浅谈地下水水质数值模型

与地下水水量模型相比,地下水水质模型发展较晚,其机理更为复杂,需要从微观角度来考虑。本文简单阐述了建立地下水水质模型应用的一般过程、其中应该注意的问题及方程的表达,以及水质模型中用数值法解对流-弥散方程中遇到的问题以及常见的解法。     

地下水数值模拟中的参数敏感性分析

对国内外地下水数值模拟中的参数敏感性分析工作进行了系统总结,指出了敏感性分析作为地下水数值模拟工作的一个基本步骤的重要性和必要性。目前的地下水数值模拟工作中存在对敏感性分析重视不够、分析方法单一、结论缺乏验证及对参数的浮动范围未达成共识等问题;应发展新的敏感性分析方法,以便对目前的方法进行验证。     

基于FEFLOW傍河水源地地下水数值模拟

文章根据研究区的水文地质特征,建立了水文地质概念模型和地下水流数值模拟模型,对该模型进行了识别和验证.对新的开采方案下的地下水状况进行模拟.     

地下水典型连通示踪模型的数值模拟

地下水连通示踪试验总是直接体现地层中强导水带（区）的介质和水动力特征,包括强导水带（区）的结构特征、地下水渗流速度和弥散度等。通过建立地下水连通示踪试验4类20个代表性的地质模型,并用Visual MODFLOW模拟它们的示踪剂运移过程及对模拟结果进行分析,总结出了地下水连通示踪试验的适用条件,给出了示踪剂使用量、观测周期的建议值,获得了地下水连通示踪曲线的一般规律,这对地下水连通示踪试验的实施及示踪成果的解译具有一定的指导意义。     

地下水数值模拟不确定性的贝叶斯分析

本文在常用的确定性地下水流数值模型的基础上,提出了基于贝叶斯原理的不确定性分析方法,并通过算例,针对几种常见的不确定性因素,定量地描述了其对模型参数和模拟结果的影响。相较于传统的蒙特卡罗法等不确定性分析方法,该方法不仅考虑了先验的参数不确定性,而且考虑了模拟结果与观测资料的相似度,因此其结果更加符合实际情况。此外,该方法能够被用于风险分析,可为地下水资源评价及开发利用提供科学的依据。     

超采区浅层地下水数值模拟及预测分析

超采区的地下水变化趋势分析对于区域水资源可持续管理具有重要意义。本文以大同盆地浅层地下水超采区为研究对象,分析了含水层结构和地下水的补给、径流、排泄条件,明确了潜水含水层为影响地下水变化的主要区域。基于GMS与MODFLOW软件,建立了大同盆地潜水含水层各向同性非均质二维非稳定流模型,利用实测地下水流场对模型进行了验证,开展了未来不同场景条件下地下水位预测模拟与分析。结果表明,大同盆地2010—2019年平均地下水开采量(6.0861亿m³)大于2001—2016年平均地下水补给量(5.6254亿m³),地下水位下降趋势明显。若地下水开采量下降至2019年开采量的85%,至2035年平均地下水位可回升11.6 m,恢复速度约0.68 m/a;若综合考虑未来水源替换工程,至2035年地下水位可显著回升,恢复速率可达1.4 m/a。本文研究成果可为大同盆地地下水管控提供科学依据,同时对于我国北方类似地下水超采区的水资源管理和评价具有一定参考价值。     

太原盆地地下水数值模拟

在分析太原盆地松散沉积层水文地质条件及钻孔资料(343个)的基础上,确立盆地地下水三维流动特征,建立太原盆地松散沉积层的地质结构模型、地下水的三维流动数学模型,应用数值模拟方法再现了太原盆地地下水流动的时空变化规律。结果表明,太原盆地地下水多年平均补给量在8亿m3左右,近10年每年平均超采量在0.8亿m3左右。     

地下水资源综合评价的一种数值模拟模型

本文以柴达木盆地中察尔汗盐湖的卤水资源评价为例介绍了一种用于地下水资源综合评价的以水流模型与溶质运移模型相耦合的数值模拟模型。     

地下水数值模拟的建模方法及应用

地下水数值模拟作为预测、评价地下水资源的工具在解决具体的水文地质问题过程中起着日益重要的作用。本文通过地下水模拟软件中具有代表性的GMS,阐述了它的一些基本特点,以及它在地下水模拟过程中的建模方法,并给出了一个计算实例。     

基于遗传算法的变密度条件下地下水模拟优化模型

将遗传算法和变密度地下水流及溶质运移模拟程序SEAWAT耦合起来,开发了一个新的用于地下水模拟优化管理的通用程序——SWTGA。以求解变密度条件下地下水优化管理问题,从而为地下水管理决策者提供科学依据和技术支持。设计SWTGA时,建立了适用于变密度条件下地下水优化管理常见问题的目标函数的一般形式,同时设定了常用的约束条件。最后将SWTGA程序应用于一个理想滨海含水层中地下水开采方案的优化设计,寻优之后获得了最佳开采方案,与未优化开采方案的对比显示优化结果合理可行,验证了SWTGA模拟优化程序的有效性和可靠性。     

数值模拟模型在商丘地下水动态预报中的应用

针对商丘实验区水文地质特点，概述了地下水位预报模型的建立过程，并结合典型井点地下水位预报结果，经与实际资料对比，其结果满足地下水管理的有关要求。     

地下水数值模拟中的参数随机模拟

从水文地质参数的随机性出发,以滦河某拟建水源地为例,采用地下水数值模拟软件GMS建立了参数随机模拟的数值模型,并求得模型的随机解,计算出模型的水位均值流场和水位标准差分布.结果表明:在模拟非均质含水层二维流动问题中,充分考虑渗透系数和给水度的随机特性的蒙特卡罗法预测结果可靠,比确定性方法更加科学、有效.     

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%。     

地下水运动数值模拟过程中边界条件问题探讨

本文对地下水运动数值模拟过程中边界条件的涵义 和处理方法进行了分析和讨论。阐述了边界条件所包含的双重意义。指出随着人类活动影响 强度的日益增大，边界条件的处理要面临一些新的更为复杂的问题。在模型预报之前必须首 先对边界条件做出预报。边界条件的预报既要考虑自然因素的作用，同时也要考虑人类活动 (人工开采和人工补给)的影响及由于邻区水流条件变化而产生的耦合效应。之后，给出了两 个应用实例。     

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。     

基于GIS的地下水流数值模拟参数自动提取

本文根据地下水流数值模拟有关参数的空间分布特点,将其划分为点状、线状与面状空间分布参数三种类型.利用GIS的空间分析功能,研究基于GIS的点状、线状与面状空间分布参数自动提取的技术路线.通过点、线、面三者之间空间位置关系的拓扑分析,确定地下水开采井、水位动态监测井、线状与面状水系、模拟区域边界、面状参数分布区与模型空间离散网格之间的空间位置关系.经过矢量数据与栅格数据互相转换,实现地下水流数值模拟有关参数的自动提取.根据地下水流有限差分数值模拟有关参数数据文件的结构,将基于GIS提取的栅格结构数据文件自动转换成模型所需结构的数据文件,达到模型参数数据文件的自动组织与提高地下水流数值模拟效率的目的.     

地下水数值模拟研究与应用进展

工农业的快速发展,使得大量污染物随着降雨径流入渗进入地下水,对地下水资源产生了严重威胁。由于对地下水污染物的实时监测具有一定难度和较高的经济成本,地下水模拟软件应运而生。系统分析了GMS、FEFLOW、Visual MODFLOW、Visual groundwater、MT3DMS、TOUGH2等地下水模拟软件的结构、模型求解方法、功能及优缺点等,总结了软件在水流、地下水水位和污染物运移数值模拟的应用进展。最后,进行了展望,提出地下水数值模拟软件与3S技术集成、与人工神经网络等系统预测方法结合、气候变化模型与多相模型及地表水-地下水模型等耦合开发以及结构优化等发展趋势。以期为地下水动力学和污染物运移模拟及海绵城市建设提供参考。     

岩石孔隙内地下水流动的微观数值模拟研究

地下水流动的动力学行为对于污染物在地层中的迁移具有重要影响。通过对地下水在岩石孔隙中微观流动行为的研究,探索不同出入口位置及注入速度对地下水流动行为的影响。结果表明:岩石孔隙内地下水流动呈现出非均匀性及复杂性,孔隙的结构特征决定了局部流体的流动特征,盲端附近的孔隙通道流速较小,纵向分布的孔隙通道内流动行为受横向孔隙通道内流速的影响较大;入口流速的增大未对流体流动方向产生较大影响,但会引起岩石孔隙内地下水流动速度增加;出入口位置的变化会对岩石孔隙内地下水流动方向及速度大小产生较大影响。本研究从微观尺度入手,探究了入口速度和出入口位置对地下水在岩石孔隙通道内的流动行为,定量刻画了岩石孔隙中流体流动的时空分布特征。