MQ点插值法在地下水稳定流计算中的应用

Multi-quadric（MQ）点插值法是一种求解偏微分方程的新方法。为探讨该方法在地下水稳定流问题中的应用效果，及MQ函数的形状参数、支持域大小、场节点间距对计算结果的影响，将该方法分别用于参数不变的二维地下水稳定流动、参数连续变化的二维地下水稳定流动和地下水向承压完整井的稳定流动3种算例的求解中，并将计算结果与解析解进行比较。结果表明该方法求解二维稳定流问题时具有较好的效果。MQ函数的形状参数、场节点间距和支持域大小对计算结果的误差具有较大影响。     

地下水溶质运移解析法的近似求解

地下水溶质运移解析法是地下水环境影响评价中常采用的一种预测方法。对于实际地下水环境影响评价工作而言,手工查表插值计算显得非常困难,计算机编程语言为解决这一问题提供了方便。以应用最广泛的一维稳定流动二维水动力弥散问题中的连续注入示踪剂-平面连续点源计算公式为例,借助IDL编程语言实现计算公式中第一类越流系统井函数以及第二类零阶修正贝塞尔函数的近似求解,并通过坐标系旋转变换得到与地下水流动方向相一致的污染物浓度值。结果表明:IDL语言结合Surfer软件可以实现地下水溶质运移方程解析解的快速、连续、稳定求解和求解结果的可视化,且所得解析解误差小、精度高,污染物运移方向满足地下水环境影响评价中实际预测的要求。     

用改进的遗传算法反演地下水数值模型参数

在简单的遗传算法的基础上，结合优体克隆操作、子体优生操作和多代调环操作，提出了一种综合改进的遗传算法，并以非均质各向同性承压二维非稳定流动为算例，以有限元法讨论了用遗传算法反演地下水数值模型参数的过程。计算结果表明，综合改进的遗传算法进行参数识别时，具有收敛速度快、解的精度高和避免出现早熟等优点，可用于地下水渗流和水资源评价计算中。     

基于裂隙网络模型的地下水数值模拟误差分析

以二维裂隙网格中地下水流动数值模拟问题为例,分析了其模型误差、观测误差和计算误差。首先给出了该二维地下水问题的解析解,然后详细讨论了数值模型的解法及其误差。计算结果表明,线素法较有限元法误差更小,同时求解大型线性方程组时,应采用置大数法。最后以裂隙宽测量为例,讨论了观测误差对水头计算结果的影响。分析认为,前期准确可靠的地质勘察,是后期提高数值模型模拟精度的前提条件和重要保证。     

多尺度有限元法在地下水模拟中的应用

本文详细介绍了多尺度有限元法的基本原理，并将其应用于非均质多孔介质中的流动问题，对水文地质参数按函数连续变化、渐变和突变3种非均质多孔介质中的二维地下水稳定流、非稳定流分别用多尺度有限元法和传统有限元法进行了计算。计算结果的对比表明，多尺度有限元法比传统有限元法有效，既节省计算量又有较高的精度。     

地下水数值模拟中的参数随机模拟

从水文地质参数的随机性出发,以滦河某拟建水源地为例,采用地下水数值模拟软件GMS建立了参数随机模拟的数值模型,并求得模型的随机解,计算出模型的水位均值流场和水位标准差分布.结果表明:在模拟非均质含水层二维流动问题中,充分考虑渗透系数和给水度的随机特性的蒙特卡罗法预测结果可靠,比确定性方法更加科学、有效.     

欧拉-拉格朗日分裂方法在数值求解Navier-Stokes方程中的应用

本文在[1,2]的基础上,详细地讨论了欧拉—拉格朗日分裂方法(E-L)在数值求解二维不可压缩Navier-Stokes方程中的应用。计算结果表明,该方法具有较好的精度和数值稳定性,且不依赖于区域形状。文中对典型的二维腔体内流动(方腔和环形腔体)进行了祖网格的计算,通过与虚拟流动的精确解、其它格式的数值解和实验结果进行比较表明,E-L分裂方法在求解N-S方程时不仅是可行的而且是很有效的,对高雷诺数流动特别是这样。     

混合拉普拉斯变换有限单元法计算二维地下水溶质运移问题

在求解对流占优的地下水溶质运移问题时，常规数值方法会产生数值扩散和过量现象．本文将混合拉普拉斯变换有限单元法引入求解二维对流扩散问题，结果表明，这种新的计算方法能有效地消除数值扩散和过量现象，同时由于具有一步到位、局部求解的优点，因而特别适于大区域地下水污染的长期预报     

基于VOF模型的团山子溢流坝数值模拟

本文介绍了VOF 模型,结合k-ε紊流模型,利用Fluent软件数值求解了带自由水面的二维水流流动问题。以团山子水利枢纽为例,计算了溢流坝内水流流动特性,并将计算结果与实验数据进行对比,结果表明计算值与实测值吻合较好,说明VOF 模型能够精确地跟踪自由表面,可利用数值模拟对泄水建筑物设计方案比选,结合模型试验的方法,研究其水力特性。     

水文地质参数时变性对地下水非恒定流计算的影响

基于水文地质参数时变特性客观存在的事实，考虑水文地质参数为常量及参数随时间发生变化的情况下，推导了交替方向隐式差分法计算地下水二维非恒定流的方程，并引入算例分别进行计算，得出水文地质参数的时变特性对地下水非恒定流的计算存在影响的结论，进一步验证了水文地质参数研究工作的重要性与必要性。     

地下水热量运移模拟的BEM-FAM耦合法

基于地下水热量运移的基本原理，本文提出了求解地下水热量运移问题的BEM-FAM耦合法。该方法原理简单，操作方便；不仅可以直接计算出地下水流速度，而且避免了对流扩散方程数值解中的数值弥散和数值振荡，提高了计算精度。应用本文提出的方法对溪洛渡水电站工程地下水热量运移问题进行了模拟，计算结果与地质分析的结论一致，表明该方法是可行的。     

3-D VARIABLE PARAMETER NUMERICAL MODEL FOR EVALUATION OF THE PLANNED EXPLOITABLE GROUNDWATER RESOURCE IN RE-GIONAL UNCONSOLIDATED SEDIMENTS

In order to correctly evaluate the exploitable groundwater resource in regional complex,thick Quaternary unconsolidated sediments,the whole Quaternary unconsolidated sediments are considered as a unified hydrogeological unit and a 3-D unsteady groundwater flow numerical model is adopted.Meanwhile,with the consideration of the dynamic changes of the porosity,the hydraulic conductivity and the specific storage with the groundwater level dropping during the exploitation process,an improved composite element seepage matrix adjustment method is applied to solve the unsteady flow problem of free surface.In order to eva-luate the exploitable groundwater resource in Cangzhou,Hebei Province,the hydrogeological conceptual model of Cangzhou is generalized to establish,a 3-D variable parameter numerical model of Cangzhou.Based on the prediction of the present groundwater exploitation,and by adjusting the groundwater exploitation layout,the exploitable groundwater resource is predicted.The model enjoys features like good convergence,good stability and high precision.     

大区域地下水模拟的理论和方法

大区域地下水数值模拟中，存在时空尺度选择和信息不足问题。本文在融合地质统计、逆问题理论和地下水运动理论的基础上，提出了建立大区域地下水运动模拟的理论和方法。提出了大区域地下水有限元计算的时空尺度理论公式。针对信息不足，提出了大区域地下水位推定的方法。根据推定的地下水位，运用逆解析理论对大区域地下水含水层导水系数进行逆推定。本文将所提出的方法运用到日本北海道Sarobetsu湿地地下水模拟中，结果表明所提方法用于计算大区域湿地不恒定地下水得到较满意的结果。     

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。     

A NEW NUMERICAL METHOD FOR GROUNDWATER FlOW AND SOLUTE TRANSPORT USING VELOCITY FIELD

A new numerical method for groundwater flow analysis was introduced to estimate simultaneously velocity vectors and water pressure head. The method could be employed to handle the vertical flow under variably saturated conditions and for horizontal flow as well. The method allows for better estimation of velocities at the element nodes which can be used as direct input to transport models. The advection-dispersion process was treated by the Eulerian-Lagrangian approach with particle tracking technique using the velocities at FEM nodes. The method was verified with the classical one dimensional model and applied to simulate contaminant transport process through a slurry wall as a barrier to prevent leachate pollution from a sanitary landfill.     

基于多单元均衡法的地下水流与水质联合数值研究

针对地下渗流与污染物迁移数值模拟中计算程序复杂、效率偏低等不足,开展了地下水流与水质联合数值研究。首先基于多单元均衡法,建立了渗流与污染物迁移的联合模型,采用Matlab语言编制了联合程序,使之能够求解单一地下水渗流、初始流场稳定的地下水污染和初始流场不稳定的地下水污染等多种情况。然后计算了一维对流弥散问题,并与多种计算方法进行对比分析。最后对某地地下水污染物的扩散分布进行了模拟。结果表明:通过控制自定义特征数,实现了对不同水文地质特征问题的求解;采用上游加权法解决大Peclet数污染物迁移问题时,并无明显数值弥散现象,又能抑制数值解的振动;本程序具有较高的计算效率,并能够显著提高后处理的可视化程度。     

A NEW NUMERICAL METHOD FOR GROUNDWATER FIOW AND SOLUTE TRANSPORT USING VELOCITY FIELD

A new numerical method for groundwater flow analysis was introduced to estimate simultaneously velocity vectors and water pressure head. The method could be employed to handle the vertical flow under variably saturated conditions and for horizontal flow as well. The method allows for better estimation of velocities at the element nodes which can be used as direct input to transport models. The advection-dispersion process was treated by the Eulerian-Lagrangian approach with particle tracking technique using the velocities at FEM nodes. The method was verified with the classical one dimensional model and applied to simulate contaminant transport process through a slurry wall as a barrier to prevent leachate pollution from a sanitary landfill.     

基于FEFLOW的高尔夫球场地下水污染风险预测研究与效果评估

针对日益严重的高尔夫球场地下水污染问题,以高尔夫球场的地下水污染防渗和保障城市供水安全为目标,为了预测高尔夫球场的地下水污染风险和探究其防渗方法,以北方某高尔夫球场为例,通过分析研究区概况,基于FEFLOW建立了地下水流和溶质运移模型,采用数值分析方法,预测球场污水处理设施失效时的地下水污染风险,并评估防渗效果。结果表明:在污水处理设施失效100 d时,锰扩散最远距离为112. 45 m,六六六扩散最远距离为48. 50 m,短期内扩散较快,对下游居民区产生威胁;防渗措施应用后100 d时,污染物扩散最远距离约为50. 2 m;应用1 000 d时,污染物扩散最远距离约为54. 8 m,扩散范围变化不大且控制在球场范围内,防渗效果良好。该数值分析方法很好的预测了污染物在有无防渗两种工况下的迁移情况,通过设置防渗层和防渗帷幕有效阻滞了污染物迁移,研究成果对高尔夫球场的地下水污染控制具有一定的借鉴意义。     

基于数值模拟及可开采系数法的广花盆地地下水可开采量研究

使用数值模拟法(GMS模拟软件)及开采系数法计算广花盆地的可开采量,以合理地评价广花盆地地下水资源及可开采潜力,防止地下水过度开采及由此引发的地质灾害。结果表明:构建的地下水水流三维数值模型可为研究区提供合理的地下水水流模拟结果,在整个模拟期共730 d中,第60、180、540和730 d的标准化残差均方根分别为4. 996%、4. 043%、6. 517%、6. 787%。以可开采水位最大降深5 m作为岩溶含水层抽取水量的约束条件,数值模型计算得到的地下水可开采量为12 997. 78×104m3。采用可开采系数法计算得到的地下水可开采量为14 015. 10×104m3。两种方法的计算结果相对误差为7. 3%,两种方法相互验证,结果较为可靠,最后提出广花盆地应急备用水源地地下水管理目标及措施。