用Hooke-Jeeves方法进行水文地质参数寻优的研究

模型验证阶段的水文地质参数调整一直是地下水数值模拟过程中的关键步骤。传统的参数调试方法如试估—校正法既需要大量的时间，又必须凭借经验进行人工干预。这对于本就缺少经验的人来说是无法逾越的难题。因此前人研究了包括单纯形等多种自动优化方法来反求水文地质参数。本文采用的Hooke-Jeeves法是一种算法简单，便于使用的优化方法，它避免了单纯形法必须先形成一系列单纯形顶点及通过形心寻优的麻烦，而是根据误差下降趋势直接寻优获得结果。方法首先将反求水文地质参数问题简化为一无约束优化问题，最终运用Hooke—Jeeves方法对问题进行求解，是一种简单且实用的方法。     

鄂尔多斯白垩系地下水盆地水文地质概念模型

水文地质概念模型是地下水模拟与水资源评价的基础。为了构建地下水数值模拟模型,以鄂尔多斯白垩系地下水盆地为研究对象,以丰富翔实的勘查资料为依据,从白垩系地下水系统边界条件、水文地质结构、水流系统、水文地质参数、源汇项等方面进行概化,联合采用ArcGIS、RS、GMS同位素、基流分割、地质统计学、随机模拟等技术方法,建立了一组水文地质概念模型及其相应的空间离散表达,并讨论了地下水模拟面临的问题与发展趋势。     

用Hooke-Jeeves方法进行水文地质参数寻优的研究

第1期滇西昌宁—孟连带南部孟连—曼信地区晚古生代地层若干问题………………………………………………王义昭(1-黑龙江嘉荫地区古近纪早期古气候分析……………………………………………………………………全成,张林(10-1华北地块东部晚中生代至新生代岩石圈不均一减薄与改造模式………………………………………闫峻,陈江峰(16-2琼北全新世火山区熔岩流流动速度的恢复与火山灾害性讨论………………………………………………………………………………………………魏海泉,白志达,李战勇,孙谦,樊祺诚,史兰斌,张秉良,徐德斌,胡久常,肖劲平,卢永…     

延迟给水含水层水文地质参数的探讨

在地下水的开发利用中,特别是农业上的开发利用,往往同有延迟给水的无压、半无压含水层打交道(以排水为主的引外来水灌区尤其如此)。因此,弄清影响延迟给水的因素及相互关系,确定其水文地质参数有着实际的必要性。抽水试验是确定含水层水文地质参数最有用的方法之一。这里,我们将探讨利用抽水试验确定有延迟给水的无压、半无压含水层的水文地质参数的有关问题。     

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。     

利用测井法确定水文地质参数的探讨

目前水文地质测井资料主要用于确定含水层和隔水层的厚度、位置以及划分地层,指导成井,利用率较低。若能利用测井资料计算水文地质参数,就大大地提高了其利用率,达到事半功倍的效果。下面就我队对测井资料的综合研究程度做一些探讨。     

基于西原模型的变参数蠕变方程

岩石材料的蠕变具有明显的非线性特征,在蠕变模型中考虑蠕变参数随应力、时间等因素而变化是解决非线性蠕变问题的方法之一。试验已经证实,应力、时间及渗流等外部条件会引起岩石某些力学参数的改变,因此,将蠕变参数视为变量符合岩石材料的本质属性。以西原蠕变模型为基础,研究了各蠕变参数与应力及时间的关系。根据试验结果,通过非线性最小二乘法从蠕变试验数据中求出不同应力作用下不同时刻的各个蠕变参数,再根据参数随应力、时间的分布规律经非线性拟合得到各蠕变参数与应力及时间的表达式,进而可得到变参数的蠕变方程。蠕变参数的变化是岩石非线性特征的充分体现,从损伤力学的角度来讲,蠕变参数的变化反映了岩石内部损伤不断加剧、累积,材料特性不断劣化的演变过程。     

灰色系统与神经网络组合模型在地下水水位预测中的应用

灰色GM(1,1)模型与人工BP神经网络对于预测非线性数列变化趋势都具有很好的适用性,但同其他预测方法一样也存在各自的局限性。本文采用灰色GM(1,1)模型与人工神经网络相结合的方法,对GM(1,1)模型预测结果进行了修正。以收集到的某地区1996～2006年的地下水水位埋深数据为算例,计算结果表明,经人工神经网络修正后的灰色系统的预测值比原预测值的预测精度有了很大提高。     

A time-series analysis framework for the flood-wave method to estimate groundwater model parameters

The flood-wave method is implemented within the framework of time-series analysis to estimate aquifer parameters for use in a groundwater model. The resulting extended flood-wave method is applicable to situations where groundwater fluctuations are affected significantly by time-varying precipitation and evaporation. Response functions for time-series analysis are generated with an analytic groundwater model describing stream–aquifer interaction. Analytical response functions play the same role as the well function in a pumping test, which is to translate observed head variations into groundwater model parameters by means of a parsimonious model equation. An important difference as compared to the traditional flood-wave method and pumping tests is that aquifer parameters are inferred from the combined effects of precipitation, evaporation, and stream stage fluctuations. Naturally occurring fluctuations are separated in contributions from different stresses. The proposed method is illustrated with data collected near a lowland river in the Netherlands. Special emphasis is put on the interpretation of the streambed resistance. The resistance of the streambed is the result of stream-line contraction instead of a semi-pervious streambed, which is concluded through comparison with the head loss calculated with an analytical two-dimensional cross-section model.     

A risk evaluation model for karst groundwater pollution based on geographic information system and artificial neural network applications

The risk analysis on karst groundwater pollution is a research hotspot in current international hydrogeological field as well as the premise of preventing and controlling groundwater pollution. According to the characteristics of groundwater pollution in the typical study area, the study selected main-control factors of risk evaluation on karst groundwater pollution in mountainous areas at first. Based on this, the research determines the method for quantifying the factors and established a risk evaluation index system for karst groundwater pollution. To overcome drawbacks of the method for determining weights of factors in traditional evaluation method, the study determines the structure of the artificial neural network model by combining the selected evaluation factors. And also, the weight coefficients of evaluation factors on each layer are calculated. On this basis, the model for evaluating the risk of karst groundwater pollution is established. Moreover, the risk zoning evaluation map of groundwater pollution in the typical study area is prepared after conducting the weighted stacking of various sub-layers using the geographic information system. The method applied in the study can comprehensively and objectively reflect that the groundwater pollution is controlled by multiple factors and reveal the nonlinear characteristic of the pollution process. Additionally, the evaluation result is institutive and visible, which can provide a certain basis and reference for relevant researches.     

基于地下水渗流方程的三维地面沉降模型

针对地下水抽取引起的大面积地面沉降的问题,提出了一种计算方法。该方法基于饱和与不饱和岩土介质中地下水渗流理论,计算出三维状态下的大面积地面沉降。提出的方法被结合到地下水渗流的三维有限元法分析中,计算时考虑了地层的可压缩性,并被用来分析软土的固结,将该法与太沙基理论及固结试验的结果进行比较,结果表明其误差小于2 %。该法还被用来分析单井抽取承压地下水引起的周围地基的沉降及承压水层由于挡水板的阻断作用而引起的下游侧的地基的沉降。     

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。     

基于GIS的地下水信息管理系统分析

GIS支持下的地下水信息管理系统开发是当前水资源管理研究的热点之一，它能够根据用户的触发指令，借助基础软件和特定的功能模块，将离散的数据整合为符合用户需求的知识信息以辅助决策。通过对地下水信息的内容、组成及其特征的分析，刻画了系统内部的数据流、信息流和知识流。在分析系统用户类型及层次的基础上，抽象出系统用户一功能规约表。基于对开发原则、开发工具和开发模式的分析和讨论，给出一种可行的基于GIS的地下水信息管理系统逻辑模型。     

基于参数反演的边坡地下水渗流数值模拟

渗流是影响岩土工程边坡稳定性的重要因素,对不同工况下岩土体边坡地下水渗流规律进行数值模拟,弄清其动态变化规律,对于边坡稳定性分析、支护设计、工程防排水措施的制定等都有重要的意义。以龙滩水电站左岸进水口边坡为研究对象,通过免疫进化规划算法,得到了边坡岩体渗流场参数。在此基础上,对洪水期、枯水期情况下地下水渗流状态进行了数值模拟,通过对比分析,研究了不同河床水位情况下地下水渗流变化规律,从而为边坡稳定性预测奠定了理论基础。     

基于地下水压力波传播过程的泉水流量灰色系统模型

根据岩溶地下水的运动特征,提出了岩溶地下水压力波形成与传播的概念模型,运用灰色系统理论建立了岩溶地下水的水文模型,包括泉水流量对降水量水力响应时间的求解方法及泉水流量对降水量的响应模型,并以山西柳林泉为研究对象,建立了泉水流量对泉域内不同区域降水量的水力响应时间求解模型。结果表明,泉域南部岩溶裸露区的水力响应时间为1年;泉域北部岩溶覆盖区的水力响应时间为7年,所得结论与泉域地质构造一致。基于南、北二区的水力响应时间,建立了带有时滞的描述泉水流量与降水量关系的GM(1,3)模型,模型回代检验的平均误差为6.05%;模型预测检验的平均误差为12.19%。研究证明,岩溶地下水的运动过程是压力波的形成与传播过程,泉水流量是地下水系统对大气降水的响应;水力响应时间是反映岩溶地下水压力波特性的主要参数,通过它可以实现对岩溶地下水过程的定量化描述和含水层的非均质性识别,基于岩溶地下水压力波传播原理建立的泉水流量对泉域内降水的响应模型可以比较准确地模拟泉水流量,为岩溶地下水资源的开发利用和保护提供了基础资料。