地下水数值模拟分析中降水入渗补给强度及渗透系数不确定性评价

由众多因素造成的地下水数值模拟的不确定性,在很大程度上影响了模拟结果的可靠性,因此分析地下水数值模拟的不确定性十分必要。以假想地下水流问题为例,选择降水入渗补给强度和渗透系数为代表参数,采用蒙特卡洛模拟方法,基于拉丁超立方抽样和替代模型,定量分析了源汇项和水文地质参数不确定性对地下水数值模拟结果的综合影响。结果表明,地下水数值模拟源汇项及水文地质参数的不确定性对模拟结果有较大影响,基于概率统计方法对模拟结果做进一步分析,可有效提高结果的可靠程度;模拟结果的不确定性特征既取决于计算点的空间位置,又与模拟时间有关;借助替代模型进行基于蒙特卡洛模拟的不确定性分析,有效节省了计算成本,具有较大的发展潜力。     

基于RBF替代模型的氯化物浓度计算方法

地下水溶质运移不确定性受多种因素影响,其中参数不确定性最为重要。为提高地下水溶质运移的模拟精度,基于参数不确定性建立某垃圾填埋场溶质运移随机模型,通过参数敏感性分析得到影响该区域氯化物运移的水文地质参数,以最优目标进行矩阵设计选出代表性较好的输入参数并将其代入随机模型中进行蒙特卡罗分析,并基于RBF模型建立该区域的氯化物运移替代模型进行氯化物浓度预测。结果表明,多次随机模拟结果的平均值与实测值无论从数值大小或范围均吻合较好,各监测点氯化物浓度分布近似呈正态分布;RBF模型预测数值模拟结果与数值模型运算效果相差10%以内,预测结果具有一定的可靠性,可用于该地区地下水氯化物浓度预测预警及水资源管理的风险规避。     

基于HydroGeoSphere的地下水数值模拟及参数灵敏度分析

针对地下水数值模拟中参数的不确定性直接影响模拟结果的准确性问题,在分析概化吉林省西部水文地质条件基础上,建立了水文地质概念模型和地下水数学模型,采用HydroGeoSphere软件求解模型,并选取含水层的渗透系数、给水度及贮水系数进行灵敏度分析。结果表明,含水层的给水度和贮水系数对模拟结果的影响较大,且获得了敏感性最大的参数分区,为该区地下水资源的合理开发利用和管理提供了科学依据。     

基于小波神经网络替代模型的抽水井涌水量计算方法

影响抽水井涌水量的水文地质因素多且存在不确定性,采用确定性模型模拟会导致较大的误差。以某研究区抽水井涌水量为依据,建立该地区地下水不确定性数值模型。采用参数敏感性分析确定对抽水井涌水量影响较大的水文地质参数,随后用改进的随机进化算法在参数取值范围内抽样,最后将抽样参数输入地下水数值模型中计算抽水井涌水量。根据输入、输出数据集建立小波神经网络模型代替地下水数值模型。研究结果表明,不同工况下基于小波神经网络替代模型计算结果与数值模拟结果相差不大,两者误差在10%以内,表明用小波神经网络替代模型满足精度要求,且避免了传统数值模型的反复试算,计算简便、效率高,且因其可公式化,扩大了在推求地下水抽水井涌水量方面的应用。     

地下水模型参数不确定性对晋祠泉流量预测的影响

鉴于地下水数值模拟模型预测结果受参数不确定性的影响较大,故以晋祠泉域岩溶地下水系统为例,在建立研究区地下水流数值模型的基础上,选择研究区水文地质参数为代表参数,利用GLUE方法进行初步敏感性分析得出对晋祠泉流量预测最敏感的参数为渗透系数,并筛选出167组较优渗透系数组合,再通过其与不同气象和压采条件下的六个方案的结合进行模拟预测,从而定量分析渗透系数的不确定性对晋祠泉流量预测的影响。结果表明,整体上模型参数的不确定性对泉流量预测产生了较大影响,在开采量大且补给量较小的条件下影响最大,在压采且补给量大的条件下影响最小,但仅压采或仅补源并非加快晋祠泉复流的有效措施。     

基于GMS的日喀则市区地下水数值模拟

根据日喀则市区地下水开采现状与含水系统结构特征,建立了二维地下水数值模型,利用研究区的观测井实测水位对模型进行校正和检验,并开展了模型参数的敏感性分析,发现渗透系数对模拟结果最为敏感。进一步将校准后的数值模型用于预测研究区未来逐步扩大化开采地下水条件下的地下水流场。结果表明,与现状条件相比,2030年研究区各地下水水源地的地下水位表现为下降趋势,其地下水位平均下降2.25m,尤其在北郊水厂抽水井附近最大降深超过7m。结果可为日喀则市东嘎水库兴建的必要性论证与备用水源地的建设提供依据。     

给定井内水头条件下含水层补给井数值模拟方法

为合理模拟给定井内水头条件下地下水人工补给井补给过程,在地下水流数值模拟有限差法程序中加入Thiem公式校正。通过理想算例分析了含水层渗透系数、给水度、地下水埋深及数值模型时空离散尺度对补给井流量计算精度的影响,经实例分析探讨该方法的应用效果。结果表明,给水度、渗透系数等水文地质参数变化对模拟计算结果影响明显,与给定补给流量的传统模拟方法相比,Thiem公式修正法考虑了水头变化对补给量的影响,合理模拟了补给量的动态变化过程。研究成果为模拟补给量的动态变化过程提供了一种方法,为深入分析水文地质参数非均质性对计算结果的影响奠定了基础。     

基于大尺度模型约束的那陵格勒河重点区域地下水流数值模拟

以柴达木盆地那陵格勒河流域为例,探讨了通过大尺度地下水流数值模拟以提高重点区域模型可靠性的方法。首先建立流域典型剖面二维地下水数值模拟模型,将地下水流动系统分为浅部、中深部和深部三个级别的地下水交替循环带,然后结合重点研究区的范围,将其边界延伸扩展至水文地质条件较为清晰的边界上,建立较大区域尺度三维地下水数值模拟模型,再以此为基础,进一步建立重点研究区三维地下水数值模拟模型,可有效提高重点研究区地下水数值模型的可靠性。     

基于贝叶斯理论的SLURP水文模型参数不确定性评估及日径流模拟分析

为探讨贝叶斯理论在水文模型参数不确定性中的应用效果,以三峡库区兴山水文站以上的香溪河流域及其中的两个子流域1991～1995年日径流资料为研究对象,基于马尔科夫蒙特卡洛算法研究了SLURP水文模型参数及水文模拟的不确定性。结果表明,SLURP水文模型中深层地下水的截留常数、最大入渗率、浅层土壤的蓄水容量和深层地下水的初始百分比4个模型参数的不确定性较低;日模拟径流量95%不确定预测区间对实际观测数据的包括率为14.84%,平均相对区间宽度为1.27;径流模拟不确定性主要的贡献组分为壤中流,且子流域水平上的径流模拟不确定性在子流域汇流过程中发生了累积;两个子流域基流模拟的差别不大,其不确定性随时间逐渐降低。     

地下水环境影响评价中数值模拟的关键问题讨论

针对《环境影响评价技术导则地下水环境》(简称《导则》)中利用数值模拟技术进行地下水量和水质的影响预测评价工作在技术应用方法上存在的诸多问题,根据《导则》的具体要求,结合地下水环评项目的特点,提出了水文地质模型的概化、初始模型的建立和工况情景的设计与实现等三方面的关键问题,以多个项目实践经验为基础,基于FEFLOW平台,讨论了水文地质概念模型概化中的边界条件问题;对初始模型建立中的地表高程模型的生成、含水层结构的刻画、空间离散等三维地质建模问题给出了技术方案;并论述了边界条件及参数的输入、模型的校准和验证等初始流场建立工作中的基本工作方法和原则;同时探讨了弥散参数的确定、污染物总量的控制、连续源强和间断源强的设计实现、抽排水等工况设置方面的问题,以期为地下水环境影响评价中数值模拟工作的开展提供技术思路,同时为《导则》内容的实施提供一定的参考。     

基于Visual Modflow的某化工园区地下水污染运移研究

通过对某化工园区开展物探测量、钻探、水文地质试验、测井、水质分析等工作得到相关水文地质参数,应用Visual Modflow软件建立相应的数学模型,并通过MT3DMS溶质运移模块对特征污染物在连续源强、瞬态源强下及储罐火灾爆炸风险工况下化工原料渗漏及污水泄露进行污染物运移规律的模拟和预测。结果表明,在连续源强、瞬态源强下,起初一年间污染物浓度会因污染源渗漏或泄露而增加,但随时间的增加浓度会随地下水的流动扩散,且逐渐被稀释,这为地下水环境影响预测提供了可靠依据。     

基于GLUE方法的二维水动力模型不确定性研究

不确定性分析对于识别、评估模型计算过程中主要误差来源及其对于计算结果的影响十分必要。为此,评估了广义似然不确定性估计(GLUE)在水动力模型中对大汶河下游大清河流域二维水动力模型计算结果不确定性的影响,并利用互信息法分析模型参数和边界条件对预测结果的敏感性。结果表明,糙率对于输出结果的敏感性最强,边界条件对于输出结果的敏感程度稍弱;GLUE方法可有效分析参数-边界条件的不确定性,其预测的不确定性区间对于实测值的覆盖率较高,但模拟精度有待进一步提升。     

岩溶含水层地下水源热泵运行对地下水温度场的影响

为探究岩溶含水层水源热泵运行期间地下水温度场变化规律,以武汉市某场地地下水源热泵系统为例,基于有限元数值模拟软件FEFLOW,分别模拟了水源热泵空调制冷和制热期间抽水-回灌目的含水层中的渗流场和温度场,并对表征岩溶发育的重要参数储水系数和孔隙度进行敏感性分析。模拟结果表明,地下水源热泵运行仅影响回灌井附近地下水温度,不会对区域含水层温度产生影响;而表征岩溶发育的典型参数储水率和孔隙度,对模拟结果的影响不大。     

基于FloPy和NSGA-Ⅲ的地下水模拟优化模型

地下水模拟优化模型是实现地下水资源可持续利用的重要工具,当前采用紧密耦合的方式构建地下水.模拟优化模型的研究较少。为此,采用Python语言开发的Modflow工具FloPy构建了一个地下水多目标管理的数值模拟模型,即基于Python语言的多目标优化框架Pymoo建立一个紧密耦合的多目标地下水模拟优化模型,并采用多目标遗传算法NSGA-Ⅲ进行求解。结果表明,使用FloPy可通过编写代码的方式快速构建、运行和修改地下水数值模拟模型,且便于与优化算法耦合;Pymoo框架下的NSGA-Ⅲ算法可快速求解多目标地下水模拟优化模型。算例表明,采用基于Python语言的FloPy和Pymoo构建的多目标地下水模拟优化模型在数据处理、模型构建、结果分析及绘图方面有突出的优势。     

基于MI-GA-BP和误差统计分析的水电机组健康评估模型研究

针对水电机组运行期间故障样本较少,难以构建故障诊断模型的问题,提出基于MI-GA-BP和误差统计分析的方法构建水电机组健康评估模型。首先通过互信息理论选择相关的多个工况参数,进而采用GA-BP神经网络建立水电机组的振动预测模型,确定健康评估模型的基准值。然后通过对振动相对预测误差进行统计分析,采用非参数核密度估计法和正态分布估计法分别拟合其概率密度函数,计算在一定置信水平下的置信区间,采用熵权法对2种方法得到的区间进行组合得到最优区间,得到健康评估模型的界限值。通过仿真分析表明,所构建的健康评估模型能够实时反映机组的健康状态,判断其是否处于异常状态。     

燃油喷雾的大涡模拟

采用大涡数值模拟方法对三种不同背压条件下柴油喷雾过程进行了数值模拟,重点研究预测的喷雾贯穿距离以及粒子索特平均半径与计算网格的相关性。计算模型采用单方程亚网格湍流模型、ETAB喷雾粒子破碎模型和基于粒子云的碰撞模型。贯穿距离和索特平均半径的预测值与实验值吻合较好,并实现了预测值与计算网格无关性。通过计算结果对湍流模型和碰撞模型敏感性分析,计算结果表明,采用亚网格湍流模型可以降低计算结果对计算网格分辨率的敏感性,引起网格相关性的主要原因在于碰撞模型的网格相关性。     

唐家山滑坡坝溃坝洪水数值模型研究

以唐家山滑坡坝为例,通过分析唐家山滑坡坝及堰塞湖的基本特征,获取溃坝洪水数值模型的输入参数,并根据唐家山滑坡坝的物质组成及地质结构特征对选定的BREACH模型中的竖向冲蚀公式和线型参数Br进行改进。同时应用原模型及改进模型预测唐家山滑坡坝溃坝洪水的峰值流量、峰值段持续时间、总泄洪量等水力学参数,并将两模型的预测值与实际观测值进行对比,结果表明改进模型的预测精度明显提高。对改进模型的主要参数进行敏感性分析,发现坝体物质的孔隙率为最敏感参数。这为类似滑坡坝溃决的水力学参数预测提供了参考。     

那陵格勒河冲洪积扇地下水允许开采量评价

鉴于那陵格勒河流域冲洪积扇前缘绿洲带生态环境系统对地下水的依赖性,建立了那陵格勒河冲洪积扇水文地质概念模型及地下水流运动的数值模拟模型,采用地下水位拟合、泉流量拟合、溢出带位置拟合及地下水均衡等分析了所建模型的合理性与可靠性,并依据含水层厚度分布、渗透系数、导水系数和单井单位降深涌水量圈定那陵格勒河重点开采区,推导出了生态环境退化程度和地下水开采量之间的关系公式,以生态指标和技术经济指标作为地下水开采的限制条件,通过数值法计算得到重点开采区地下水允许开采量。     

等离子点火器三维燃烧流场的有限速率化学反应数值模拟

针对等离子点火器内三维湍流燃烧流场，采取有限速率化学反应模型，模拟其物理化学过程。湍流流动采用RNGκ-ε模型，燃烧模型采用EDC涡耗散概念模型来估算化学反应速度，热电弧用等效加热区代替。数值模拟结果得出了在富燃料情况的流场特性参数和产物分布。通过对数值模拟结果的分析，实现了EDC模型对活性物质的预测，并为等离子点火器燃烧流场的进一步研究提供了一种新思路。     

基于有限元分析的火化炉热能传递仿真研究

利用有限元分析手段,对遗体火化过程中炉膛的温度、速度分布进行模拟.通过将实际检测结果与模拟结果进行对比,验证数值模拟所用模型的可靠性和数值模拟方法与结果的可信性,然后通过分析几种不同炉膛结构的温度、速度分布,对炉体主要设计参数进行了优化.研究结果为设计更加合理、高效节能的火化设备提供了理论依据,对优化遗体火化燃烧过程具有重要意义.