下水资源保护和地下水开发利用规划的一个重要工具,被广泛的应用于实际工作中。尝试利用地下水数值模型为改进的DRASTIC方法提供数据支持,并以北京市平原区为例探讨地下水脆弱性评价方法。评价结果与传统方法在高值区和低值区具有很好的对应性,而基于模型的方法在地下水水位计算、含水层介质和水力传导系数确定上较传统方法更具优势,如地下水位的计算上较传统方法更为客观地体现含水介质对地下水运动的影响,且能够方便地获得模拟期内任意时间的流场数据;经由模型调试后的含水层参数数据,较传统方法更为准确。评价结果分区之间的变化较传统方法更为平滑,更符合水文地质条件渐变的特性。     

水文地质参数识别的连续禁忌搜索改进算法

水文地质参数的正确与否是构建地下水数值模型的根本,而参数寻优结果很大程度上取决于优化算法的选择。禁忌搜索算法是一种广泛应用于组合优化问题的启发式全局寻优算法,但在连续函数优化领域应用比较少。基于上述考虑,本文首先引入求解连续函数优化问题的连续禁忌搜索算法并对其进行改进,进而提出一种连续禁忌搜索改进算法(ICTS),最后将其与地下水模型耦合进行水文地质参数识别。算例研究表明,ICTS算法较其他算法(CTS,SGA,Micro-GA,PSO)求解效率提高1.87～4.64倍,求解精度提高1.08～12.86倍。因此ICTS算法在参数反演计算中求解精度高、收敛速度快、寻优性能强,是一种值得推广的水文地质参数识别方法。     

地下水流系统确定—随机性数值模型研究

本文从地下水系统的确定性和随机性特点出发，提出了地下水流系统确定－随机性数值模型。该模型可用于地下水流系统参数估计、状态预测以地下水位观测网优化设计。     

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。     

"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。     

新安江模型中河网汇流参数Cs的一种计算方法

新安江模型河网汇流参数Cs主要取决于河网形态及地貌特征规律,针对PUB（Prediction in Ungauged Basin）问题,从物理机理分析的角度,构建描述河网汇流动态变化的微分方程并给出适当的定解条件,用解析法得出微分方程的解,从而探索出在无实测水文资料地区适用的Cs计算方法。选取中国湿润地区和半湿润地区25个流域,统计并分析了各流域次洪模型的Cs计算值和率定值。结果表明,从总体来看计算值和率定值基本上相等;不论流域是否分块,提出的Cs计算方法均适用;当其他参数保持不变,虽然Cs取计算值时所得到的次洪模拟结果略逊于取率定值的模拟结果,但误差在可接受的范围之内,也能取得良好的模拟效果;如果令Cs取计算值,再重新率定其余的各项参数,能够使模拟精度得到进一步提高。采用该法可推求无实测资料地区的汇流参数Cs值,使模型在无资料地区的应用成为一种可能。     

大区域地下水流数值模拟研究现状及存在问题

在分析大区域地下水流数值模型构建缘起的前提下,系统论述了近年来地下水流数值模拟在大区域地下水资源评价、水文地质参数确定、地面沉降、溶质运移、海水入侵、盐渍化、风险评估、地下水管理及地表水与地下水的联合开发利用等方面的国内外研究应用现状;归纳、总结了目前大区域地下水流数值模型在灵敏度分析、裂隙和岩溶介质中模型建立、基于地下水流数值模拟的溶质运移模型建立、地下水流数值模型构建所需工作量等理论和方法研究及实际建模过程中存在的一些问题;展望了今后大区域地下水流数值拟在研究范围、模拟技术与方法以及与其它模型耦合等方面的发展趋势。     

井孔-含水层系统数值模拟方法研究进展

目前"井孔-含水层"系统处理的三种主要方法:基于线汇理论的井孔模拟、高渗透系数法和渗流-管流耦合模型,评述了各种方法的优缺点,重点指出了传统线源(汇)法理论上的缺陷及实际应用中的局限性。概括了MODFLOW,TOUGH2,FEFLOW等地下水数值模拟软件对井孔含水层模拟的方法;应加强井周小尺度水流水质的精细研究,并研究井周水流运动对水质的作用,以及对大尺度地下水模拟的影响。     

武汉长江底钻孔同位素单井法地下水流速、流向测试

本文论述了在武汉市长江底部第四纪孔隙含水层中用单井稀释法测定地下水流速、流向实验的过程和结果。并对在这种试验条件下所得的测定结果进行分析讨论,得出了相应的结论。测试结果表明:武汉长江底部JC II 6号钻孔处地下水流向从上到下都受到地表长江水流的影响。上部受到影响大,而深部较弱,地下水流向从上到下逐渐向东偏转35°左右。上部中细砂层中的地下水流速,大于下部粗中砂层中地下水流速。本次测试由于测定点靠近江心地下水排泄带,其地下水和地表水的水头差0 5m左右,试验虽然采取了特殊的施工工艺,也还可能受到垂向流的微小影响,使测试结果中的水流速度比实际地下水水流速度可能要稍偏大些。但因本点水文地质条件决定了三段之间或地下水流和江水之间无明显的水头差,所以引起的误差不大,可以忽略不计。     

非线性问题的数值解法在求解水文地质参数中的应用

本文通过反映不同类型地下水运动规律的微分方程的讨论,得出地下水的运动是复杂多变的,基本属于非线性问题。其水文地质参数的求解,只有采用数值解法和电子计算机结合的途径,才是最准确、最有效的方法。     

月表撞击坑形成过程数值模拟理论与方法

数值模拟是研究撞击坑形成过程的一种主要方法,尤其是认识撞击坑形成机制的重要手段。撞击坑形成过程数值模拟的基本原理是用离散方法描述物质在高速撞击作用下的运动及状态,在模拟中首先将物质与空间划分成离散的网格,在每一次迭代计算中逐步求解各个网格的形变、运动与状态改变的规律。牛顿运动定律、物质的连续体模型与热力学方程是撞击坑形成过程数值模拟的理论基础,牛顿运动定律以偏微分方程的形式贯穿在离散化的网格空间中,物质的连续体模型将物质的屈服强度与破裂、温度、孔隙、振动等联系起来,而热力学方程则通过其他热力学参数计算网格单元内物质的压强与物质所处的状态。     

Application of the representer method for parameter estimation in numerical reservoir models

A data assimilation method was applied to estimate poorly known parameters (permeabilities) in a numerical reservoir model. Most variational methods for data assimilation are based on the assumption that the model is perfect except for the poorly known parameters. The representer method allows also for model errors, i.e. for uncertainties in the state variables (pressures and saturations). The method is based on minimizing a cost functional, assuming all the errors and parameters to be multivariate Gaussian random variables with given mean and covariances. The uncertain parameters and variables are expanded into a finite sum of basis functions called representers, and the gradients of the cost functional are obtained with an adjoint method. This approach gives an optimal parametrization in the sense that the final result is equal to the solution of the full inverse problem. The method was tested on a simple one-dimensional model to simulate two-phase (oil-water) flow through a heterogeneous reservoir. The results show that the method is able to provide an acceptable estimate of the permeability field. We used pressure measurements from a small number of observation wells in between the injection and production wells, but the representer method could be used equally well to assimilate data from other sources. The method appears to be a promising data assimilation tool for applications in reservoir engineering.     

岩土流变数值计算中一些问题的探讨

针对黏弹性组合模型中的两类参数,即拉压模量和拉压黏性系数以及剪切模量和剪切黏性系数在数值反分析和正分析应用中存在的概念模糊,以及转换不合理等一些问题,首先分析了这两类参数概念上的差异,接着从理论上建立了拉压模量和拉压黏性系数（常体积模量假设下广义Kelvin模型）到剪切模量和剪切黏性系数之间的转换关系,并通过一个算例,从正分析和参数反演两个角度,对这些问题进行了探讨,给出了产生这些问题的内在原因。最后,提出了解决这些问题的可行性措施,并指出这一解决措施也同样适用于其它假设情况。