分布式地表水-地下水耦合数值模型研究进展

系统梳理地表、地下各水文过程中常见的控制方程以及数值求解方法,指出单一地下水模型和单一地表水模型在解决耦合问题中的短板。回顾近年来的相关研究,归纳出11种常见的耦合模型。从模型原理和适用方向2个方面对已有研究概括总结,将耦合方法划分为松散耦合型、半松散耦合型和紧密耦合型,分析耦合模型在变化环境下的地下水-地表水转化关系、河道生态流量以及地表水-地下水联合调度方面的应用。未来可以重点关注耦合模型在复杂地貌、多样化参数、模型识别验证方法、运算效率以及多学科交叉等方面的研究。     

基于HYDRUS-MODFLOW的大洋河岫岩流域地表水与地下水耦合模型

流域内的水循环是一个完整的过程,只有综合考虑地表水和地下水的影响方可获得较高精度的模拟成果。以辽宁省大洋河岫岩流域为例,构建基于HYDRUS-MODFLOW的地表水和地下水耦合模型,结果显示地表水和地下水耦合模型具有较高的模拟精度和适应性,可用于研究区的相关研究。     

地下水与地表水耦合模拟模型研究与展望

地下水与地表水耦合模拟模型可以合理地反映水文循环过程,为水资源规划管理提供可靠依据.地下水与地表水耦合模拟模型按求解方法可分为水均衡法模型、解析法模型和数值法模型,按耦合方式可分为边界条件耦合模型、交换通量耦合模型、整体边界模合模型,目前各类模型存在问题主要有数值求解不稳定、失真、适应性差、参数率定困难等,"3S"及其他新技术的应用是今后的发展热点.     

灌区地表水—地下水耦合模型的构建

为了定量描述灌区水平衡要素及其转化关系,构建了灌区地表水-地下水分布式模拟耦合模型。通过改进SWAT模型的稻田及旱作物水分循环、蒸发蒸腾量和渠系渗漏计算等模块,建立了灌区地表水分布式模拟模型;以SWAT模型中的水文响应单元(HRU)和MODFLOW模型中的有限差分网格(cells)作为基本交换单元,将改进SWAT模型的地下水补给量计算值加载到MODFLOW模型的地下水补给模块,实现了灌区地表水-地下水分布式模拟模型的耦合。耦合模型在柳园口灌区的应用结果表明,该模型能够准确模拟和预测灌区地表水和地下水的动态变化,为灌区水管理提供了科学依据。     

地表水地下水的交互作用与耦合模拟

 传统的概念性水文模型存在不能对不同径流成分进行精确模拟和划分的局限性。而分布式水文模型基于其精确的物理基础和产流机制,充分考虑到不同径流成分的水力联系,在对流域进行土壤垂直分层和水平网格划分后可进行地表水、地下水的交互作用分析与耦合模拟。应用李兰教授开发的LL Ⅱ分布式水文模型和GIS技术,以宜昌黄柏河天福庙水库作为典型流域,根据连续日入库径流资料验证模型精度,对该流域的日入库径流过程进行地表水和地下水的连续耦合模拟与预测,取得了较好的模拟预测效果。     

地表水地下水的交互与耦合模拟研究现状与进展

在介绍"四水"转化概念模型的基础上,引出了地表水与地下水之间的联系及相互作用过程,归纳地表水和地下水交互作用研究的基本规律和方法;系统介绍和对比国内外典型地表水与地下水耦合模型的总体结构、特点、适用领域及模型的局限性。对地表水地下水交互作用过程及耦合模拟研究中存在的问题提出看法,认为集成模型应该解决时空尺度整合、参数的不确定性等关键问题,指出综合水循环和水质各组成部分的复杂系统模拟是模型发展的必然趋势,对今后研究工作的发展趋势和研究前景作了探讨。     

基于Monte Carlo方法的地表水地下水耦合模拟模型不确定分析

为分析参数的不确定性对地表水地下水耦合模拟模型输出结果的影响,本文运用Monte Carlo方法对地表水地下水耦合模拟模型进行不确定性分析,并根据不确定性分析结果进行生态恶化风险评估。以石头口门水库上游饮马河汇水流域为例,建立地表水地下水耦合模拟模型,并运用HydroGeosphere(HGS)软件求解。利用局部灵敏度分析方法甄选出耦合模拟模型中灵敏度较高的参数,作为随机变量。最后,运用Monte Carlo方法对耦合模拟模型进行不确定性分析。为了减少不确定性分析过程中的计算负荷,应用Kriging方法,建立耦合模拟模型的替代模型。结果表明:地表水地下水耦合模拟模型中灵敏度较高的参数为渗透系数、孔隙度和曼宁粗糙系数,其中渗透系数的变化不仅对耦合模型中地下水水位产生影响,也对地表水流量产生影响;Kriging替代模型可以在保证一定精度的条件下大幅度减少计算负荷;风险评估结果表明,在当前的水资源开发利用条件状态下,研究区地下水生态环境恶化风险的概率为6%,地表水生态环境恶化风险概率为15%。     

河渠与地下水相互转化耦合模型研究进展

河渠与地下水存在着复杂的水量与水质上的相互转化关系,数值模拟方法是定量研究二者相互转化的常用方法之一.现对河渠与地下水的相互关系进行综述,建立了一维明渠流和三维非稳定地下水耦合控制方程.分析了国外典型数值模拟软件在模拟河渠与地下水相互转化的特点.以BRANCH与MODFLOW耦合模型为例,对建模的数学原理及模型计算等进行了阐述,并结合该模型在美国佛罗里达州南部地区的应用对模型具体的运行进行了讨论.最后指出了耦合模型存在的不足及发展趋势.     

华北平原区地表水与地下水统一评价的二元耦合模型研究

伴随着人类活动的加剧,我国华北地区尤其是华北平原区产汇流条件发生了深刻变化,传统的评价理论和方法已很难适用于人类活动影响下的水资源评价,目前迫切需要研究和探索在人类大规模活动影响下平原区水资源统一评价的理论与方法。为此,本文在系统分析平原区“四水”转化机理和地下水补、径、排规律的基础上,研究和提出一种基于“四水”转化水文模型和地下水数学模拟模型的二元耦合模型,并结合安阳市水资源评价实例,较好地解决了大埋深条件下平原区水资源统一评价问题,为华北地区乃至全国开展第二次水资源评价工作进行了有益的尝试,并积累了一些宝贵的经验。     

地表水和地下水相互作用及集成模型研究

本文在总结国内外地表水和地下水相互作用研究的热点问题的基础上，归纳了定量计算的基本方法，评述了国内外主要的集成模型并对其进行了分类；认为集成模型应该解决时空尺度整合、参数的不确定性等关键问题，指出综合水循环各组成部分的复杂系统模型是模型发展的必然趋势。     

华北平原区地表水与地下水统一评价的二元耦合模型研究

在系统分析华北平原区“四水”转化机理和地下水补、径、排规律的基础上，研究和提出一种基于“四水”转化水文模型和地下水数学模拟模型的二元耦合模型，并结合安阳市水资源评价实例，较好地解决了大埋深条件下平原区水资源统一评价问题，为华北地区乃至全国开展第二次水资源评价工作进行了有益的尝试，并积累了一些宝贵的经验。     

地表水环境数学模型研究进展

简述了地表水环境数学模型,包括水动力学模型、水质模型和水生态模型的发展历史、应用现状及国内外最新研究成果,深入探讨了模型敏感性和不确定性分析、模型模拟精度等应用中被广泛关注的疑难问题,指出模型系统化、综合化和平台化,大数据支撑下的与新兴技术结合创新,以及模型法规化等将成为水环境模拟与预测领域未来的研究热点。     

浅析西北地区地表水与地下水之间的相互转化关系

基于我国西北地区气候特征和水资源开发利用中存在的问题 ,定量分析了我国西北地区水循环规律和地表水与地下水之间的相互转化关系 .分析结果表明 :西北地区地下水资源绝大多数是由地表水转化形成的 ,水资源开发利用格局或方式的改变将深刻地影响着地下水的补、排关系和补排量的大小 ;在西北地区单纯地就地下水而论地下水是不科学的 ,应将地表水与地下水资源进行统一评价和规划 ,以科学地指导水资源的合理开发和高效利用 .     

冻土区地下水流过程及其与地表水转化关系研究进展

针对地下水流过程及其与地表水转化关系研究中,冻土分布特征及融冻过程对地下水系统的影响机制相关研究较少的问题,通过分析国内外冻土区地下水对河道径流的贡献、地下水流动路径和地下水-热耦合模型的相关文献,对地下水流过程及其与地表水转化研究进行综述,认为:①受土壤中冻土空间异质性的影响,不同冻土区地下水对径流的贡献比例不一致;②利用水化学和同位素示踪剂研究地下水流动路径,有助于冻土区地下水流动系统概念模型的构建,但只能获得定性或半定量的结果;③地下多相流系统的水-热耦合模型可将冻土的变化与其相应的水文响应过程耦合在一起,实现了地下水流过程及其与地表水转化关系的定量刻画,但在实用性方面仍需进一步完善,是未来的主要研究方向。     

防治土壤盐碱化地表水地下水联合管理模型

对防治土壤盐碱化的地表水地下水联合管理模型的一般结构进行了描述,重点介绍了国内防治土壤盐碱化的地表水地下水联合管理模型及其优化方法的研究现状,对代表性文献进行了评述。分析了联合管理模型中存在的不足,并就该研究领域的发展趋势提出了个人看法。     

干旱内陆河地区地表水和地下水集成模型及应用

基于水动力学基础建立了地表水和地下水集成模型,分析了地表水和地下水模型集成中的尺度耦合、转化量计算和移动自由液面法等关键技术问题.并采用该模型对一维明渠地表水流、一维和二维饱和一非饱和地下水流典型算例进行了模拟,计算结果符合实际.最后将模型应用于黑河干流中游地区地表水和地下水的转化分析,结果表明,黑河干流在黑河大桥以上约有17%的渗漏,在黑河大桥以下地下水向黑河的排泄量占莺落峡来水的30%左右,而地下水向黑河干流的河泉流量逐年减少.