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。     

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.     

地表水地下水的交互作用与耦合模拟

 传统的概念性水文模型存在不能对不同径流成分进行精确模拟和划分的局限性。而分布式水文模型基于其精确的物理基础和产流机制,充分考虑到不同径流成分的水力联系,在对流域进行土壤垂直分层和水平网格划分后可进行地表水、地下水的交互作用分析与耦合模拟。应用李兰教授开发的LL Ⅱ分布式水文模型和GIS技术,以宜昌黄柏河天福庙水库作为典型流域,根据连续日入库径流资料验证模型精度,对该流域的日入库径流过程进行地表水和地下水的连续耦合模拟与预测,取得了较好的模拟预测效果。     

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。     

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。     

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。     

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。     

地表水与地下水的联合调蓄及其供水风险性分析

本文阐述了年调节水库与地下水联合调蓄的模拟分析方法,并通过对石佛寺水库地表水与地下水联合调蓄模拟计算,提出了石佛寺平原水库地表水与地下水联合调蓄的供水规模及其运行方式。建立风险分析模型,进行了供水系统的风险性分析。     

地表水环境数学模型研究进展

简述了地表水环境数学模型,包括水动力学模型、水质模型和水生态模型的发展历史、应用现状及国内外最新研究成果,深入探讨了模型敏感性和不确定性分析、模型模拟精度等应用中被广泛关注的疑难问题,指出模型系统化、综合化和平台化,大数据支撑下的与新兴技术结合创新,以及模型法规化等将成为水环境模拟与预测领域未来的研究热点。     

大坝下游河床潜流带温度场的影响因素研究

基于雷诺平均方程(N-S方程)、k-ω湍流模型,并利用CFD-Fluent及COMSOL Multiphysics软件,构建地下水-地表水耦合模型;通过Morris全局灵敏度分析方法探讨单因素影响及多因素影响下河床潜流带内温度场变化规律。结果表明:河床潜流带的温度场对流速v和水深H较为灵敏,其余依次为沙坡高度h和河床底质渗透系数k;河道水位与河床潜流带的温度场变化呈正相关;多因素共同作用对河床潜流带温度场影响明显,且在沙坡下会出现一个半圆的低温区域。通过对大坝下游河床潜流带的温度场进行影响因素敏感性分析,可对水库下游河流生态治理和修复有一定指导意义。     

SWAT模型与MODFLOW模型的耦合计算及应用

为了准确模拟区域地下水动态变化,将地表水SWAT模型与地下水MODFLOW模型进行耦合计算。根据SWAT分布式模型的特点,以其水文响应单元(HRU)和MODFLOW模型的有限差分网格(cell)作为基本交换单元,将SWAT模型计算的地下水补给量和潜水蒸发量引入MODFLOW模型的地下水补给(RCH)模块和潜水蒸发(EVT)模块中,并将其应用于徐州市张集地区的地下水模拟计算。结果表明,SWAT模型与MODFLOW模型的耦合计算能准确模拟和预测该地区的地下水水情及其地表水和地下水之间的相互作用。     

基于BIOCHLOR模型的敏感度分析

BIOCHLOR是一种用于模拟地下水溶解质运移的模型,它被广泛用于一维平流、三维弥散、线性吸附,及还原脱氯的生物转化过程分析.选取该模型7个参数模块中的平流参数模块、扩散参数模块、吸附参数模块、生物降解参数模块(一阶序列降解系数)4个参数,在其他参数不变的情况下,依次改变各个参数的值并运行模型,获取并比较模拟预测值,即污染羽内溶解质浓度.并分别绘出模拟预测值与各个分析参数的变化曲线,分析模型对各个参数的响应程度,从而为处理不确定因素(如误差等)提供依据.     

NUMERICAL SIMULATION OF GROUNDWATER DYNAMICS FOR SONGHUAJIANG RIVER VALLEY IN CHINA

The study area was designed and constructed,based on the simplification of a conceptual model, to develop a three-dimensional groundwater flow model for simulation of two-layers system. Finite difference groundwater flow model was constructed for the Central Songhuajiang River alluvial plain in Northeast China, with the coverage of 786. 6km^2. The grid networks with a spacing of 474. 4m by 509. 5m were used to cover the model area. The trial-and-error technique was used to calibrate the model. The sensitivity of the simulations to the model parameters was studied and the most sensitive parameters that controlling the residual heads distribution in the Songhuajiang River valley were defined.     

Appraisal and optimization of agricultural water use in large irrigation schemes: II. Applications

In this paper, the theoretical approach presented in Part I is demonstrated by means of case studies on the irrigation schemes of Rio Mendoza and Rio Tunuyán in the Province of Mendoza, Argentina. The object of the case studies was the determination of optimal allocation of surface water to reduce the use of groundwater. Current and optimal conjunctive allocation of ground and surface water is studied by means of the developed simulation and optimization models.The second case study was designed on the basis of the experience gathered during the first one: each step of the case studies is compared. The comparison between the two case studies illustrates how to apply the proposed approach when the amount and quality of available data are different. For the more detailed Rio Tunuyán study, we determined the following physical characteristics of all terminal nodes: on-farm rotational intervals, mean water application depth, actual soil water storage capacity, crop water requirements, depth of groundwater table, aquifer transmissivity, and efficiency of groundwater use.The performance of the entire system is sensitive to changes in the water application depth, as it was shown by a simulation study.The application of our optimization approach to the conjunctive use of ground- and surface water showed that the total water requirements over a year can be met by a reassignment of water that reduces the total costs of a great amount.     

太湖地区典型小流域地下水储量动态模拟与分析

对太湖地区典型小流域的近地表地质特征进行系统野外试验,分析近地表土层土壤和岩层结构特征,初步确定了含水层计算参数;采用三维地下水流数值模拟方法概化水文地质条件,识别与验证模型参数。结果表明:地表水补给地下水的量约是地下水补给地表水总量的2倍,山溪型小流域的地表地下水交互过程趋于单向交换,即河道水补给地下水。从含水层储水量变化看,除去蒸散发,通过地下通道流失的水量占据总水量的相当比重,且地下储水的减少量主要依赖降雨入渗进行补给。所建立的模型能够较好地反映研究区实际的水文地质条件,揭示地表水和地下水的交互量的变化过程,并定量研究流域水量平衡动态关系,可为变化环境下的地下水保护和滨湖区的地下水潜流计算研究提供预测分析依据。