地下水与地表水耦合模拟模型研究与展望

地下水与地表水耦合模拟模型可以合理地反映水文循环过程,为水资源规划管理提供可靠依据.地下水与地表水耦合模拟模型按求解方法可分为水均衡法模型、解析法模型和数值法模型,按耦合方式可分为边界条件耦合模型、交换通量耦合模型、整体边界模合模型,目前各类模型存在问题主要有数值求解不稳定、失真、适应性差、参数率定困难等,"3S"及其他新技术的应用是今后的发展热点.     

地表水地下水的交互与耦合模拟研究现状与进展

在介绍"四水"转化概念模型的基础上,引出了地表水与地下水之间的联系及相互作用过程,归纳地表水和地下水交互作用研究的基本规律和方法;系统介绍和对比国内外典型地表水与地下水耦合模型的总体结构、特点、适用领域及模型的局限性。对地表水地下水交互作用过程及耦合模拟研究中存在的问题提出看法,认为集成模型应该解决时空尺度整合、参数的不确定性等关键问题,指出综合水循环和水质各组成部分的复杂系统模拟是模型发展的必然趋势,对今后研究工作的发展趋势和研究前景作了探讨。     

地表水与地下水耦合模型研究进展

描述地表水与地下水文过程耦合概念,论述国内外具有代表性的流域水文模型与地下水模型耦合的3种类型及耦合方法,提出地表水与地下水耦合模型的主要特征及适应性,并对今后的发展方向进行了展望。     

蒲河流域多情景地表水-地下水联合模拟

以蒲河流域为研究对象,通过构建地表水-地下水耦合模型,模拟多情景下流域径流变化过程,并分析径流减少原因。结果表明,SWAT-MODFLOW模型在该流域适用性较好(R²和NS系数均超过相应阈值);自然条件下的径流年际变化基本与近天然条件下(不考虑人类取用水和下垫面变化)类似,基本呈现丰枯交替的平稳状态;直接人类活动对径流减少的贡献约占83%,强直接人类活动的影响使自然条件下的地表水资源量减少最多;在不同程度人类取用水影响下,7月、8月、9月蒲河水量最多,5月最少;在不同强度人类取用水情况下,毛家河站在75%保证率下的多年平均月径流量最大。     

基于HYDRUS-MODFLOW的大洋河岫岩流域地表水与地下水耦合模型

流域内的水循环是一个完整的过程,只有综合考虑地表水和地下水的影响方可获得较高精度的模拟成果。以辽宁省大洋河岫岩流域为例,构建基于HYDRUS-MODFLOW的地表水和地下水耦合模型,结果显示地表水和地下水耦合模型具有较高的模拟精度和适应性,可用于研究区的相关研究。     

基于Monte Carlo方法的地表水地下水耦合模拟模型不确定分析

为分析参数的不确定性对地表水地下水耦合模拟模型输出结果的影响,本文运用Monte Carlo方法对地表水地下水耦合模拟模型进行不确定性分析,并根据不确定性分析结果进行生态恶化风险评估。以石头口门水库上游饮马河汇水流域为例,建立地表水地下水耦合模拟模型,并运用HydroGeosphere(HGS)软件求解。利用局部灵敏度分析方法甄选出耦合模拟模型中灵敏度较高的参数,作为随机变量。最后,运用Monte Carlo方法对耦合模拟模型进行不确定性分析。为了减少不确定性分析过程中的计算负荷,应用Kriging方法,建立耦合模拟模型的替代模型。结果表明:地表水地下水耦合模拟模型中灵敏度较高的参数为渗透系数、孔隙度和曼宁粗糙系数,其中渗透系数的变化不仅对耦合模型中地下水水位产生影响,也对地表水流量产生影响;Kriging替代模型可以在保证一定精度的条件下大幅度减少计算负荷;风险评估结果表明,在当前的水资源开发利用条件状态下,研究区地下水生态环境恶化风险的概率为6%,地表水生态环境恶化风险概率为15%。     

灌区地表水—地下水耦合模型的构建

为了定量描述灌区水平衡要素及其转化关系,构建了灌区地表水-地下水分布式模拟耦合模型。通过改进SWAT模型的稻田及旱作物水分循环、蒸发蒸腾量和渠系渗漏计算等模块,建立了灌区地表水分布式模拟模型;以SWAT模型中的水文响应单元(HRU)和MODFLOW模型中的有限差分网格(cells)作为基本交换单元,将改进SWAT模型的地下水补给量计算值加载到MODFLOW模型的地下水补给模块,实现了灌区地表水-地下水分布式模拟模型的耦合。耦合模型在柳园口灌区的应用结果表明,该模型能够准确模拟和预测灌区地表水和地下水的动态变化,为灌区水管理提供了科学依据。     

分布式地表水-地下水耦合数值模型研究进展

系统梳理地表、地下各水文过程中常见的控制方程以及数值求解方法,指出单一地下水模型和单一地表水模型在解决耦合问题中的短板。回顾近年来的相关研究,归纳出11种常见的耦合模型。从模型原理和适用方向2个方面对已有研究概括总结,将耦合方法划分为松散耦合型、半松散耦合型和紧密耦合型,分析耦合模型在变化环境下的地下水-地表水转化关系、河道生态流量以及地表水-地下水联合调度方面的应用。未来可以重点关注耦合模型在复杂地貌、多样化参数、模型识别验证方法、运算效率以及多学科交叉等方面的研究。     

玛纳斯河灌区地表水与地下水联合调度模型

通过分析新疆农八师玛纳斯河灌区水资源供需状况,结合灌区的灌溉系统、农作物种类及灌溉制度,建立了以灌区地下水抽水总量最小为主要目标,以灌区农业经济总效益最大为次要目标的地表水与地下水联合调度模型,并采用目标规划法对模型进行了求解,得到了在不同保证率下灌区地表水和地下水联合调度方案及农作物种植面积。结果表明:灌区供需水高峰期不一致和灌溉系统的蓄水、输配水能力不足是产生灌区水资源供需矛盾的主要原因,应适当调整灌区农业种植结构,改造灌区水利工程。     

霍山县水土流失综合防治模式探析

安徽省霍山县在治理水土流失过程中,采取了多种多样的措施。从中提炼出了一套水土流失综合防治模式,并从水土流失治理模式和水土保持工作模式两方面对其进行论述,最后结合该模式在霍山县的实际应用情况,说明其适用性。     

基于贯入阻力与含水率联测的黄土填方压实度检测方法

利用普氏贯入仪检测填土压实度时,填土的含水率变化会使测量结果产生较大误差。为消除含水率对普氏贯入仪压实度检测结果的影响,提出了普氏贯入仪、土壤水分传感器联合测试、数据融合建模的压实度检测方法。建立测试土模型时,采用普氏贯入仪、土壤水分传感器分别测定试样的贯入阻力和土壤水分传感器输出电压,同时采用灌砂法、烘干法测定试样的干密度和含水率,根据试验结果分析了含水率、干密度对贯入阻力的影响规律,构建了干密度、贯入阻力、土壤水分传感器输出电压三者的数学模型。试验结果表明:采取双传感器联合测试、融合建模,可使测试结果受含水率的影响明显减小,精度显著提高。研究成果可为开发集贯入阻力、含水率测试功能为一体的压实度检测设备提供参考。     

南水北调工程水土保持监测技术研究

结合南水北调东线第一期工程的建设实际情况,从有效防治工程建设过程中的水土流失和保护生态环境的角度出发,通过综合比较国内外流行的水土保持监测技术方法,建立了专门针对南水北调工程的水土保持监测技术体系.该体系因地制宜地在不同的尺度范围内综合采取断面实测法、径流小区法、人工模拟降雨法、稀土元素示踪法和3S等技术,可以对工程建设过程中和完建期的水土流失状况进行有效监测,以便于更好的减少水土流失,保护生态环境.     

同朔区平原河段地表水地下水补给关系分析

文中选取了同朔区各主要河流平原河段沿河若干地下水井1985-2000年观测资料．通过河底高程与相应地下水位的比较，分析了地表水地下水的补给关系，为水资源评价中有关参数的合理选用，提供了依据。     

作物生长田间水分平衡的系统模拟

以作物生长模型MACROS(L1D)为基础，建立了土壤水分运动和作物生长耦合关系综合模拟系统. 着重介绍了SPAC体系水分运动子模型，并对土壤水分运动模拟的结果和各类参数的灵敏度等进行了分析.最后，应用该模拟系统对南方多雨地区冬小麦田土壤水分平衡和土壤渍害的发生过程进行了模拟分析。     

石家庄市地表水源地环境保护实践与探索

随着社会经济的高速发展,用水与资源性缺水的矛盾越来越突出,中国水环境面临的3个严重问题是:水体污染、水资源短缺和洪涝灾害。如何从源头抓污染,地表水源地环境保护与生态治理显得尤为迫切。     

水肥耦合对冬小麦生长和产量的影响

对干旱地区小麦产量、品质与水、肥关系已有过较多研究。本文通过盆栽试验进行了水肥耦合对长江下游雨水较为丰富地区冬小麦生物学特性及产量影响的试验研究,探讨了水肥耦合对冬小麦生理性状及产量的影响和机制,分析了冬小麦生理指标对于农田土壤水肥状况的响应,并建立了冬小麦产量的水肥耦合模型。     

高水头明流泄洪洞三维数值模拟

导流洞改建为龙抬头式泄洪洞是一种常见的改建形式,其局部水流流态十分复杂。研究一种高水头龙抬头式明流泄洪洞,采用RNG k~ε模型和标准壁面函数模拟紊流,利用几何重构的VOF模型追踪自由水面;对某龙抬头式泄洪洞在设计洪水位闸门全开情况下进行了三维流场数值模拟。将沿程水面高程、底板压力及掺气空腔长度的计算结果与模型试验数据进行对比验证,两者吻合良好,从而为工程设计提供参考。     

区域土壤含水率遥感监测分析方法研究进展

土壤水分是陆地表面参数化的一个关键变量。遥感技术为大面积动态监测土壤水分提供了可能。简述了热惯量法、作物缺水指数法、植被指数距平法、微波遥感法、高光谱法五种目前为止比较成熟和广泛应用的土壤水分遥感监测方法和模型,并进行了优缺点分析。