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耦合地下水模拟的渠井灌区水资源时空优化配置

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农业工程学报 2016年第13期32卷 43-51页

作者：粟晓玲宋悦刘俊民党永仁田智西北农林科技大学水利与建筑工程学院/旱区农业水土工程教育部重点实验室杨凌712100 陕西省泾惠渠管理局三原713800

为控制渠井灌区地下水位,合理确定地表水和地下水的分配方案,构建水资源时空优化与地下水数值模拟耦合的模型体系。以灌区缺水量最小、时段缺水率均衡和渠系单元缺水均衡为原则建立灌区地表水地下水联合利用的时间和空间优化模型,分别... 详细信息

为控制渠井灌区地下水位,合理确定地表水和地下水的分配方案,构建水资源时空优化与地下水数值模拟耦合的模型体系。以灌区缺水量最小、时段缺水率均衡和渠系单元缺水均衡为原则建立灌区地表水地下水联合利用的时间和空间优化模型,分别采用人工鱼群算法和粒子群算法求解,以优化的地表水供水量和地下水开采量为耦合变量,作为地下水模拟模型的输入,以丰、平、枯水年地下水位变幅之和最小为模拟目标,获得不同水文年地表水地下水的时空优化配置方案。泾惠渠灌区优化结果表明,丰水年和平水年不缺水,枯水年在2020年和2030年灌溉缺水分别为4 489万m3和3 941万m3,主要分布在12月、3月、6月、7月、8月。2020年丰、平、枯水年灌区平均地下水位变幅分别为0.49、0.06、-0.42 m,2030年丰、平、枯水年灌区平均地下水位变幅分别为0.21、-0.08、-0.26 m,基本上实现多年采补平衡。耦合地下水模拟的水资源时空优化配置方法,是渠井灌区实现水资源合理利用和生态健康的有效途径。

关键词：灌溉水资源模型渠井灌区优化地下水模拟

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地下水模拟不确定性分析

南京大学学报（自然科学版） 2011年第3期47卷 227-234页

作者：吴吉春陆乐南京大学地球科学与工程学院水科学系南京210093

地下水模拟受到众多不确定性因素的限制,直接影响了模拟结果的可靠性.因此,科学地定量分析地下水模拟的不确定性十分必要.本文根据地下水模拟不确定性的来源,将其分为参数不确定性、模型不确定性和资料不确定性三类,分别进行了阐述和分... 详细信息

地下水模拟受到众多不确定性因素的限制,直接影响了模拟结果的可靠性.因此,科学地定量分析地下水模拟的不确定性十分必要.本文根据地下水模拟不确定性的来源,将其分为参数不确定性、模型不确定性和资料不确定性三类,分别进行了阐述和分析,并且总结了地下水模拟不确定性分析的常用方法和近年来国内在这方面的研究进展.同时,针对地下水概念模型的不确定性进行了定量研究,揭示了模型结构的偏差是造成模拟结果不确定性增加的重要因素.

关键词：地下水模拟不确定性贝叶斯法马尔可夫链蒙特卡罗法

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银川平原地下水模拟中山前侧向补给量的确定

人民黄河 2018年第1期40卷 50-55页

作者：李洁李英胡伏生段扬马小波童彦钊长安大学环境科学与工程学院陕西西安710054 中国地质大学(北京)水资源与环境学院北京100083 宁夏回族自治区水文环境地质勘察院宁夏银川750011 宁夏回族自治区地质局宁夏银川750021 环境保护部环境规划院国家环境保护环境规划与政策模拟重点实验室北京100012

地下水数值模型中边界侧向补给量的精确性是决定模型可靠性的重要因素,进而也影响地下水数值模拟结果和预报结果的可靠性。为提高银川平原地下水数值模拟的精度,采用水文分析法提取贺兰山东麓子流域面积,由前人不完整统计的雨洪量与子... 详细信息

地下水数值模型中边界侧向补给量的精确性是决定模型可靠性的重要因素,进而也影响地下水数值模拟结果和预报结果的可靠性。为提高银川平原地下水数值模拟的精度,采用水文分析法提取贺兰山东麓子流域面积,由前人不完整统计的雨洪量与子流域面积资料,类比推算贺兰山东麓雨洪水入渗量,并与遥感计算结果进行对比验证,结果表明:基于流域水文分析的计算结果为4 828.3万m^3/a,基于遥感的计算结果为6 208.6万m^3/a,取二者平均值5 518.5万m^3/a作为地下水模型中山前侧向补给量。

关键词：山前侧向补给量水文分析法地下水模拟银川平原

基于MODFLOW的土壤地下水铬污染迁移模拟

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基于MODFLOW的土壤地下水铬污染迁移模拟

作者： Tahirinandraina Prudence Rabemaharitra（塔喜润）中南大学

学位级别：硕士

重金属污染是土壤和地下水污染最严重的问题之一,尤其是六价铬的污染,这种污染对自然资源的利用和生态环境安全构成了威胁。铬污染在土壤地下水系统中迁移转化过程十分复杂,对流、弥散以及生物地球化学反应等多种过程相互作用,目前,数... 详细信息

重金属污染是土壤和地下水污染最严重的问题之一,尤其是六价铬的污染,这种污染对自然资源的利用和生态环境安全构成了威胁。铬污染在土壤地下水系统中迁移转化过程十分复杂,对流、弥散以及生物地球化学反应等多种过程相互作用,目前,数值模拟已经成为国内外研究地下水污染物迁移与修复过程的重要手段。铬污染迁移数值模拟通过模型预测预报研究铬污染物迁移转化的动态及趋势,有助于分析研究铬污染迁移规律和开展污染修复。MODFLOW是土壤和地下水建模中常用的软件,本文基于MODFLOW针对小范围场地内铬污染迁移转化进行数值模拟,根据模拟结果分析研究区域的污染物扩散迁移规律,主要的研究和成果包括:(1)首先采用稳态模式下的MODFLOW模型对水头进行建模,利用PEST工具,基于先导点(Pilot point)的校正方法,设计了两种不同密度的先导点方案,即常规先导点放置和中间水头部测量下梯度(MHMDG)放置,使用PEST模型中的先导点校正方法获得研究区内地下水的水头模型,开展了水头模拟研究;(2)研究利用实例场地37口观测井的数据,采用GOCAD SGrid建立了场地三维结构模型,基于获取的初始浓度数据和实验获取的渗透系数、弥散系数等参数,在克里格插值基础上构建了三维属性数字化模型;(3)基于MODFLOW中对流、弥散和吸附的铬污染动力学模型,在承压含水层中进行了实验模拟,基于MT3DMS数值模拟程序,在小尺度区考虑校准的地下水流动模型,对六价铬污染迁移过程进行了模拟。结果显示实验区域在水平导水率方面表现出明显的非均质性,与常规布局的0.880相比,大密度MHMDG试验点布局的R-squared为0.901,剩余误差最小,校准精度取决于先导点的频率和位置。污染迁移模拟表明,污染源的位置是影响扩散的关键点;其次,非饱和带土壤中的污染物迁移取决于扩散系数和渗透系数,以及穿越层的孔隙度;此外,污染物的对流在饱和带内与地下水的速度方向一致,而粉质粘土层作为污染物的阻挡层,致使污染物在其中对流较慢。本文的研究将有助于实验区域修复方案的开展和污染物分布的监测,在获得六价铬在土壤和地下水中的迁移规律和分布特征基础上,试验获取周围地下水污染的水文地质参数,为后续土壤地下水铬污染修复研究提供支持。

关键词：六价铬土壤地下水模拟 Pilot point校准 PEST MODFLOW MT3DMS 污染迁移

案例教学法在《地下水模拟不确定性分析》教学中的应用与探究

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创新创业理论研究与实践 2021年第9期4卷 141-143,146页

作者：童菊秀中国地质大学(北京)水资源与环境学院北京100083 中国地质大学(北京)地下水循环与环境演化教育部重点实验室北京100083

《地下水模拟不确定性分析》是面向地下水科学与工程及水文水资源专业的大学四年级学生开设的教学改革课程,是一门理论性、专业性较强的课程。该课程以地下水模拟为基础,将概率统计方法应用于地下水模拟中,对学生的数学抽象思维要求比... 详细信息

《地下水模拟不确定性分析》是面向地下水科学与工程及水文水资源专业的大学四年级学生开设的教学改革课程,是一门理论性、专业性较强的课程。该课程以地下水模拟为基础,将概率统计方法应用于地下水模拟中,对学生的数学抽象思维要求比较高。为了利于学生对地下水模拟不确定性分析方法的理解、掌握,提高教学效果,笔者将案例教学法应用于课程的教学中,通过具体的仿真案例,使抽象的知识具体化,进行具体分析,调动学生的学习积极性,拓展学生的创造性思维,使学生掌握地下水模拟不确定性分析方法。

关键词：案例教学法地下水模拟不确定性分析

鄱阳湖拟建水利枢纽工程对洪泛区地下水动力的影响及其生态意义

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湖泊科学 2023年第4期35卷 1457-1469页

作者：曹思佳李云良姚静李宁宁赵贵章李志萍华北水利水电大学地球科学与工程学院郑州450045 中国科学院南京地理与湖泊研究所南京210008 河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室南京210009 江西省地质局工程地质大队南昌330000

洪泛湿地是位于水生系统和陆生系统之间的过渡带,在河流和陆地之间的水文生态方面起着纽带作用,受气候变化和人类活动的叠加影响,其水文过程改变很大程度上影响了湿地生态系统循环、结构和功能的稳定。本文以鄱阳湖洪泛区湿地为研究区,... 详细信息

洪泛湿地是位于水生系统和陆生系统之间的过渡带,在河流和陆地之间的水文生态方面起着纽带作用,受气候变化和人类活动的叠加影响,其水文过程改变很大程度上影响了湿地生态系统循环、结构和功能的稳定。本文以鄱阳湖洪泛区湿地为研究区,应用湖泊水动力和洪泛区地下水数值模型,评估鄱阳湖拟建水利枢纽工程对洪泛区地下水系统的影响。模拟结果表明,拟建水利枢纽工程将会遵循调度方案使得湖泊水位明显提高,但同时导致洪泛区地下水位的整体抬升,且东部主湖区附近的地下水位受到的影响(约1~3 m)要明显强于洪泛区其它区域(约小于1 m)。地下水位的变化同时导致不同典型时期洪泛区地下水流速的减小及地下水流向的改变,表现为枢纽建设后地下水流向的逆转和流速基本小于0.1 m/d。鄱阳湖涨水-丰水期总体为湖水补给洪泛区地下水模式,枯水-退水期主要为地下水补给湖水模式,但水利枢纽可能导致洪泛区地下水系统水均衡状态发生转变,影响了地下水系统的补给和排泄状态,最终形成了长期稳定的湖泊补给地下水的作用模式。从地下水-生态系统响应变化的角度分析,拟建水利枢纽建设引起的地下水位上升,可能会给湿地生物地球化学元素的迁移转化、植被群落的演变与退化等带来潜在风险。本文研究结果可为枢纽建设背景下的湿地水资源评价、生态系统修复与保护等提供科学依据。

关键词：水利枢纽工程地下水模拟鄱阳湖洪泛湿地生态环境

区域分解预处理器研究及其在地下水模拟中的应用

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南京大学学报（自然科学版） 2012年第6期48卷 753-760页

作者：王佩朱国荣江思珉孙斌堂南京大学水科学系南京210093 同济大学水利工程系上海200092 中国冶金地质工程勘察总局山东局济南250014

地下水数值计算中,如何提高大型稀疏线性代数方程组的求解效率一直备受关注.条件预处理共轭梯度方法是求解大型稀疏线性代数方程组的有效方法,而如何构造高效的预处理器至关重要.本文基于有限元理论介绍了区域分解预处理器(domain decom... 详细信息

地下水数值计算中,如何提高大型稀疏线性代数方程组的求解效率一直备受关注.条件预处理共轭梯度方法是求解大型稀疏线性代数方程组的有效方法,而如何构造高效的预处理器至关重要.本文基于有限元理论介绍了区域分解预处理器(domain decomposition preprocessor,DDP)的设计原理及实现过程,将其与预处理共轭梯度法结合为区域分解预处理共轭梯度法(DDP-PCG)并应用于地下水模拟中.文中首先采用具有解析解的均质稳定流模型验证了DDP-PCG的可靠性;接着对该模型研究区进行不同规模网格剖分,均采用CG,Jacobi-PCG,SSOR-PCG,DDP-PCG求解,结果表明DDP-PCG迭代收敛次数几乎不随网格规模发生变化,具有很强的鲁棒性;随着网格规模的增加,DDP-PCG求解效率优势更加显著.最后针对承压含水层介质参数连续变化和突变两种非均质问题,对研究区进行大规模网格剖分,进一步证明在相同误差限下,DDP-PCG的求解效率高于其它三种方法.

关键词：区域分解预处理器预处理共轭梯度法有限元方法地下水模拟

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黑河中游地下水数值模拟模型

黑河中游地下水数值模拟模型

作者：李希萌清华大学

学位级别：硕士

流经青海省、甘肃省和内蒙古自治区的黑河是我国西北地区的第二大内陆河，有着极其重要的战略地位。但是黑河流域的水资源处于供给难以满足需求的状态，特别是中下游地区还极度干旱。中下游之间的用水矛盾已存在了相当长的一段时间，矛... 详细信息

流经青海省、甘肃省和内蒙古自治区的黑河是我国西北地区的第二大内陆河，有着极其重要的战略地位。但是黑河流域的水资源处于供给难以满足需求的状态，特别是中下游地区还极度干旱。中下游之间的用水矛盾已存在了相当长的一段时间，矛盾不仅存在于经济用水和生态用水之间，还存在于不同行政区之间，如甘肃和额济纳。虽然从2000年8月开始实施了国家分水方案，但并未完全解决这些问题，并且由于调水出现了新的水资源利用方式，会促使生成新的黑河流域水循环模式。因此，构建适用于黑河流域、能模拟现行调水行为的地下水模型对于研究黑河流域水资源配置和开发利用有重要的支撑作用。本论文在分析黑河流域自然地理、社会经济水资源利用状况等基础上，梳理了黑河流域水资源的供需形势及存在问题，从实际出发，选择黑河主要的径流利用区——中游建立地下水数值模拟模型。以能充分反应研究区真实情况为原则建立水文地质概念模型，用最新版本的Visual MODFLOW2011搭建数值模型，充分利用其新特性的子程序包更好地模拟各水资源要素。特别是单独地模拟了黑河干流中游河段，避免了以前的研究拆分河段造成的不精确性;且模型可以计算出正义峡出流，能为黑河流域水资源配置研究提供有力支撑。利用实测水文地质、气象、水资源利用等资料对模型进行识别，采用手动和Win PEST相结合的方式拟定模型参数。分别从观测孔水位和正义峡流量过程与实测数据的拟合状况验证了模型的可靠性。基于1995-2000年模型计算的水均衡结果，分析了研究区地下水的补排关系，且分析了含水层储水量的变化趋势;并从模拟结束时段地下水水位及埋深分布分析了研究区地下水的运动规律。为进一步探究黑河水资源配置问题，用已验证的黑河中游地下水模型模拟2001-2006年实际调水情景。通过分析计算结果，找出了导致实际调水中“越丰水越难完成任务”现象的主要原因，即在丰水年地下水补给河道的水量较枯水年急剧减少，为优化黑河流域水资源配置提供了科学依据。

关键词：黑河中游地下水模拟 Visual MODFLOW 调水

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基于MATLAB的地下水模拟系统开发研究

基于MATLAB的地下水模拟系统开发研究

作者：李瑞辽宁师范大学

学位级别：硕士

如今,用现有的地下水软件来解决地下水模拟问题较为复杂,且展示效果不够立体直观。随着计算机技术的不断发展和地下水数值模拟研究的深入,给我们利用数学类软件开发地下水模拟系统提供了可能。本文系统地阐述了,利用MATLAB的图形用户界... 详细信息

如今,用现有的地下水软件来解决地下水模拟问题较为复杂,且展示效果不够立体直观。随着计算机技术的不断发展和地下水数值模拟研究的深入,给我们利用数学类软件开发地下水模拟系统提供了可能。本文系统地阐述了,利用MATLAB的图形用户界面（GUI）开发地下水模拟系统,并集成了径向基函数配点法和有限元法来计算地下水模型问题。首先,从系统设计的出发点着手,研制总的开发方案,对程序开发的可行性、开发环境和功能做出评估预测,确定用MATLAB提供的GUI工作平台开发地下水模拟系统的可行性。其次,阐述地下水模拟系统开发的基本原理,了解MATLAB中的GUI窗口、程序背后的算法。在开发的程序中,主要选择了两种算法作为研究地下水模型的基本算法,个是径向基函数配点法,另一个是有限元法,为用MATLAB开发地下水模拟系统做理论基础。再次,考虑一个复杂的地下水模型作为算例,制定一个详细的地下水模拟系统开发方案,设计草图、建立图形用户界面、设置控件按钮和菜单、编写程序和运行调试。在本文中,利用径向基函数配点法和有限元法,来研究地下水的平面二维稳定流在开采地下水前地下水水位情况,通过GUI窗口开发地下水模拟程序,验证程序是否能够顺利运行。最后,运行开发出的地下水模拟系统,利用算例对系统进行检验,分析和评估结果,总结出系统的功能特点、主要研究成果和不足之处。对于不足之处,在以后的开发中不断改进。

关键词： MATLAB GUI 地下水模拟