抽-灌同轴非完整井承压层非稳定流模型及解析解

对承压含水层在抽-灌同轴非完整井的抽、灌水作用下产生的地下水三维非稳定流建立了数学模型,应用Laplace变换、分离变量法以及井周边界条件傅里叶级数延拓的方法,推导得到考虑越流补给、各向异性条件以及在周期性循环抽水和灌水作用下的地下水水位变化的解析表达式。该解能够退化为考虑越流条件的Hantush非完整井流解析解、第一类越流定流量完整井解和Theis公式。通过算例,在恒定抽水和灌水速率情况下,分析了灌水与抽水速率比、灌水井滤壁长度对承压层水位变化规律及其沿厚度方向和径向分布的影响;在周期性抽水和灌水条件下,分析了承压层水位周期性波动变化的一些规律。     

基于遗传算法的水源热泵系统抽灌量优化配置

抽灌井设计是水源热泵系统设计中的关键环节之一,但目前对抽水量和回灌量的配置仍依据经验而行,导致运行成本较高。针对该问题,本文利用抽水和回灌现场试验资料,根据抽水井和回灌井的实际布局情况,建立了不同抽灌模式下水源热泵系统运行能耗最小的数学模型,利用遗传算法求解数学模型以实现抽灌量的优化配置。研究表明:水源热泵系统抽灌井施工完毕后,可根据水文地质条件及管道布局情况来优化配置其抽灌量,以实现低能耗运行;遗传算法具有适应性强、全局优化能力高和参数拾取方便的优点,可用于水源热泵系统抽灌量的合理调配;优化确定的以井5为抽水井、井1和井2及井4为日常回灌井、井3为备用回灌井,井5抽水量为90 m~3/h,井1、井2、井4回灌量分别为42.5 m~3/h、33.4 m~3/h、14.1 m~3/h,为生产中科学快速调度抽灌模式提供了依据。     

不同进水流速对泵站进水池漩涡的影响

为探究泵站进水流速大小与泵站进水池水流流态、漩涡的产生与发展变化规律,结合泵站实际运行情况,建立引渠、前池、进水池和进水管的泵站物理模型和湍流数学模型,采用VOF模型和非定常的SST k-ω湍流模型对9种不同流速的泵站进水水流特性进行数值模拟,分析不同进水流速的泵站进水池水流流场分布、漩涡涡量的变化及分布规律。研究结果表明:当进水流速为0.322 2～0.564 2 m/s时,泵站表面漩涡的强度随进水流速的增大而增强:当进水流速为0.322 2～0.401 6 m/s时,进水池出现Ⅲ、Ⅳ型漩涡;当进水流速为0.483 5 m/s时,进水池出现Ⅴ型漩涡;当进水流速为0.520 8～0.564 2 m/s时,进水池出现Ⅵ型漩涡。将数值计算结果与模型试验结果进行对比,两者基本吻合。研究结果可为泵站工程设计提供参考。     

基于遗传算法的串联梯级泵站扬程优化分配

为实现引江济淮工程(安徽段)江水北送段的高效运行,以引江济淮工程江水北送段输水系统为研究对象,采用基于遗传算法构建的梯级泵站扬程优化分配模型,开展串联梯级泵站扬程优化分配研究。分别对设计和非设计工况下江水北送段输水系统的运行方案进行分析计算。计算结果表明:设计工况下优化后分配方案总效率较设计现状方案提高2.86%,说明模型优化后的方案可进一步提高梯级泵站的输水效率,为实现串联泵站输水系统科学、合理调度提供很好的科学支撑。     

Dobbins模型参数识别反问题的导数-正则化方法

Dobbins模型是水质模拟和水质规划中经常使用的BOD-DO耦合模型。本文即以此模型为基础，依据数学物理反问题理论，构造了BOD-DO耦合模型有关分布参数的反演问题。并与复合形优选方法进行对比，证明了本文提出的水质参数FR反演辨识方法的有效性和避免多参数时维灾问题，为水环境参数提供了新的方法和思路。     

基于水动力河网模型的引江泵站规模论证研究

以江苏省南通市引江供水区为例,建立了水动力河网模型,论证了新建泵站的必要性和泵站规模。研究结果表明:仅靠目前五大引水闸自流引江不能满足规划用水的要求;泵站规模越大,抽水量越大,但泵站规模大于180 m~3/s时,内河最低水位的抬高会导致水闸自流引江时间、引水量相应减小,而自引、抽引总水量增加并不明显。从增加供水量、抬高河网水位和影响水闸自流引江量多个方面进行综合考虑和分析,认为新建规模为150 m~3/s的九圩港泵站经济、合理且可行,满足规划用水要求。计算结果较好地反映了滨海感潮河网地区长江潮位、水闸自引、泵站抽引以及河网输水能力与内河水位之间的复杂关系,可为类似区域供水工程的设计提供技术参考。     

河流水质纵向弥散系数反问题的迭代算法

以函数逼近和Tikhonov正则化为基础，利用算子识别摄动法、线性化技术，建立了河流水质纵向弥散系数反问题的迭代算法，并给出了计算实例，其结果表明，该方法具有数值精度高，稳定性好，收敛速度快，整个参数反演过程可以程序化，由计算机完成等优点。值得在实际工作中采用。     

Modeling of Groundwater Artificial Recharge by Reactivating an Old Stream Bed

This paper refers to the development and verification of a groundwater artificial recharge model in Xanthi plain, Thrace, Greece. The relative geological and hydrogeological research of the study area is described, as well as the artificial recharge application by reactivating an old stream bed of Kosynthos River, since 1994. The simulation of the aquifer system of the study area was achieved by the use of MODFLOW and involves both the model calibration and prediction of the aquifer system response. The verification of the 9-year-period model prediction for the first 7 years (1995–2001) proved successful, while the respective procedure for the last 2 years, 2002 and 2003, could not result in acceptable estimations.     

鸡冠石污水处理厂进水泵房模型试验与设计优化

通过大型城市污水泵房水力模型,进行集水池的流态观察和流场测试,管路的水力损失试验,抗吸气性能试验,集水池、出水井的浪涌试验,组合开泵运行性能试验等,提出了污水处理厂进水泵房设计的优化措施。使运行更稳定,流态更合理,并进行了优化方案的验证。在水泵组合运行时增加了流量,提高了效率。     

傍河取水越河稳定渗流问题的三维数值模拟研究

以非完整河(渠)旁完整井列抽水的理想化实际模型为基础，建立起该模型的三维稳定渗流数学模型，采用有限差分法求解了各种不同情况下此模型的数值解。根据求解结果认为，在非完整河(渠)旁抽取地下水会产生越河(渠)渗流问题，河流(渠)的宽度、河流(渠)的完整性以及河底弱透水层的渗透性都会对越河渗流问题产生重要的影响，对这类问题的求解应采用三维渗流数学模型     

基于水足迹与水-能源-粮食关联关系的提水灌溉系统种植结构优化

灌溉系统是农业生产与用水的关键载体,其水-能源-粮食关联关系的协调性对区域可持续发展有重要影响。相较于传统的灌溉水高效分配研究,水足迹理论明晰了农业生产水资源消耗总量及其利用类型。针对提水灌溉系统水资源、能源供需配置不紧密及其生态影响考虑不全面的问题,联合水足迹理论与水-能源-粮食关联关系,统筹社会、资源、生态和经济多维系统,构建了考虑水资源调配、农业生产用水及粮食生产转移全过程的提水灌溉区种植结构多目标优化评价模型。将该模型应用于涟水灌溉区,通过调整粮食作物(水稻、小麦、玉米和大豆)的种植结构,运用Topsis方法对比评价了现状和优化配置情况的相对贴近度。优化结果表明：在保障粮食安全的基本前提下,应增大玉米的播种面积,减少大豆的播种面积;相较于现状,优化后的年均粮食单方水经济净效益提升4.0%,作物碳足迹在农作物种植基线改变时呈现下降态势,且2018年优化后的碳足迹降低79.5 kg。优化方案的相对贴近度均大于现状,对促进提水灌溉系统资源高效利用和农业可持续性具有可靠的支撑作用。     

基于有限元法和逐步回归法的泵站位移统计模型构建方法

由于大部分的泵站地基不是岩基,通过传统的力学方法无法得到较为准确的泵站位移统计模型,计算较为困难。因此,基于大坝变形统计模型构建的理念,提出了基于有限元-逐步回归分析的泵站位移统计模型构建方法。该方法以逐步回归为基础,通过有限单元法来确定统计模型中与水压分量有关的各个因子,再根据监测资料来确定温度分量和时效分量里的各个因子,从而得到较为准确的泵站建筑物位移统计模型。经南水北调东线某泵站验证表明,泵站实测的水平、垂直位移与三维有限元-逐步回归分析得出的结果基本一致,进一步表明,采用的统计模型用于泵站的位移分析是可行的。基于有限元-逐步回归法的泵站位移统计模型拟合效果较好,拟合精度较高,为泵站监测资料分析提供了新思路。     

市政泵站雨天排放对黄浦江、苏州河水质的影响

为研究市政泵站雨天排放对受纳水体水质的影响程度,利用一维河网水量水质模型和管网模型进行耦合计算,分析黄浦江、苏州河沿线73座市政泵站在不同典型降雨时段溢流排放时,对黄浦江和苏州河的水质影响程度进行了定量化研究。结果表明：雨天市政泵站排放对黄浦江和苏州河的水质浓度有不同程度的影响,越靠近中心城区的河道水体污染物浓度升幅越大,降雨量越大对水体的水质影响也越大;要降低市政泵站雨天排放对黄浦江、苏州河水质的影响,需采取工程措施和非工程措施综合措施来进行治理。     

三峡库区木鱼包滑坡不同库水升降速率变形响应离心模型试验研究

本文采用地表位移监测和离心机模型试验研究了木鱼包滑坡在不同库水升降速率条件下的变形响应规律,取得以下认识:(1)木鱼包滑坡在重力和库水等因素作用下,促滑段不断挤压抗滑段而发生推移式蠕滑变形.(2)木鱼包滑坡变形主要受库水位高程和升降速率影响,降雨对滑坡的变形影响有限.165 ～ 175 m水位时,较高的库水上升速率才能...     

节水控盐灌溉制度的优化设计

本文根据作物水盐动态响应函数，分析了作物生长与土壤水盐运动关系，建立了节水、控盐、高产灌溉制度优化设计模型，为节水灌溉和微咸水利用提供了决策依据。实例分析表明，本文提供的模型及方法是合理的；实施节水、控盐灌溉制度能带来明显的经济效益和环境效益。     

基于平面二维水质模型的潮汐河流污染源反演

根据潮汐河流的水动力及污染物输运特点,采用二维非稳态水动力、水质模型构造污染源控制反问题,在确保控制点水质达标的前提下,通过对污染源进行反演控制,实现总负荷量最大与污染负荷最优分配的目标。以长江小河口—十二圩段为例,对反演方法进行验证。结果表明,反问题计算结果是可信的。     

泵站进水流道三维紊流数值模拟及水力优化设计

采用直接求解三维雷诺平均Ｎ－Ｓ方程和标准ｋ－ε紊流模型方程组的方法，对大中型泵站进水流道内的流场进行了数值模拟，并进而对具有复杂几何形状的进水流道进行了水力优化计算，经模型试验验证，说明水力优化设计的进水流道获得了十分优良的水力性能。     

推求Gardner-Russo持水曲线模型参数的简单入渗法

本文基于水平一维非饱和土壤水分运动规律,推求了Gardner-Russo持水曲线模型参数,获得了水平一维非饱和土壤水分运动中累积入渗量、入渗率、湿润峰、入渗时间之间的理论关系。用模拟的结果进行拟合,其决定系数为 0.9969～0.9997。当获得土壤饱和体积含水率、初始体积含水率、残余体积含水率和土壤饱和导水率,基于这些理论关系实现了Gardner-Russo模型曲线特征参数的求解。利用数值模拟数据和实验数据检验该方法,将用此方法估计的参数值与理论值进行比较,并进行了模型中参数的敏感性分析,结果表明本研究所求得的参数有较高的精度,为土壤水分运动参数求解提供了一种简单的土壤水分瞬时入渗法。     

排渗失效下尾矿库溃坝三维模型试验研究

针对尾矿库渗透破坏模式,为克服二维试验槽边壁效应对模型渗流走向及溃决位置的影响,本文以某尾矿库为原型,基于自主设计的三维尾矿库溃坝模型试验平台,进行了排渗设施失效诱发的尾矿库溃坝模型试验研究,揭示了该尾矿库的溃决模式及溃决机理。结果表明：(1)排渗失效导致的溃坝呈现局部流土破坏-坝体累计变形-深层滑动面发展贯通-整体突发失稳的渐进伴突发型溃决演化模式;(2)坝体孔隙水压力骤变是坝体发生滑动破坏的关键响应指标,预示着坝体将在短时间内由滑动体前后缘局部散浸软化、流土、塌陷转变为大范围溃决,可作为坝体溃决事故的前兆信息;(3)排渗失效导致的尾矿库溃坝过程具有渐进性和突发性的特点,发生散浸与流土破坏的过程时间较长,发生深层滑动和溃决的时间短暂,该特征可为尾矿库渗透破坏隐患治理及坝体溃决应急响应提供参考。研究结果对尾矿库溃坝的灾害预防具有重要的现实意义。     

基于区域水环境治理的泵闸调度优化

由于历史的原因,铁路、高等级公路的建设阻断了水系的通畅,同时随着城市化进程的加快,使上海嘉定蕰南中部地区的水生态环境不容乐观。为了改善该区域的水环境,嘉定区水务局于2013年进行了蕰南中部地区原型调水试验,试验结果没有达到预期目标。为了解决原型调水试验中出现的泵闸配置不合理的问题,提出了经济合理的泵闸调度运行方案,通过建立水动力计算模型以及一维非恒定流方程组来模拟河流或河口的水流状态,并对比原型调水试验,模拟多种工况下的泵闸调度;同时,采用历史水文资料对模拟调度结果进行验证,最终模拟出了水动力最大化的调度方案。研究成果不仅可为政府决策部门对嘉定蕰南中部地区这一独立区域的后续水利控制工程建设提供参考,还可以为常态化的水资源调度方式提供依据,具有较广泛的意义。