地下水数值模型与组件GIS集成研究

地理信息系(GIS)应用于地下水资源评价和管理，需要地下水模拟模型的支持，集成数值模型与GIS可以通过嵌入、松散连接和完全整合三种途径实现。采用组件和面向对象技术，开发了基于MapObjects GIS组件的地下水模拟系统。该系统在面向对象建模、模型前处理、参数设置、模型后处理等方面突破了传统建模方式，实现了GIS功能与地下水数值模型的完全整合。结果表明，集成系统极大地改进了模型输入和计算结果的分析处理能力。     

中国北方岩溶水系统管理模型中处理大泉的一种方法

探讨了具有岩溶大泉的岩溶地下水系统的数值模拟与优化管理问题。首先把泉流量转换成为受控于地下水头的排地强度，然后将它嵌入到地下水系统的数值模型之中。在优化管理模型中，将会人工开采影响而产生的泉流量的改变量作为决策变量处理，并把描述地下水头和泉流量之间数量关系的方程嵌入到管理模型中，作为等式约束。从而为具有岩溶大泉的地下水系统的数值模拟和优化管理问题的解决找到了一条有效可行的途径。     

中国北方岩溶水系统管理模型中处理大泉的一种方法

探讨了具有岩溶大泉的岩溶地下水系统的数值模拟与优化管理问题。首先把泉流量转换成为受控于地下水头的排泄强度，然后将它嵌入到地下水系统的数值模型之中。在优化管理模型中，将受人工开采影响而产生的泉流量的改变量作为决策变量处理，并把描述地下水头和泉流量之间数量关系的方程嵌入到管理模型中，作为等式约束。从而为具有岩溶大泉的地下水系统的数值模拟和优化管理问题的解决找到了一条有效可行的途径。     

丁家寨水源地岩溶地下水系统分析及其问题讨论

本文运用系统论的观点，对瓮安丁家源地岩溶地下水系统微观及宏观结构的组合形式及空间分布规律，地下水流场，动态与均衡进行了系统分析，对岩溶地下水系统进行了条件概化，建立了水文地质概念模型及数值模型，对岩溶地下水系统的转换功能特征进行了分析探讨，在系统分析的基础上，进行了子系统的划分，并对丁家寨－白水河子系统及草塘子系统的Ｆ４边界进行了分析讨论，提出了系统局部分水岭及Ｆ４不确定边界预报处理方法存在某些问     

地下水水质实时预报系统开发及应用——以下辽河平原为例

地下水数值模拟需要大量的监测数据作为支撑,数据的录入耗时耗力,存在出错的可能,且不能第一时间进行实时快速预报。采用VB语言编程技术,以识别和验证后的下辽河平原地下水流数值模型和地下水溶质运移数值模型为基础,重新编译后的MF2K和MT3DMS为内核计算程序,Microsoft SQL Server 2000为数据库,开发了模型与地下水实时监测系统的接口,集成建立了下辽河平原地下水水质实时预报模型,并开发了操作界面下的操作系统,实现了下辽河平原地下水水质的实时预报功能。该系统将地下水实时监控技术与地下水数值模拟技术结合,操作简便、时效性强、出错概率小,能够实时获取地下水水位、水质监测数据,对地下水流场和地下水溶质浓度场的演化进行快速预报。同时,本系统预留了更新接口,可根据逐步积累的地下水监测数据和系统计算数据进行进一步验证,不断提高系统预报的精度。     

石羊河流域武威盆地地下水系统的管理模型

武威盆地位于祁连山北麓,河西走廊东段,腾格里沙漠西侧,是一个历史悠久的农业灌溉盆地。本文针对该区由于不合理开发水资源所引起的生态环境问题,采用系统工程的思想和方法,应用地下水系统管理模型确定地下水系统的最优开采方案,以使地下水的开采在取得最大经济效益的同时,保持良好的生态环境和社会环境。论文通过地下水系统的目标分析、环境分析、结构分析和模型化,确立了盆地地下水系统管理的目标、自然环境、技术经济环境和社会环境约束条件,校正了地下水系统的数值模型。在此基础上,用响应矩阵法把地下水系统的数值模型与最优化模型藕合起来,建立了盆地地下水系统的管理模型。通过运转管理模型,获得了盆地地下水的最优开采方案,为地下水合理开发利用,提供了科学依据。     

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。     

地下水及溶质运移数值模拟系统

介绍了地下水及溶质运移数值模拟的研究进展、数值模型的分类和数值模拟的步骤。根据数值模拟中涉及到的地质信息资源的特点，提出了基于地理信息系统(GIS)技术的地下水及溶质运移数值模拟系统的设计思路。该系统能够对模拟区域的基础地质资料、水文地质勘探资料以及数值模型的输入、输出资料进行动态管理，而且随着勘探、科研和生产的不断进行，通过对数据库的及时更新以及对数值模型的不断校正，可为不同的科研和生产方案的预测与评价提供信息资源。     

新疆玛纳斯河冲洪积扇地区地下水资源管理模型

为了建立新疆玛纳斯河冲洪积扇地区的地下水资源管理模型,首先恰当地建立了适合于该区水文地质条件的地下水流动有限元数值模拟模型系统,并对地下水模拟系统进行了一系列线性化处理,以适应管理方法的要求.然后采用“响应矩阵法”将数值模型和线性规划方法结合,建立了平稳流与非平稳流两类管理模型,对该区整个含水层各分布点的各种水力状态进行全面管理.最后得到一系列满足该区发展目标的决策方案.     

河流-含水层系统数值模拟方法探讨

地表水与地下水转化量的模拟预测一直是区域水资源评价和管理中的难题。提出了一种基于河流越流系数的处理方法,即将转化量计算模型同三维地下水数值模型完全耦合,能够预测在有人工干预条件下,地表水与地下水转化量的变化趋势。提出的方法适合多含水层系统的情形。实例研究表明,提出的河流-含水层系统模拟方法原理简单,易于实现,可以推广应用。     

关中盆地水资源可持续开发利用对策研究--以渭南市为例

以关中盆地东部的渭南市为例，概述了水资源的分布特征及其开发利用现状。认为水资源开发利用中存在水资源浪费严重，重复利用率低；行政区块限制，水资源调配不够；不合理开采地下水，出现负环境效应；地下水人工调控力度不够，不能有效的促进生态环境良性循环；对地下水资源的研究、规划和管理滞后等五个方面的主要问题。针对存在的主要问题，提出了六项水资源可持续开发利用对策，包括节水对策、开源对策、改水对策、调水对策、增补对策以及管理对策。     

深层地下水人工补给研究分析

随着社会经济的飞速发展和城市规模的不断扩大,西安市需水量迅猛增长,导致了地下水严重超采,地下水位持续下降,引发了一系列的环境地质问题.本文对西安市的水文地质条件,设计出对深层承压含水层进行人工补给的方案,并通过实验室模拟,进行了可行性论证,提出了对地下水资源进行调节和防止含水层枯竭的的技术措施.     

玛纳斯河流域地下水水位变化及水量平衡研究

天山北坡玛纳斯河流域地下水长期大规模开采引发了一系列生态环境问题,地下水均衡状态和地下水流动模式明显发生了改变。为研究节水灌溉条件下的地下水系统流动模式及其对地下水均衡要素的改变规律,以平原绿洲区为研究对象,采用三维地下水数值模拟方法,研究玛纳斯河流域地下水水位动态变化及水量平衡规律。结果表明:研究区地下水水位的抬升和回落受农业灌溉的影响显著,具有一定的周期性,存在着明显的时空差异;地下水均衡处于负均衡状态,补排差为-2.81×108m3。模拟期内观测水头与计算水头两者相关系数各月均在0.81以上,模拟效果较好。     

基于FEFLOW在地下水数值模拟中的应用综述

数值模拟法是地下水水量和水质评价的主要技术方法,通过简述地下水数值模拟的发展历程、FEFLOW软件的输入特点和功能,并结合FEFLOW在地下水模拟方面的应用现状,论述了对河流和断层处理的方法,最后提出了FEFLOW软件存在的问题及应用前景。研究结果可知:(1) FEFLOW是迄今为止功能最为齐全的地下水数值模拟软件,适用于各种尺度的地下水、多孔介质和热能传输项目,但这些领域基本都是水流和溶质运移耦合、水流和热量运移耦合等两场进行耦合,少见三场耦合研究实例;(2)存在无法实现源汇项单独处理等缺陷,仅能实现in/outflow on top/bottom菜单功能,降雨入渗和蒸发同时作用必须用净补给量来表达,增加了前处理的困难,在应用模型模拟时,由于FEFLOW网格划分时的数量受到限制,超大区域建模也容易出现不精确问题;(3)在对地下水污染物运移模型模拟时,通常考虑的是对流、弥散、吸附作用,而未有一阶化学非平衡反应,随着人类对地下水环境和质量的高度重视,对于两相有机和无机污染物迁移耦合研究将会是未来的研究重点。     

关中城市群开采地下水有关环境地质问题 及其防治对策建议

关中城市群地下水自集中开采以来区域地下水位呈整体下降趋势,主要城市集中供水水源地水位降幅30~50 m,最大超过120 m。长期过量开采地下水引起了地下水位持续下降、地面沉降、地裂缝以及水质污染等环境地质问题。近年随着城市群限制开采量,地下水水位下降及其相关环境地质问题在局部地段有所缓和。本文以50年地下水动态监测数据为基础,针对关中城市群地下水动态特征及相关的环境地质问题进行研究分析,并对预防和缓解环境地质问题、合理开发地下水资源提出建议。     

李家峪灰场2^#副坝区地下水运动数值模拟

李家峪灰场由于灰场灰水的渗漏致使储灰场周围出现地下水位上升,水质变差等一系列环境地质问题。从水文地质条件角度分析灰场堆灰形成新的地下水分水岭致使灰水在2^#副坝坝前垂直下渗进入风化带,沿白云岩裂隙（溶隙）补给潜水含水层,并向韩家哨村区域流动补给孔隙含水层,改变后的潜水部分通过民井向外排泄。本次研究运用地下水数值模拟软件对研究区的地下水位进行动态模拟和预测,为该地区地下水污染评价提供参考。     

A review on using heat as a tool for studying groundwater–surface water interactions

In terms of the research on groundwater–surface water heat-tracing methods, investigation of the interactions within the compound system of the groundwater–surface water–hyporheic zone can effectively reveal the relevant physicochemical processes and microbial properties. The evaluation of these properties represents a key component in qualitative and quantitative research on groundwater–surface water interactions. Therefore, this paper reviews the research results on groundwater–surface water interactions achieved by related researchers using heat as a natural tracer over the last decade. In connection with the application of heat-tracing theory to the basic principles of hyporheic exchange between groundwater and surface water, research on groundwater–surface water interaction through one-dimensional steady-state and transient-state heat transport analytical models, techniques to collect and analyze temperature time series data, and numerical simulation technology is reviewed. In addition, directions for future research using groundwater–surface water heat-tracing methods are suggested. First, hypothetical, difficult temperature boundary and hydrogeological conditions require further research. Second, hydrodynamic exchange capacity and the processes of heat exchange and solute concentration exchange in the hyporheic zone alongside riverbeds should be appropriately and accurately measured under multi-scale influences. Third, the overall study of the heat transport process inside the hyporheic zone induced by complex riverbed forms should be performed, and the response mechanism of riverbed hyporheic exchanges driven by riverbed form, the hydrodynamic force of surface water, and sediment permeability should be revealed. The objectives and goals of this paper are to encourage scholars interested in analyzing groundwater–surface water interactions using heat as a tracer to creatively solve practical problems and to improve the ecological functions of river aquatic habitats through new research results.     

南水北调引水进京后北京市地下水环境预测

本文通过对受水区的地下水水位、水质变化预测,分析了北京市区的地下水环境变化情况,提出了调水工程实施后将会产生的主要环境地质问题。并结合地下水环境修复、生态恢复、地质环境问题防治等实际需要,进行了地下水停采方案的分析,为北京市未来水资源调配、地下水环境保护、城市规划修编提供依据。     

纳林河矿区某大型矿井地下水环境影响数值模拟研究

矿井采煤对地下水环境的影响主要为对具有供水意义的含水层水位及水量产生影响,确定采煤引起地下水水位降及漏失量是煤矿地下水环境影响评价的关键。以纳林河矿区某大型矿井为例,运用Visual MODFLOW建立模拟区地下水流数值模型,利用实测流场和长观孔的动态观测资料识别和验证数值模型,利用模型来预测采煤对第四系-白垩系含水层水位及水量的影响。模拟结果显示:前25年采煤引起地下水最大水位降为3.6 m,引起地下水的漏失量最大为141.87万m^3/a,占矿井涌水量的29.88%;利用矿化度法确定的越流量占矿井涌水量的6.39%~34.89%,模拟结果基本合理,可作为矿井采煤对地下水环境影响的研究依据。     

Groundwater dewatering optimization in the Shengli no. 1 open-pit coalmine, Inner Mongolia, China

Impacted by groundwater, faults, lithology, and other factors, the slope of the Shengli no. 1 open-pit coalmine has been in a state of instability. Among these factors, groundwater in the quaternary aquifer is considered primary. Thus, an optimum design for dewatering well pumping rates is presented in this paper. A two-dimensional groundwater simulation model is built to characterize the groundwater flow of the study area. A steady-state model was applied to the observed data (head and discharge) to verify and calibrate the groundwater model. The pilot point method, with a regularization option provided by parameter estimation, was used to identify the hydraulic conductivity field. Afterward, a groundwater optimization model is integrated with the calibrated simulation model to realize groundwater dewatering optimization in the studied open-pit coalmine, and an optimization method called modified Pareto dominance-based real-coded genetic algorithm is adopted. Taking into account the safety of the mine, slope and dewatering wells, seepage discharge is added to objective function and the maximum aquifer saturated thickness is set as the constraint condition in the optimization model. The results indicate that the dewatering optimization procedure developed in this paper can serve as a useful template and framework for solving mining related water problems.