基于仿生原理的粒子群算法求解江安校区水动力弥散系数

水动力弥散系数是研究地下水溶质运移的一个重要参数。为了解污染物在地下水中的运移规律,利用基于仿生学原理的粒子群算法,求解四川大学江安校区弥散试验场中的潜水含水层天然流场下的水动力弥散系数,并与最小二乘法和标准曲线对比法的计算结果相比较。研究结果表明,标准曲线法的计算结果受人为主观影响误差较大;最小二乘法计算结果与实测数据拟合较好,但计算过程相对复杂;粒子群算法的求解精度最高,计算更快,具有良好的收敛性,是一种可靠的求解方法。     

本钢郑家屯潜水含水层弥散试验研究

在本钢郑家屯潜水含水层中进行了弥散试验，以Ｃｌ＾－为示踪剂，瞬时投放，根据流场条件，建立了二维水质运移模型。利用标准曲线法进行处理，得到了各监测井处的弥散度，对该试验结果进行分析，得到了在试验范围内，多孔介质中水动力弥散度的变化。     

求解半无限长多孔介质柱体水动力弥散系数的一种最小二乘法

针对半无限长多孔介质柱体,一端为定浓度边界的水动力弥散反求参数问题,先用数值方法求解补余误差函数erfc（x）的反函数,再根据该问题的解析解,通过变量代换,构造一个基于解析解的最小二乘模型来反求水动力弥散系数。最后将该方法应用于一个实例,计算结果表明该方法比erfc（x）近似公式法、配线法、正态分布函数法等传统方法要好。     

地下水现场弥散试验参数计算

通过现场弥散试验测定浅层含水层的水动力弥参数,用有限分析法模型弥散试验场,为建立常滨州市浅 下水滨质运移模型提供依据。     

本溪郑家潜水含水层二维水动力弥散试验及其结果分析

以本溪郑家潜水含水层的弥散试验为例,对多孔介质饱水二维水动力弥散进行研究,得到弥散机理的两点新认识。     

地下水水质的数学模擬（三）——水动力弥散方程的解析解法及其应用

正 在第二讲中我们用空间平均方法导出了水动力弥散方程。由于它的复杂性,只有在极为理想的条件下才能求得解析解,一般的实际问题都要靠数值方法求解。尽管如此,研究水动力弥散方程的解析解法仍然是非常必要的,不仅各种数值方法要靠解析解进行检验和比较,而且我们还可以根据解析解的适用条件设计室内或野外试验,然后利用公式计算或配合标准曲线来确定水动力弥散系数。 水动力弥散方程的定解条件     

地下水水质的数学模擬(三)——水动力弥散方程的解析解法及其应用

在第二讲中我们用空间平均方法导出了水动力弥散方程。由于它的复杂性,只有在极为理想的条件下才能求得解析解,一般的实际问题都要靠数值方法求解。尽管如此,研究水动力弥散方程的解析解法仍然是非常必要的,不仅各种数值方法要靠解析解进行检验和比较,而且我们还可以根据解析解的适用条件设计室内或野外试验,然后利用公式计算或配合标准曲线来确定水动力弥散系数。 水动力弥散方程的定解条件     

地下水溶质运移数值模拟中减少误差的新方法

地下水中污染物运移的数值模拟方法一直是学界的研究热点问题.而如何减少与消除对流-弥散方程数值解中浓度陡锋面附近的数值振荡与数值弥散,更是研究的前沿与难点.提出了一种地下水溶质运移数值模拟中减少数值弥散的新方法.该方法的核心思想是在水动力弥散系数上加上一个数值弥散估算值,得到一个修正弥散系数,用其替代方程中有明确物理意义的水动力弥散系数进行计算.并提出了一个参数——数值弥散因子(μ_NDF),可以根据研究需要进行参数分区并适当调节该因子的大小,从而达到控制数值振荡,减小数值弥散的目的.从一维到二维的多个数值算例的模拟计算结果表明,该方法能在消除数值振荡的基础上,较好地减少数值弥散,达到满意的精度.     

长春西部串湖含水介质弥散试验及污染质运移研究

水动力弥散系数是建立地下水水质模型,进行地下水溶质运移研究的重要参数。在野外调查的基础上,设计并开展了室内二维水动力弥散试验,应用直线图解法确定了研究区含水介质的纵向、横向弥散系数。建立了该区地下水溶质运移模型,并对其进行了预测分析。     

小尺度含水层热量运移试验研究及热弥散效应评估

将小尺度含水层热机械弥散系数模型应用于对流弥散传热过程中,推导了该条件下对流弥散热量运移的解析解,结合试验进行验证,对含水层热弥散效应进行评估,结果表明,热机械弥散系数等于1×10-2 W/(m?°C)可以作为热弥散对温度场影响的临界点,从而将热机械弥散系数的分布划分为不可忽略的三角区域和可以忽略的多边形区域;明确了自然含水层结构条件下纵向热弥散度范围,从小尺度的热弥散研究结果来看,纵向热弥散度最大值为厘米数量级,它与野外大尺度条件下热弥散度的研究成果有着显著差异,表明热弥散尺度效应的存在,这将是进一步开展研究工作的方向。     

基于Python语言的瑞利面波频散反演实行方案

本文基于 Python 语言构建了瑞利面波频散反演工作流程:①通过pysurf96软件包实现水平层状模型的频散曲线正演;②建立描述频散曲线拟合度的目标函数;③利用scikit-opt软件包中的启发式算法实现频散曲线反演。提出并解决了调用函数过程中所遇到的问题,实验测试表明反演结果可靠,同时具备一定的计算效率。由此实现了搭建基于Python语言的面波频散反演地下层状结构研究平台,为其他研究者依靠开源软件进行反演运算提供了方法支持。最后,通过利用彭一波研究海拉尔盆地背景噪声时提取的频散曲线对地壳以及上地幔结构进行了反演,得到不错的效果。     

Predicting longitudinal dispersion coefficient using ANN with metaheuristic training algorithms

A reliable prediction of dispersion coefficient can provide valuable information for environmental scientists and river engineers as well. The main objective of this study is to apply intelligence techniques for predicting longitudinal dispersion coefficient in rivers. In this regard, artificial neural network (ANN) models were developed. Four different metaheuristic algorithms including genetic algorithm (GA), imperialist competitive algorithm (ICA), bee algorithm (BA) and cuckoo search (CS) algorithm were employed to train the ANN models. The results obtained through the optimization algorithms were compared with the Levenberg–Marquardt (LM) algorithm (conventional algorithm for training ANN). Overall, a relatively high correlation between measured and predicted values of dispersion coefficient was observed when the ANN models trained with the optimization algorithms. This study demonstrates that the metaheuristic algorithms can be successfully applied to make an improvement on the performance of the conventional ANN models. Also, the CS, ICA and BA algorithms remarkably outperform the GA and LM algorithms to train the ANN model. The results show superiority of the performance of the proposed model over the previous equations in terms of DR, R ² and RMSE.     

Bat algorithm for dam–reservoir operation

Optimizing reservoir operation rule is considered as a complex engineering problem which requires an efficient algorithm to solve. During the past decade, several optimization algorithms have been applied to solve complex engineering problems, which water resource decision-makers can employ to optimize reservoir operation. This study investigates one of the new optimization algorithms, namely, Bat Algorithm (BA). The BA is incorporated with different rule curves, including first-, second-, and third-order rule curves. Two case studies, Aydoughmoush dam and Karoun 4 dam in Iran, are considered to evaluate the performance of the algorithm. The main purpose of the Aydoughmoush dam is to supply water for irrigation. Hence, the objective function for the optimization model is to minimize irrigation deficit. On the other hand, Karoun 4 dam is designed for hydropower generation. Three different evaluation indices, namely, reliability, resilience, and vulnerability were considered to examine the performance of the algorithm. Results showed that the bat algorithm with third-order rule curve converged to the minimum objective function for both case studies and achieved the highest values of reliability index and resiliency index and the lowest value of the vulnerability index. Hence, the bat algorithm with third-order rule curve can be considered as an appropriate optimization model for reservoir operation.     

梯形断面明渠中纵向离散系数研究

基于最大信息熵原理,提出了一种确定梯形断面纵向流速分布的方法,研究了梯形断面明渠中流动横向不均匀和垂向不均匀对纵向离散的影响,建立了一个针对梯形断面明渠流动的纵向离散系数计算公式。公式将纵向离散系数与反映断面流速分布不均匀和壁面影响的参数建立联系,机理更加清楚,预测结果与其他学者相应的实验结果吻合良好,该方法理论推导过程严密,不依赖于特定的试验结果或实际测量资料,为梯形断面明渠的污染物混合输移过程中参数确定提供了有效的方法和途径。     

基于遍历搜索算法的水文地质参数优化求解

为了解决传统的Theis配线法在求参过程中无法利用全部抽水试验数据、手动配线效率较低、求参过程受人为主观因素影响较大等问题,利用抽水试验数据,以Theis公式和叠加原理为理论基础,以理论计算降深与实测降深的Nach-Sutcliffe效率系数值达到最大为目标函数,基于Matlab软件编程,再利用遍历搜索算法对导水系数（T）、贮水系数（S）在其对应范围内进行遍历,实现了水文地质参数的自动精确求解。将遍历搜索算法应用于2个抽水试验实例的水文地质参数求解,并与传统求参方法的计算结果进行比较分析。结果表明：利用遍历搜索算法求参的计算结果与传统求参方法的计算结果相近,表明利用遍历搜索算法求解水文地质参数有效可靠;2个抽水实例利用遍历搜索算法得到的参数对应的理论计算降深与实测降深的Nach-Sutcliffe效率系数值分别为0.996 5、0.970 8,且相比传统的求参方法而言更接近1.000 0,说明其拟合程度更好。     

一种高频面波频散函数的快速算法—改进的Abo-Zena法

作者在本文中首先介绍了改进的Anas Abo-Zena传递矩阵法面波频散函 数的计算问题。这是一种高频时稳定的算法，适用于一般地基勘查和无损检测的面波频散函数计算。其次，还讨论了用Monte Carlo法求解面波频散函数的问题。并用这种算法和Newton迭代法进行了对比，显示了对于Newton迭代法不能计算的速度逆转剖面（即层速度自上而下逐层减递），Monte Carlo法也适用。     

瞬态与稳态瑞利波法频散曲线等价性研究

简述了稳态及瞬态瑞利波测试系统和瑞利波相速度频散曲线的求取原理,指明了瞬态SASW法所得的频散曲线与稳态法结果等价的理论前提,提出了一种通过控制测试过程来改善SASW法测试效果的优化相干函数方法。     

新的瑞雷波多模式频散曲线反演目标函数

反演瑞雷波频散曲线能有效地获取横波速度和地层厚度,传统的多模式瑞雷波频散曲线反演需要正确的模式判别.然而,当地层中含有低速软弱夹层或高速硬夹层等复杂结构时,瑞雷波可能会出现"模式接吻"和"模式跳跃"等现象,这些现象极易造成模式误判,进而导致错误的反演结果;同时,传统的频散曲线反演方法需要进行求根运算,进而导致现有的瑞雷波非线性反演速度慢,运算时间长.鉴于此,对传统的Haskell-Thomson频散曲线正演模拟算法进行了改进,提出了一种新颖有效的目标函数.该目标函数直接利用实测频散曲线与迭代更新模型频散函数表面形状进行最佳拟合,无需将多模式频散数据归于特定的模式,可有效避免多模式瑞雷波频散曲线反演模式误识别;同时,该目标函数不需要求根运算,进而大大加快了非线性反演速度.基于粒子群优化算法,利用实际工作中经常遇到的3种典型理论地质模型和某一高速公路路基实测资料进行了理论模型试算和实例分析,检验了本文提出的瑞雷波多模式频散曲线反演新方法的有效性和实用性.      

江汉平原过渡带黏性层状土弥散试验与模拟研究

为研究江汉平原—大别山区过渡带黏性层状土中溶质迁移的规律,以保守性阴离子Br−为示踪剂,通过等温吸附试验、一维弥散试验、HYDRUS-1D软件模拟反演手段,研究了Br−在黏性层状土中的吸附参数、迁移规律,模拟反演其弥散参数。结果表明：（1）Freundlich模型和Langmuir模型均能较好的拟合吸附试验结果,随着土壤中黏粒比例的增大,土壤对Br−的饱和吸附量有所增加;（2）层状土中土壤质地与结构均会影响穿透曲线的形状,但一维饱和土柱中的弥散过程主要取决于含水介质系统中黏性颗粒的占比,黏粒的增加会对溶质运移产生阻碍作用;（3）通过HYDRUS-1D软件构建模型反演弥散参数,R2均大于0.991,拟合效果较好,分析发现层状土中无论土壤组成类型还是层厚及排序的影响,其本质都是改变了土壤的平均孔隙流速从而影响弥散作用,平均孔隙流速越小其弥散系数越小;（4）试验中粉质黏土弥散系数约为0.005~0.048 cm2/d,远远小于下部砂土弥散系数0.524~7.477 cm2/d,差值达到了至少两个数量级,表明研究区内厚层黏土为控制地层,会较大程度阻碍地下水中溶质运移,上部含水层中的污染物或有机质很难穿透该层向下迁移,具有良好的截污性能。研究结果对江汉平原过渡带地下水环境保护、水质治理具有重要应用价值。