多含水层渗流系统电导示踪模型

在利用钻孔测定含水层水文地质参数时,如遇到多含水层情况,需使用栓塞系统对各含水层进行隔离探测,由于现场操作较为不便且钻孔条件要求高,故提出多含水层渗流系统电导示踪模型。在不使用栓塞系统的情况下,考虑含水层涌水或吸水等不同情况,通过测定抽水条件下各含水层的电导率,建立多含水层渗流系统电导示踪模型确定含水层渗透性参数。当钻孔中只存在涌水层时,直接利用电导率曲线面积与溶质质量的比例关系求解出流量;当钻孔中同时出现涌水层和吸水层时,根据溶质质量曲线的斜率可较准确地确定吸水层的位置,再由斜率的变化计算出含水层的流量。基于某工程实例采取3种方法求解各含水层的渗透系数、静水头、渗流速度、导水系数等水文地质参数,结果表明,采用电导示踪模型计算结果与同位素示踪测试及注水试验测试结果吻合较好,且电导示踪模型方法现场操作更为简便,可极大地提高含水层水文地质参数的测定效率。     

云神经网络确定含水层参数研究

高效、精确的含水层参数求解方法一直是水文地质研究领域的重要研究内容之一。实践中通常利用非稳定流抽水试验资料通过配线法确定含水层参数,但是随着计算机应用的普及,已有人开发出几种在非稳定流试验条件下求解含水层水文地质参数的快速、精确的计算机智能优化算法。在此基础上尝试建立了云神经网络模型(Cloud Neural Net,CNN),并将其应用于石家庄市元氏县3个单孔非稳定流抽水试验,对承压含水层参数进行计算,模型计算结果与当地的水文地质条件较为符合,且比传统方法及单纯的人工神经网络模型所得结果更加精确。因此云神经网络模型为研究区地下水资源评价、地下水数值模拟以及溶质运移模拟提供了另一种重要手段。     

含水层渗透系数预测及不确定性分析耦合模型

本研究旨在精细计算冲洪积平原地区的渗透系数,并为进一步建立溶质运移模型提供基础数据。通过建立人工神经网络(ANN)与通用似然不确定估计法(GLUE)的耦合模型对含水层渗透系数进行预测,并对模型参数的不确定性进行分析。利用马尔可夫蒙特卡洛采样法(MCMC)取代常见的通用似然不确定性估计方法中的蒙特卡洛法(MC),将其与人工神经网络技术耦合,以150个典型粒度组分样本作为输入数据,构建研究区含水层渗透系数预测及不确定性分析的GLUE-ANN模型。通过对华北平原典型地区实例研究,验证该方法具有较好的采样效率和寻优性能。计算结果表明,与渗透系数的实测值相比较,GLUE-ANN模型的相对误差介于1.55%~23.53%之间,模型的计算精度满足地下水资源评价的要求。通过模型参数的后验分布得出参数全局最优值所在的区域,表明模型能够更合理地反映水文地质参数的不确定性。     

溶质运移理论的发展

关于土壤或地下水受到污染的问题,其实质是可溶性污染物在水流作用下在土壤或含水层中的运移结果,研究此问题而兴起的一门学科就是溶质运移理论。介绍了溶质运移模型、溶质运移的室内外试验研究成果和溶质运移数值模拟方法的研究现状。     

银川地区饱和细砂含水介质弥散实验研究

以水动力弥散理论为基础,在中国石油宁夏石化分公司炼油厂和废渣场各采取5组潜水含水层细砂岩心样,采用NaCl做示踪剂,进行室内一维沙柱弥散实验,以半无限含水层中污染物迁移模型的解析解计算了弥散度,并探讨了室内一维沙柱实验测定含水层弥散参数的误差来源,为地下水水质模型的建立提供基础。研究表明:炼油厂潜水含水层弥散度与废渣场潜水含水层弥散度基本接近。模型误差是对室内一维沙柱实验确定弥散参数产生影响最大的一类误差。目前,需加强银川平原大尺度含水层弥散特征的研究。     

渗透系数的非均质性对地下水溶质运移的影响

本文应用贝叶斯推断方法和随机模拟技术,定量研究了渗透系数的非均质性对地下水溶质运移的影响,并进行了二维理想流的分析计算。计算时分别考虑了随机模拟引起的不确定性和随机模型中参数的不确定性的影响。计算结果表明,贝叶斯推断的参数后验分布是不对称的;当条件数据较多时,参数后验分布的标准方差较小,参数分布的集中趋势较明显;地下水溶质运移的不确定程度随着时间的推移而增加,随着条件数据数量的增多而减少;当考虑参数不确定性时,溶质运移的不确定程度明显增加。     

基于GMS的云南德厚水库下游废弃砒霜厂地下水溶质运移模拟

地下水溶质运移模拟是找出污染物迁移规律、确定污染范围及污染物浓度分布的重要手段,可以为合理开发地下水资源、优化设计地下水开采方案及地下水污染修复提供定量依据。在分析德厚水库咪哩河流域裂隙岩溶含水层的水力性质和污染物运移特征的基础上,运用GMS软件建立地下水流场模型和溶质运移模型,对裂隙岩溶水的流场和污染物进行了数值研究,判断出了污染源分布及污染羽扩展范围,分析了砒霜厂污染物运移对水库建设的影响。     

基于含水层渗透系数研究的云-Markov模型：建立与应用

渗透系数的精度对地下水流和溶质运移有重要影响，传统方法在计算渗透系数的过程中均存在一些局限性。本文建立了一种新的云-Markov模型对渗透系数进行预测：利用云模型中的多条件多规则不确定推理技术，根据样品的粒径分布对渗透系数进行预测，并对其进行误差分析；在此基础上利用权Markov链对预测误差的随机性进行模拟，进而根据此模拟值对云模型的预测结果进行校正，将校正后的预测值作为云-Markov模型最终的计算结果输出，即完成对一个样品渗透系数的预测。将该模型应用于华北平原典型区冲洪积扇含水层参数研究，计算结果表明：与渗透系数的实测值相比，云模型的误差相对数介于0.996~1.178间，通过权Markov误差校正后，云-Markov模型的误差相对数为1.021~1.134，预测精度较最初的云模型有了一定的提高。故与传统模型相比，云-Markov模型基本可以应用于含水层渗透系数的计算。     

基于MCMC和ES-MDA方法的地下水数值模型非均 质参数场及开采量的反演研究

马尔科夫链蒙特卡罗方法(MCMC)和多重数据同化集合平滑器方法(ES-MDA)近年来在地下水参数反演得到广泛应用，但对三维多层非均质含水层参数反演精度和计算效率还缺乏对比分析。本文构建了含有基于Karhunen-Loève展开的非均质参数场的潜水和多层承压水含水层案例，并建立了地下水数值模型和基于Kriging方法的替代模型，模拟含水层分层水头变化，探讨了基于替代模型的MCMC、替代模型和数值模型相结合的两阶段MCMC以及ES-MDA方法反演的含水层渗透系数以及开采量。结果表明，针对本文算例，在非均质参数和开采量的反演中，相比而言，两阶段MCMC反演参数精度更高，ES-MDA方法计算效率更高。本研究为地下水数值模型参数反演方法选择提供参考依据。     

用全程曲线拟合法确定承压含水层参数的研究

含水层参数的确定是地下水资源评价、数值模拟、开发利用与保护，以及科学管理的重要基础，抽水试验法是确定含水层参数的主要方法．根据承压含水层抽水试验的泰斯(Theis)公式。运用优化理论，结合计算机技术，提出利用抽水试验数据确定承压含水层参数的全程曲线拟合法．实例研究表明。该方法速度快、精度高、参数求解结果最优，因而在科学研究和生产实践中具有重要的实用价值．     

A one-dimensional transport model for multi-component solute in saturated soil

A modified multi-component solute diffusion equation described with diffusion flux was derived in detail based on the classical Maxwell-Stefan diffusion theory. The friction between the solute species and the soil skeleton wall, which is proportional to the relative velocity between the solute species and the soil skeleton, is introduced. The chemical potential gradient is considered the driving force. A one-dimensional model for transport of multi-component solute in saturated soil was developed based on the modified diffusion equation and the modified competitive Langmuir adsorption equation. Numerical calculation of a case of two heavy metal ion species, which was chosen as an example, was carried out using the finite element software COMSOL Multiphysics. A comparative analysis was performed between the multi-component solute transport model developed in this study and the convection-diffusion transport model of single-component solute based on Fick's law. Simulation results show that the transport behavior of each species in a multi-component solute system is different from that in a single-component system, and the friction characteristics considered in the developed model contribute to obstructing the movement of each solute component. At the same time, the influence of modified competitive Langmuir adsorption on solute transport was investigated. These research results can provide strong theoretical support for the design of antifouling barriers in landfills and the maintenance of operation stability.     

潮汐作用对河网区重金属输移的影响

根据相关文献,推导了只考虑溶解态和悬浮态输移过程的一维河流重金属输移模型的表达式。根据2005年12月北江镉污染事故背景资料,对该模型的参数进行率定,以分析珠江流域西、北江河网区潮汐对重金属输移的影响。设定北江上游突发污染事故与下游大、中、小潮相遭遇的情景,将情景资料代入重金属输移模型进行模拟,根据模拟结果评价了事故对佛山市水厂供水带来的影响。分析结果发现,潮汐作用造成河流内水流往复震荡,对污染物的迁移过程影响较大;不同的潮汐作用导致西江、北江的水流补给形式发生变化,进而影响污染物的传播途径;污染事故与大潮相遭遇时,对供水造成的危害要远大于与中、小潮相遭遇时。     

缺资料地区水体突发重金属污染的快速预警

针对缺资料地区水体突发性重金属污染事件,开展快速预警研究,可以快速预测重金属到达下游水域敏感点的时间和影响程度及范围,以降低突发事件带来的危害。通过地形概化、水力学特征参数快速设置、特征污染物参数选取、模型参数自动校正,建立了缺资料地区水体突发重金属污染事件的快速预警方法,并应用于甘肃突发锑污染事件。将预测值与实测值进行相关性分析,R~2在95%以上,表明该方法可对甘肃锑污染事件发生后污染物到达下游敏感点的时间、浓度变化过程与影响范围进行很好的预测,为事故的风险预警及应急决策提供了依据。     

地下水与土壤盐渍化关系的动态模拟

在大气－土壤－地下水连续系统中，本文将土壤水－地下水部分动力学理论和数值模拟技术结合的方法，研究了地下水与土壤盐渍化关系，并进行了动态模拟。在完成土壤水盐数据自动采集系统研制、水盐运动参数测定，数学模型建模识别，数值计算方法选择评价４项基础研究后，针对干旱区的一个大型灌区土壤－水环境中溶质迁移动态进行了系统模拟，获得复杂环境条件下多因子、多处理组合模式化的图谱，有助地下水与土壤盐渍化定量关系深入揭     

南水北调工程北京市受水区非正规垃圾填埋场控高水位研究

近年来北京市平原区地下水污染范围已呈现从城区向郊区延伸、从浅层向深层扩散的趋势.地下水污染源调查评价研究表明,垃圾填埋堆放场是造成地下水污染的主要污染源之一.以北京市南水北调工程受水区内存在被浸泡可能的27个非正规垃圾填埋场为研究对象,在垃圾填埋场基本特征的基础上,对典型非正规垃圾填埋场进行水文地质勘察和水、土、垃圾样...     

Visual modflow在模拟实验室含水砂槽中乙醇运移特征中的应用

Visual modflow是被各国认可的三维地下水水流和溶质运移数值模拟评价的标准可视化专业软件。通过利用该软件对实验室含水砂槽中乙醇运移特征的模拟,发现所建模型能较为准确的反映出含水砂槽中乙醇污染物的分布特征,这为深入研究乙醇混合汽油污染地下水提供依据。     

重金属污染物动态吸附试验及数学模拟

本文采用泥沙动力学中Ｒｏｕｓｅ等人用来研究泥沙浓度沿垂线分布的装置。对泥沙吸附重金属污染物进行了动态模拟。试验分有底泥和无底泥两种情况。研究中发现在Ｒｏｕｓｅ装置的水力、泥沙条件下泥沙吸附重金属污染物达到平衡状态需要６小时以上，由极坐标下的重金属迁移转化数学模型方程，在本文具体试验条件下进行数值求解，计算结果和试验结果合良好，说明数学模型是正确合理的试验是可靠的。计算时依据室内静态试验结果，对动态     

利用同一土柱测定土壤水分和保守性溶质运移参数

利用数学模型预测土壤水分和溶质运移过程的准确性取决于所涉及的水力参数和土壤溶质运移参数的可靠性和精度。目前由于实验系统和研究方法的限制，在测定水力参数和溶质运移参数时所采用的土壤样本不一致，产生了样本误差。本文建立了利用同一土壤样本测定水力参数和溶质运移参数方法，即首先进行水平一维入渗实验，待土壤饱和后改换为供溶液试验，测定土壤边界层随时间的变化过程从而计算出溶质运移参数。与传统的利用土壤溶质穿透曲线获得参数的方法比较表明，本文提出的方法是可行的。