裂隙介质水流与溶质运移数值模拟研究综述

在介绍裂隙介质中的水流运动及裂隙介质溶质运移规律的基础上,总结了多种用于概化裂隙岩体的模型及数值方法,介绍了各模型相应的模拟软件如TOUGH2与FRSCMAN的发展及应用,指出裂隙介质中地下水运动及溶质运移数值模拟研究仍处于探索阶段,方法与技术均不成熟,机理研究、数值模拟方法等方面有待进一步发展。     

李官堡水源地地下水流场数值模拟及预测

随着工业规模的发展,各城市都面临着地下水资源如何科学利用的难题,北方缺水城市沈阳李官堡水源地就面临着新增工业造成的用水压力,如何对该水源地的水资源进行科学评价是合理取用水的前提。在对模拟区范围、边界条件和孔隙水介质进行概化和对水文地质参数及其他参数确定的基础上,将该区域地下水流系统概化为均质、各向同性、二维、潜水非稳定地下水流系统,运用GMS模型软件对研究区的地下水流场进行了数值模拟预测。通过模型识别和可靠性分析认为,所率定的模型参数符合实际且模型边界条件合理;预测认为该区域地下水资源量不能满足新增企业用水量9.8万m3/d的需求。该评价方法不仅具有应用和推广价值,而且具有为地下水资源科学规划提供科学依据的重要作用。     

李官堡水源地地下水流场数值模拟及预测

随着工业规模的发展,各城市都面临着地下水资源如何科学利用的难题,北方缺水城市沈阳李官堡水源地就面临着新增工业造成的用水压力,如何对该水源地的水资源进行科学评价是合理取用水的前提。在对模拟区范围、边界条件和孔隙水介质进行概化和对水文地质参数及其他参数确定的基础上,将该区域地下水流系统概化为均质、各向同性、二维、潜水非稳定地下水流系统,运用GMS模型软件对研究区的地下水流场进行了数值模拟预测。通过模型识别和可靠性分析认为,所率定的模型参数符合实际且模型边界条件合理;预测认为该区域地下水资源量不能满足新增企业用水量9.8万m3/d的需求。该评价方法不仅具有应用和推广价值,而且具有为地下水资源科学规划提供科学依据的重要作用。     

地下水流模型的建立——以华北平原为例

地下水流模型是辅助地下水资源量评价的一种工具,采用的建模方法主要是有限元法、有限差分法和边界元法。基于有限元法的地下水流模型包括地下水概念模型、数学模型、数值模拟模型3部分。概念模型建立包括含水层结构概化、研究区边界概化及水力特性确定3个步骤;数学模型和数值模拟模型建立包括数学方程式描述、区域剖分、定解条件处理、源汇项、水文地质参数确定、模型识别与检验及水量均衡分析7个步骤。以华北平原地下水流模型为例,阐述建模过程。     

地下水系统数值模拟的研究现状和发展趋势

综述近几年国内外地下水系统数值模拟领域在思维方法、数学工具和计算机软件技术等方面的研究现状,分析了国内外在确定地下水系统数值模拟模型的不确定因素、应用3S技术和数值模拟软件的情况,提出了存在的问题,强调多学科模型的耦合及对水文地质参数研究和基础资料获取的重要性,指出计算机技术的深入应用、三维数值模型的建立和多种模型的耦合是未来发展方向。     

锦州某地下水封洞库工程渗流场数值分析

以锦州某地下水封洞库工程为例,对研究区的水文地质条件、洞库结构和人工水幕系统进行了概化,建立了地下水封洞库在无水幕、有水平水幕、有水平水幕和垂直水幕3种条件下的三维地下水渗流数值模拟模型,模拟了地下洞库周围的地下水渗流场;利用建立的地下水渗流数值模型预测了3种条件下洞库周围地下水等水位线扩展情况及洞库上方地下水位变化情况等,并对结果进行了对比分析。由分析结果可知,有水平水幕和垂直水幕条件下的地下水等水位线扩展范围和速度比其他2种条件小,因此人工水幕系统在保证地下水封洞库工程有效性和储油安全性以及保护洞库周围地下水环境等方面起到了重要作用。     

GMS在矿坑涌水对区域地下水环境影响分析中的应用

GMS软件是一套专门用于模拟孔隙介质中地下水流动的三维有限差分数值模拟软件。根据研究区水文地质条件,通过GMS地下水数值模拟软件,搭建矿区地下水数值模型。应用模型,预测在矿区正常生产条件下,矿坑排水造成矿区及周边地下水水位的变化,分析水位下降周边地下水环境影响。并预测矿停采后地下水水位恢复到初始状态所需时间,为环保措施的制定提供依据。     

地下水数值模拟与可视化建模系统框架研究

针对现有孔隙地下水有限元数值模拟在三维可视化与空间分析等方面存在的不足,以有限元数值计算方法和3D GIS平台为基础,结合GIS空间分析算法和计算机图形学理论,提出了孔隙地下水有限元分析过程的概念模型的构建、含水层介质的空间离散、水文地质参数提取与赋值等关键步骤,给出了孔隙地下水有限元数值模拟过程在3D GIS下的实现方法和技术框架。该技术框架旨在简化有限元分析流程、优化模型计算效率、实现地下水有限元数值模拟过程及计算结果的三维可视化。结果表明:基于3D GIS构建的三维水文地质模型,可充分反映地下水系统在3D空间上的分布特征,形成合理的水文地质概念模型,所提出的自适应格网动态生成机制,能够有效改进有限元数值模拟精度和效率。     

基于GIS的地下水流数值模拟

地下水流数值模拟模型能够模拟地下水动态特征，地理信息系统（GIS）具有强大的空间数据处理与分析功能，建立地下水流数值模拟模型与GIS的集成系统，将有助于对地下水流模拟模型的推广应用和决策分析。充分利用GIS的空间分析功能及其可视化表达能力，研究了地下水流数值模拟过程中的模型建立、计算区域的确定和网格生成、计算参数赋值、模型的识别和验证、模型模拟预测的可视化表达方法。     

丰县地下水超采区评价及压采可行性研究

丰县是江苏省水资源严重缺乏的县市,地下水是主要的供水水源。本文在分析丰县地下水资源现状的基础上,采用地下水数值模拟技术对地下水超采区现状进行评价,指出了地下水超采导致的一系列环境地质问题。针对丰县地下水超采状况,结合地下水压采目标和方案,利用已建立的地下水评价模型对压采效果进行评价,评价结果显示:在地下水压采方案下,地下水降落漏斗将得以控制和恢复,地面沉降状况得到有效缓解。最后提出了实现地下水资源可持续利用的措施建议,为地下水资源的合理开发利用提供了依据。     

地下水中的惰性气体古气候研究进展

鉴于地下水中溶解的惰性气体是恢复地下水入渗补给时期温度和湿度信息的理想介质,简述惰性气体古温度计的原理,介绍了3种主要的惰性气体解释模型(UA模型、PR模型和CE模型),重点论述了地下水中溶解的惰性气体在国内外古气候(温度和湿度)研究方面取得的进展和存在的主要不足,指出惰性气体古气候研究工作今后应在模型解释和地下水测年方面进行改进和完善。     

Multilayer Feed Forward Models in Groundwater Level Forecasting Using Meteorological Data in Public Management

Managing the groundwater resources is very vital for human life. This research proposes a methodology for predicting the groundwater levels which can be very valuable in water resources management. This study investigates the application of multilayer feed forward network models for forecasting the groundwater values in the region of Montgomery country in Pennsylvania. Multiple training algorithms and network structures were investigated to develop the best model in order to forecast the groundwater levels. Several multilayer feed forward models were created in order to be tested for their performance by changing the network topology parameters so as to find the optimal prediction model. The forecasting models were developed by applying different structures regarding the number of the neurons in every hidden layer and the number of the hidden network layers. The final results have shown a very good forecasting accuracy of the predicted groundwater levels. This research can be very valuable in water resources and environmental management.     

Impacts of climate change on groundwater in the Great Lakes Basin: A review

Climate change has the potential to alter the physical and chemical properties of water in the Great Lakes Basin, in turn impacting ecological function. This study synthesizes existing research associated with the potential effects of a changing climate on the quality and quantity of groundwater in the Great Lakes Basin. It includes analyses of impacts on (1) recharge, (2) groundwater storage, (3) discharge and groundwater-surface water (GW-SW) interactions, (4) exacerbating future urban development impacts on groundwater, (5) groundwater quality, and (6) ecohydrology.Large spatial and temporal (i.e., seasonal) variability in groundwater response to climate change between regions is anticipated. Most studies combine field observations with modelling, but many have focused only on small/medium basins. At these small scales, groundwater systems are generally projected to be fairly resilient to climate change impacts. However, modelling studies of larger basins (e.g., Grand River, Saginaw Bay, Maumee River) predict an increase in groundwater storage. Uncertainty in model simulations, particularly from climate models that are used to force hydrological models, is a major challenge. There have been too few studies to date that investigate the interplay of climate change and groundwater quality in the Great Lakes Basin to draw conclusions about future groundwater quality and ecohydrology.A summary of methods, models, and technology is provided. Model uncertainty has become an increasingly important topic and is also discussed. The study concludes with a synthesis of the main science needs to understand groundwater impacts in order to adapt to a changing climate in the Great Lakes Basin.     

地下水动态预测模型的回顾与展望

回顾了国内外地下水动态预测研究的各种模型,将这些模型划分为确定性模型和随机模型两大类,指出各种模型的适用条件及存在问题。最后提出了提高地下水动态预测的可靠性与精度的两条途径:(1)建立既能描述地下水系统内部特征也能反映其外部特征的确定性-随机耦合模型;(2)建立地下水系统的随机微分方程模型,并将系统内部参数作为随机变量,将其外部环境因素也作为随机时间序列引入地下水流定解问题,并给出解的概率分布。     

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。     

天山北坡经济带东段浅层地下水固有脆弱性评价

基于改进的DRASTIC方法,选择地下水埋深、含水层净补给量、含水层岩性、土壤介质类型、地面坡度、浅层地下水水质、包气带介质类型、含水层渗透系数和潜水蒸发量9项评价指标,分别确定其评分体系和权重体系,并利用Arc Gis 10.2中的图层空间叠加分析功能,对天山北坡经济带东段地区的浅层地下水固有脆弱性进行评价。结果表明:脆弱性较高区和中等区占研究区总面积的80.17%,地下水整体脆弱性偏高,而导致研究区浅层地下水脆弱性偏高的主要因素为地下水埋深较小、含水层渗透性较强、浅层地下水水质差。     

时间序列分析在地下水位预报中的应用

依据北京市地下水位观测井月平均水位资料,运用逐步自回归模型、指数平滑模型、季节性模型3种时间序列模型分别建立地下水位动态模拟和预测模型,并对模型的模拟和预测精度进行对比分析。通过应用实例分析反映,时间序列模型可较全面地反映地下水位动态变化规律,且计算简单,所需资料较少且易于获得,可以作为一种简易快速的地下水位模拟预测模型,能为地下水资源合理开发利用和科学管理提供参考依据。     

管道-裂隙岩溶含水介质非均质性的水文效应

非均质性是含水介质的固有特性之一,对自然界的水文循环,地球浅层地质演变具有积极的贡献,因此是评价复杂地下水系统时所面临困难的最根本原因。通过SWMM模型对水文过程进行了室内模拟试验,研究了管道-裂隙岩溶含水介质非均质性对系统水文过程的影响。结果表明,管道尺寸、含水介质空隙度和地下水与地表水水量交换系数对系统出口处的水位和流量过程的影响均较小,但管道尺寸对地下水的最高水位有一定的控制作用;含水介质空隙度对地下水水位的增长和消落过程有一定影响;地下水与地表水水量交换系数则是对地下水水位的变化率和其能达到的最大值有着重要的影响。模拟结果证实,利用SWMM模型模拟管道-裂隙含水系统的水文过程是有效的。     

GIS技术在水文地质领域的应用进展

地理信息系统(GIS)是水文地质研究的一个重要工具,地理信息系统在水文地质领域的应用是水文地质研究的热点之一。在总结近年来国内外大量相关研究成果的基础上,从基于GIS的地下水资源评价、地下水资源管理、地面沉降、地下水水质评价及污染物分析、水文地质调查、地下水保护,以及GIS与数值模拟技术的结合等方面介绍了地理信息系统在水文地质领域的最新应用,提出了GIS在水文地质领域应用存在的问题,并对今后GIS在水文地质领域的应用进行了展望。指出,今后应加强GIS与地下水模型及分布式水文模型的集成、基于GIS的地下水系统仿真三维或四维可视化、网络GIS技术的应用,以及流域水资源综合管理评价系统的建立等方面的研究。