地表河网-地下水流系统耦合模拟Ⅰ：模型

本文通过采用联立求解地表河流一维明渠非恒定渐变流与地下水拟三维非稳定流运动方程的技术路线，提出了地表河网与地下水流耦合模拟算法。该算法中地表河网流动分别由质量和动量守恒定律而建立的连续性方程和运动方程所组成；地下水流采用多层“拟三维”非稳定流模型，通过彼此间的水力联系，建立了地表河网-地下水流耦合模拟评价模型，该模型可用于地表水与地下水转化关系较为密切地区的水资源综合评价预测中。     

区域地下水开采与地面沉降控制三维全耦合数值模拟

针对第四纪松散沉积层中地下水开采所引起的地面沉降问题,以比奥固结理论为基础,考虑到土体的非线性特征及土体的渗透性随应力状态的动态变化,引入邓肯-张非线性模型和渗透率动态模型,将地下水渗流场和土体应力场耦合起来,并以江阴市浅层地下水开采为例,建立了浅层地下水开采与地面沉降三维全耦合数值模型.在对模型进行校正、识别的基础上,以第Ⅰ承压含水层未来10年内地下水位埋深不低于含水层顶板埋深一半,地面沉降量不超过50 mm为约束条件,预测了江阴市各镇的地下水可采资源量以及地面沉降量.实践表明,该模型不仅稳定性好,且收敛速度快.     

基于地表-地下水文过程模拟的农业灌溉开采量估算

通过发展新安江模型中非饱和带、饱和含水层水量平衡计算及入渗补给、潜水蒸发、河流-地下水水量交换动态模拟功能,在对作物灌溉需水量的估算基础上,利用河流流量和地下水埋深观测资料进行模型反演,实现对灌溉开采量的估算。在淮北平原沙颖河流域井灌区应用表明,该方法不仅较好地模拟河川径流和地下水埋深动态变化,而且较好地估算出灌溉开采量动态变化过程及其对地下水埋深的影响。地下水开采量估算及地下水位动态变化对地下水控制管理具有重要价值。     

基于联系隶属度的城市需水量预测模型

城市需水量预测是生态城市规划与管理的基础,但受诸多不确定因素影响,是一个复杂的预测难题。为能定量统一表达预测年份需水量各影响因素间及与历史数据间的交叉、交融的确定和不确定关系,在此应用有序聚类理论与集对分析的耦合方法,提出了基于联系隶属度概念的城市需水量预测模型。该模型首先基于城市需水量历史数据进行最优分割聚类,应用联系隶属度对预测年份需水量的影响因子与历史数据关系进行同异反分析,并构建相似模型预测相应年份的城市需水量。实例应用及与其他方法对比的结果表明,该模型应用于城市需水预测是有效可行的。     

气候变化背景下流域生态需水预估−以好溪流域为例

为探究未来气候变化对流域生态需水量的影响,保障河流生态需水量,针对好溪流域进行生态需水量计算 及预测。基于好溪流域气象数据及下垫面条件建立流域生态需水模型,并根据 GF1-WFV 遥感影像数据订正后的 地表反射率和作物种植结构提升模型模拟精度。选择 CanESM2气候模式下的 RCP2.6、RCP4.5 和 RCP8.5 这 3 种 排放情景,建立气候变化背景下流域生态需水预测方法,计算现状年并预测未来年份的生态需水量及生态需水保 障程度。结果表明,基于光学遥感影像进行数据订正后,模型模拟精度有所提升,率定期的模型精度 R2从 0.80 提 升为 0.85,验证期的 R2从 0.75 提升至 0.78。应用提升精度后的模型进行生态需水预测,在 RCP2.6、RCP4.5 和 RCP8.5 情景下,2025—2100 年的年均生态需水分别增加了 0.27 亿、0.21 亿和 0.29 亿 m3,其中 RCP8.5 情景下生态 需水保障程度最高,RCP4.5 情景下生态需水保障程度最低。     

河流上的洪道演变与基岩侵蚀耦合模拟

文章运用新的数值模型SRH-2D来模拟冲积河流中的垂直和侧向联合侵蚀,创新性地将地质河流模型与基岩侵蚀模型耦合,以预测冲积侵蚀和基岩侵蚀.研究结果得出,地质-河流-基岩耦合模型能够准确地捕捉主要的侵蚀和沉积模式,提高了河道侵蚀模型的精确性,在定性预测未来河道侵蚀情况方面具有一定优势,并可用于分析不同施工方案对河流稳定性...     

美国大陆地表径流渗入地下蓄水层的潜在水量分析

正河流一般会与周围地下含水层进行水体交换。当地下水水位低于周围地表水水位时,地表径流会渗透通过河床,补充地下蓄水层水量。地表径流与地下水的交换对于水资源利用、河流生境以及生态流量等至关重要。然而,在美国大陆范围内地表径流损失很普遍,现场监测却不够。对美国大陆420万水井水位进行了分析,结果表明:近2/3(64%)的水井水位低于附近地表水水位,当渗透率达到一定值,地表水将渗入周边地下含水层。     

三江平原挠力河流域地下水流数学模型的建立及仿真

以三江平原挠力河流域作为研究对象,根据挠力河流域的地质和水文地质资料,建立了挠力河流域水文地质概念模型.在水文地质概念模型的基础上,建立了挠力河流域地下水三维数学模型,并采用国际通用的地下水数值模拟软件Visual Modflow进行求解.用改进BP神经网络模型预报降水量和蒸发量,用Elman小波神经网络预报地下水开采量,实现确定性模型和随机模型的耦合,建立了地下水确定性-随机耦合模型.采用该模型对2020年挠力河流域地下水位流场进行预测.结果表明,2007-2020年挠力河流域地下水系统水位平均降深1.48 m,平均年降深0.1057 m.     

基于灰色理论的区域需水量预测研究

针对区域水资源可持续开发利用研究中未来年份区域需水量估计预测问题,建立了基于灰色理论的区域水资源需水量预测模型.奎屯市需水量预测值与实际值对比分析,及数理统计检验中的后验差检验结果表明,该模型可用于区域水资源需求量预测.     

基于模糊神经网络的区域需水预测计算模型

将神经网络和模糊理论相结合建立模糊神经网络模型，从模糊神经网络角度并运用灰色系统理论对区域需水量进行预测，通过应用于盐城市在未来2010年需水预测的实例，计算分析结果表明该模型具有良好的可行性和合理性，可以借此深人分析外生变量与区域需水量之间的关系。     

灌区水资源实时优化调度

根据实时调度原理及农业水资源配置特点，建立了分层耦合的水资源实时优化调度模型，该模型包括供需水中长期预测、中长期优化配置、供需水实时预报、短期渠系配水和基于模糊识别的实时修正5个模块，应用该模型可实现对预报、决策、实施、修正的滚动向前调度。在中长期优化调度模块中提出了利用模糊聚类和马尔科夫时间序列的预测方法对有效降水量进行预测，并根据预测的年型计算作物需水量和地下水可开采量。实例计算表明，应用该模型实行的实时优化调度与各种供水已知情况下的理想最优调度方案偏差较小。     

傍河水源地地表水地下水转化SFR模型的应用

傍河水源地开采地下水是一个地表水与地下水转化的复杂过程。目前,模拟傍河开采量的数值模型常把河流概化为第一类定水头边界或河流边界。第一类定水头边界处理把河流概化为无限补给水源,对季节性河流来说明显不切实际,而河流边界不具备SFR模型的汇流功能。为弥补第一类定水头边界模型及河流边界模型对地表水与地下水转化量计算精度不够的缺陷,采用SFR模型概化白马河-吉利河,设置河床与地下水之间的河床水力传导系数、河床厚度、水深及断面形状等,将SFR模型与MODFLOW模型进行耦合,计算丰、平、枯水期河流流量与上下游水位,建立SFR地表水与地下水耦合模型。分别使用第一类定水头边界模型和河流边界模型概化河流,将SFR耦合模型、第一类定水头边界模型及河流边界模型的模拟结果进行对比,结果表明SFR耦合模型在表达丰、平、枯水期地表水与地下水转化关系及转化量计算方面更为准确。按SFR耦合模型、第一类定水头边界模型和河流边界模型计算的研究区地下水可开采量分别为2 779万、3 511万、2 576万m~3/a,SFR耦合模型模拟结果与研究区已知的地下水可开采量2 870万m~3/a更为接近,所得结论更为合理。     

RD预报模型在渠井结合灌区地下水位动态预测中的运用

陕西省泾惠渠灌区是一个典型的渠井结合灌区。以Visual Modflow地下水数值模拟软件为开发平台,在建立的灌区地下水数值模型的基础上,利用时间序列及神经网络等理论,建立了基于随机——确定(random-determination简称RD)耦合方法的地下水预报模型,并对灌区未来10年的地下水位动态进行了分析和预测,以指导灌区未来地下水资源可持续开发利用。     

灌区地表水与地下水联合调控分析

地下水过度开采会导致地下水漏斗,并导致地表沉降等恶劣的环境问题。井渠联合调控模型可以科学地调控地下水和地表水,合理解决不同用户间的竞争用水,提高水资源分配率。阿克苏河灌区位于我国西北地区,由于当地缺乏科学的水资源调控,导致地下水过度开发,威胁到当地经济的发展。通过灌区地下水进行数值模拟和均衡计算,提出一种地下水与地表水联合调控模型,对当地水资源优化利用具有重要意义。同时预测了2020年当地各部门需水量,研究结果可以指导当地水资源合理配置。     

九江市城区地下水含水层三维可视化研究与实践

通过对研究区地质与水文地质条件的调查与分析,利用GMS软件建立九江市城区地下水含水层地层结构模型,并且对软件的实际应用与数据处理进行阐述.根据模拟结果对区域地质与水文地质条件进行评价,对含水层结构、含水层的富水性与补给条件进行了分析,并且判断了含水层的边界条件,为九江市地下水水资源开发与利用以及应急水源地建设提供科学依据.     

SWAT-MODFLOW 耦合模型 在地下水量均衡分析中的应用

利用地下水-地表水半松散耦合数值模拟方法, 选取北京市苏密怀地区为典型地区, 以长时间序列 SWAT 模型获取的平原区地下水补给量和山区对平原区地下水补给量作为传递变量, 分别代替 MODFLOW 模型中降雨入 渗补给量和山前侧向补给量的研究思路, 建立半松散式 SWAT2MODFLOW 耦合模型, 利用地下水位校验耦合模型 并对苏密怀地区地下水水量平衡进行分析。结果表明: 该方法可以提高地下水模型的精度, 耦合模型较传统算法计 算得到的降雨入渗补给量减少了 01 54 亿 m3 / a, 反映出当下垫面条件发生变化和包气带厚度增加时, 含水层的降水补给量减少。本研究为水资源的准确评价提供技术支持。     

穿越管道滑坡地表位移预警阈值及预警模型研究

为了解决管道穿越滑坡区地表位移预警阈值难以确定的问题，运用弹性地基梁模型和滑坡位移控制方法推导了滑坡区管道位移和应力力学模型，获取了管道能承受的最大位移；通过管道最大位移和地表位移的耦合关系，定量化确定了滑坡地表位移预警阈值计算方法；结合地下水预警阈值与管道应力阈值，构建了管道滑坡多因素耦合预警模型；并将其运用到贵州K0937+050管道滑坡灾害。结果表明：K0937+050滑坡灾害地表位移蓝、黄、红色预警阈值分别为15.00,232.74,508.32 mm,地下水各级阈值为0.63,1.73,2.28 m。现场监测数据显示，地表位移达到29.978 mm,触发蓝色预警，地下水位高度为1.80～2.10 m,达到黄色预警，综合预警级别达到关注级。根据地表位移动态预警、地下水预警与管道应力预警构建的管道滑坡灾害动态耦合预警模型，能在一定程度上为管道滑坡灾害提供合理的预警，保障管道安全运行，提高预警成功率。     

吉林市城区水资源联合调度模型设计研究

吉林市城区水资源联合调度通过地表水、地下水联合调度完成。利用水资源配置模型进行水量调度,模型根据第二松花江城区段当前水量、地下水可开采量与未来时段用水要求,在预测来水基础上,通过水量平衡计算,给出吉林市各水厂供水量、地下水抽水量、市界断面过水流量、供水区可供水量与亏水量等相关调度建议,利用模型模拟,完成吉林市城区水资源联合调度。     

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。     

基于模糊神经网络的区域需水预测计算模型

将神经网络和模糊理论相结合建立模糊神经网络模型,从模糊神经网络角度并运用灰色系统理论对区域需水量进行预测,通过应用于盐城市在未来2010年需水预测的实例,计算分析结果表明该模型具有良好的可行性和合理性,可以借此深入分析外生变量与区域需水量之间的关系。