干旱内陆区自然-人工条件下地下水位动态的ANN模型

根据我国干旱内陆区自然-人工条件下地下水系统的特点,建立了甘肃省石羊河流域下 游地下水位动态的人工神经网络模型,采用附加动量法和学习速率自适应调整策略对反向传播算法（BP）进行改造,以提高计算速度。该模型以前期地下水位、降雨量、蒸发量、地表来水量、灌溉面积、灌水定额、人口数量作为输入变量,采用缺省因子检验法分析了上述各个因子对地下水位影响的敏感性,模拟了不同灌溉发展面积及地表来水条件下地下水位动态。结果表明：研究区人类活动及地表来水是影响地下水位动态的主要因子,灌溉面积的扩大及地表来水的减少会使地下水位持续下降。模型具有较高的精度,可以较好地定量描述地下水位动态与上述各因子之间的响应关系;研究结果可应用于该地区地下水系统的管理。     

基于GIS技术的民勤绿洲地下水模型

应用ArcGIS和FEFLOW软件,建立有限单元模型,模拟分析了民勤绿洲地下水位动态变化过程.结果表明:从地下水位的动态模拟来看,典型区域计算地下水位和观测水位变化趋势基本一致,模拟效果较好;所建立的研究区地下水概念模型是合理的,对各类边界条件、渠系的概化以及相关参数的选取和分区是恰当的,模型能够较好地刻画民勤绿洲的水文地质条件.     

不同土地利用模式下绿洲地下水响应预测模拟

将GIS与专业计算地下水运动的FEFLOW模型结合,建立地下水模型预测不同土地利用模式对干旱区绿洲地下水资源的时空分布产生的影响。研究区域选取三工河流域绿洲区,模型模拟显示绿洲上部主要城镇聚居区地下水位逐渐下降,下部地下水位呈现缓慢上升趋势。耕地作为显著变化的土地利用类型,成为影响区域地下水资源的决定性因素。     

基于改进BP算法的地下水动态预测模型

运用学习率自适应动量BP算法建立了吉林西部地下水埋深人工神经网络模拟预测模型。首先利用自回归分析方法确定网络输入输出样本,而后应用“试错法”确定隐含层节点数,最终建立了6∶10∶1的ANN地下水动态模拟预报模型,最后应用VB语言依据改进BP算法编制计算程序进行模拟计算。通过对模型检验可知该模型模拟和预测精度均较高,完全可应用于地下水位动态预报。2002年以后的预报结果表明该地区地下水位持续下降,应及时加以控制。     

枣庄市地下水动态数值模拟分析

通过对枣庄市的水文、地质、地下水动态监测和特征值等资料进行分析,建立了水文地质概念模型,采用FEFLOW软件对研究区不同开采方案下的潜水含水层地下水水位的变化情况进行了模拟,并对枣庄市2017年的地下水位变化进行了预测。     

基于大坳灌区扩建地下水环境影响评价

依据大坳灌区水文地质、气象、灌溉、开采、地下水动态监测等方面的资料,在掌握灌区地下水水位动态变化机理及动态特征的基础上,建立了区域的水文地质概念模型。运用地下水数值模拟软件Groundwater Model System建立灌区地下水水流模型,对灌区地下水水位进行模拟。模拟结果表明:地下水位的计算值和实测值吻合较好,该模型可以用来对该灌区新渠系建设后的地下水位进行预测。模型预测结果为:灌区新渠投入运行多年后地下水水位大部分上升值小于0.2 m,最大上升值0.49 m,对区域地下水位总体影响不大,不会引起相应的生态环境问题。     

内陆河流域植被变化与地下水运动的耦合关系

以流域水量均衡为基础，以植被变化对地下水的影响作为源汇项，建立了内陆河流域二维地下水运动模拟模型。根据荒漠植被区的气候条件，依地下水埋深划分并合并植被变化方式为几种类型，以面状因子处理源汇项。绿洲区的灌水、抽水等源汇因子对地下水影响最大，根据不同作物的灌溉制度详细计算随时间变化的源汇量。其他植被变化类型上的源汇因子相对次要，主要是有限的降水和凝结水入渗及蒸散，具体数量分配在某一时段。用GIS处理区域植被变化的空间数据，与专业计算地下水流的FEFLOW软件结合，模拟了植被变化对地下水位的影响。结果表明：扇缘带上部地下水位仍然保持下降，冲洪积平原地下水位继续上升的趋势；其结果将是扇缘带上部植被有趋于退化，冲洪积平原土壤盐化进一步发展的趋势。     

BP网络模型在灌区地下水位动态模拟中的应用

采用误差反传算法的神经网络模型（简称BP网络）,建立了某井灌区地下水位动态BP网络模型,模拟了不同灌水量条件下地下水位的动态变化,研究结果表明模型具有较高精度,能较好地表征研究区域的地下水水位动态变化特征。     

基于BP神经网络的区域地下水位动态预测

地下水系统是一个高度复杂系统,地下水位与其影响因素之间存在非线性映射关系,人工神经网络则是处理非线性问题的有效方法。把影响区域地下水位动态的5个主要因素作为网络输入向量,地下水位本身作为网络输出向量,采用快速BP算法构造地下水位动态预测的BP神经网络模型,最后将该模型应用于河套灌区义长灌域地下水位动态预测。结果表明,BP神经网络用于区域地下水位动态预测时有较高的精度。     

干旱区扬水灌溉对区域地下水动态特征的影响分析

受季节性人工灌溉的影响,干旱扬水灌区不同运移带的地下水具有独特的时空动态特性。以甘肃省景电一期灌区为研究区,利用其1982~2011年地下水位实时监测数据,分析灌区地下水时空变化规律,探索干旱扬黄灌区不同地下水运动带的地下水动态特性。研究表明,灌区内的潜水汇聚带与潜水运移带年际地下水位具有明显的上升趋势,地势比较低洼的潜水汇聚带甚至出现地下水出露现象,而灌溉水入渗带与潜水排泄带地下水位处于相对平衡状态;灌区内不同地下水运动带年内的地下水位变化过程具有显著差异性,这种差异主要是受灌溉过程及区域局部开采共同作用影响;灌区地下水空间动态以自西南向东北运移为主。     

基于条分法的边坡演化动力学预测模型

在传统条分法的基础上,考虑降雨引起地下水位变化,采用太沙基一维固结理论描述超孔隙水压力消散,基于条块连续变形假定,提出了一种新的边坡演化动力学预测模型。该模型认为滑体内部的速度和变形具有不均匀性,条块变形引起条间力变化,结合牛顿运动定律进行滑坡动力学分析,可以模拟滑坡运动的全过程,并预测滑坡的最大滑速和滑程。采用该模型模拟了千将坪滑坡启动以后的运动过程,结果与实际基本相符。表明该模型具有较大的工程应用价值。     

潮汐对地下水波动影响的数值模拟

本文从经典的Boussinesq方程出发，在考虑浸润面影响的基础上，建立了基于有限差分法的滨海地区一维地下水运动数值模型。通过将潮汐运动概化为正弦波，模拟了滨海地区地下水水位随潮汐波动的变化。结果显示，地下水水位的波动相对于潮汐波动来说具有不对称性、振幅衰减以及相位滞后等特征。通过比较受潮汐影响的地下水平均水位与不考虑潮汐影响的地下水水位发现，实际的地下水平均水位要高于未考虑潮汐影响的地下水水位。最后数值模拟了浸润面的形成和消失的过程。     

FEFLOW模型在区域水资源优化配置中的应用

结合北京市水资源工作的实际,运用FEFLOW模型对地下水水位时间和空间变化情况进行分析,并将其应用于水资源配置方案比选,水源热泵井群布局,温度场影响预测及地下水溶质运移等方面,对于FEFLOW软件在地下水的研究应用有着科学的借鉴意义。     

时间序列分析在地下水位动态预测中的应用

运用时间序列分析理论,结合SPSS统计分析软件对贺兰县地下水位动态变化进行了模拟和预测。结果表明:研究区地下水位年际变化无明显上升或下降的趋势,这表明研究区地下水补径排条件近年来变化不大。受灌溉和降雨的影响,研究区地下水位变化主要表现为一年的显著周期。将时间序列分析方法应用于地下水位动态预测,可以了解地下水位的变化趋势和周期性。该法计算简单,所需资料较少,短期预测精度较高。但是在实际应用时,数据需要不断及时更新。同时由于没有考虑地下水流系统的动力学机制和未来突变情况,应用时受到了一定限制,还需进一步完善。     

不同降水情景下天津市地下水位的时空变化特征

为了定量模拟和评价不同降雨情景下天津市不同含水层地下水位时空变化情况,通过对天津市水文地质条件的分析和已获取的资料建立地下水系统的三维数值模拟模型,并利用已知的地下水位动态数据对模型进行拟合与检验,确定模型的可靠性。然后利用模型对常态条件下(地下水开采量维持不变,50%频率下的降水量)和极端气候条件下(地下水开采量维持不变,95%频率下的降水量)天津市地下水位的时空变化特征进行预测和评价,分析不同含水层地下水位对两种情景的动态响应机制。结果表明:两种方案下10 a后的地下水流场特征较为相近,地下水流向也基本一致,地下水位均有所下降,在开采量不变情况下,降水量的减少对承压含水层的影响较为有限。     

玛纳斯河流域山前平原区地下水系统模型研究

新疆干旱少雨，冰川融水季节性较强，要满足工、农业的快速、持续发展，需合理有效地开采、利用地下水资源。玛纳斯河流域周边地区经济发展较快，以灌溉为主的农业生产及工业发展更离不开水资源的供给。本文分析了玛纳斯河流域平原区地下水资源赋存特点，依据开采区含水层水文地质特征，在对研究区边界及初始条件进行合理概化基础上建立了地下水系统模拟模型。考虑到地下水资源动态变化受人工开采型、水文-人工开采型、气候型等混合形式影响的特点，将水资源补给、排泄项划分到7个时段，研究区划分为620个单元和339个结点，采用有限元方法对模型进行数值离散，在边界条件及垂向水交换量进行动态模拟基础上对潜水和承压水非稳定流动态流场进行了拟合，拟合结果中误差小于0．5m的结点数超过总结点数的85％。得到了该区地下水系统水文地质参数，实现了地下水开采较大的冲洪积扇区较高精度的水资源动态模拟，同时为水资源变化预报预测提供了可靠参数及模型基础。     

FEFLOW在模拟大区域地下水流中的特点

大区域(大尺度空间范围上的)地下水系统通常由不同的地貌单元组成,水文地质条件复杂,建立地下水流模型的目的和要求、水文地质结构、流场、参数分区、各种补排项概化和处理方面与小区域模型有较大的差异,因此建模的准则也不同.FEFLOW对含水层分层、单元剖分、离散点插值、数据转换、边界条件赋值、河流边界、含水层均衡项等处理的特点,提高了建立地下水流模型的效率,使它更加适宜于建立大区域地下水流模拟模型.     

Method of coupling 1-D unsaturated flow with 3-D saturated flow on large scale

A coupled unsaturated-saturated water flow numerical model was developed. The water flow in the unsaturated zone is considered the one-dimensional vertical flow, which changes in the horizontal direction according to the groundwater table and the atmospheric boundary conditions. The groundwater flow is treated as the three-dimensional water flow. The recharge flux to groundwater from soil water is considered the bottom flux for the numerical simulation in the unsaturated zone, and the upper flux for the groundwater simulation. It connects and unites the two separated water flow systems. The soil water equation is solved based on the assumed groundwater table and the subsequent predicted recharge flux. Then, the groundwater equation is solved with the predicted recharge flux as the upper boundary condition. Iteration continues until the discrepancy between the assumed and calculated groundwater nodal heads have a certain accuracy. Illustrative examples with different water flow scenarios regarding the Dirichlet boundary condition, the Neumann boundary condition, the atmospheric boundary condition, and the source or sink term were calculated by the coupled model. The results are compared with those of other models, including Hydrus-1D, SWMS-2D, and FEFLOW, which demonstrate that the coupled model is effective and accurate and can significantly reduce the computational time for the large number of nodes in saturated-unsaturated water flow simulation.