基于EnKF综合水头和浓度观测数据推估地下水流模型参数

地下水反应运移模型具有参数个数众多,观测数据类型多样的特点。为了探究不同类型观测数据在反应运移模拟数据同化中的数据价值,构建了三氯乙烯降解反应运移模型的理想算例,基于水头和浓度两种类型观测数据,采用集合卡尔曼滤波方法推估渗透系数和贮水系数的非均质空间分布,讨论了影响同化结果的因素。结果表明:与仅同化水头数据的结果相比,联合同化水头和浓度观测数据推估渗透系数场和贮水系数场时具有更高的精度,在观测数据拟合和模型预测方面也有更好的表现。与目前溶质运移模型、非饱和流模型等地下水模型中的研究结果相似,数据同化结果受样本数量,观测井的数量和位置的影响,合理优化布置监测井和选择样本数量可有效改善数据同化效果并提高计算效率。     

祁连山大通河源多年冻土区浅层土壤水热时空变化特征

在大通河源不同草甸生态系统中建立浅层土壤水热监测网络. 2010-2011年监测结果表明：土壤温度和水分均具有明显的冻融交替和空间梯度变化格局. 在沼泽化草甸和典型草甸区,土壤融化和冻结末期分别出现在5月底、6月初和11月中下旬;而退化草甸区对应的时间则出现在4月底、5月初和11月中上旬. 在沼泽化草甸和典型草甸土壤温度变化曲线上有明显的“零点幕”时期,而退化草甸则不太明显. 土壤温度曲线的阶段划分结果表明,沼泽化草甸和典型草甸各阶段不存在显著差异,二者阶段划分曲线基本重合,均可以划分为6个阶段：春季升温阶段、春季“零点幕”阶段、夏季升温阶段、秋季降温阶段、秋季“零点幕”阶段和冬季降温阶段. 对于退化草甸而言,春季和秋季“零点幕”时期不明显,阶段划分曲线与前二者具有较大差异. 退化草甸温度曲线“零点幕”时期不显著对应于下伏多年冻土临近岛状多年冻土边缘,是最易于受环境影响变化而发生退化的区域. 3个监测场地浅层土壤水热格局一定程度上指示了下伏多年冻土的空间分布格局.     

祁连山首次发现冰楔假形及其意义

2007年11月, 在祁连山东段南坡大通河上游河谷右岸的取土坑内(37°51′ N, 100°08′ E;海拔3 618 m)首次发现楔形构造, 成群分布在表层草根腐殖土之下约0.5 m深度处. 楔体呈袋状或舌状, 楔口宽度和楔体高度约在2.0～3.0 m, 宽高比值接近1. 楔体周围地层为冲洪积相碎石土堆积, 充填物为土黄色、灰黑色粉质土. 楔体两壁附近的卵、碎石长轴具有平行于楔壁的定向性, 说明这些碎石曾经受到过挤压, 据此初步判断这些楔形构造为冰楔假形. 这些冰楔假形发现对于研究该地区冻土演化和古气候具有参考意义.     

软土地区地铁道床沉降特征及其诱发因素分析

以上海4条地铁线路道床长期沉降监测资料为基础,分析了地铁隧道的纵向沉降特征;结合该地区地质环境调查资料,深入分析地铁隧道沉降与下卧层地层结构、浅部地下水位变化以及区域地面沉降三个地质环境因素之间的相互作用关系。结果表明,地铁隧道下卧地层结构差异是地铁隧道沉降差异性的重要地质环境因素,深基坑降排水引起降水目的含水层地下水位下降,使得降水目的层以及相邻软黏性土层发生较大的压缩变形,导致以降水目的层上覆软黏性土层为承载体的地铁隧道也随之发生沉降,区域地面沉降也是地铁隧道沉降的重要影响因素。     

改进时间分数阶模型模拟非Fick溶质运移

通过将经典时间分数阶对流-弥散方程的等待时间分布函数的尾部修改为指数型,推导出了改进时间分数阶对流-弥散方程,并提出有效的时空算子分裂数值求解方法。对两个理想算例和一个实际算例进行计算,结果表明,改进的时间分数阶对流-弥散方程继承了时间分数阶对流-弥散方程能模拟穿透曲线幂率型拖尾分布的优点,还可模拟穿透曲线尾部由幂率型转换到指数型的过程;特征时间λ、分数阶指数γ和两相容量比例系数β共同决定了运移行为。改进的新模型可以区分非均质介质中流动相和非流动相中的溶质浓度, 更细微地模拟非Fick溶质运移行为。     

地下水污染监测网多目标优化设计模型及进化求解

采用模拟-优化方法建立了一个用于地下水污染监测网设计的多目标优化模型,该模型包括最小化监测费用、污染物质量评估误差、污染羽一阶矩评估误差和二阶矩评估误差等4个目标函数,以充分揭示减少地下水污染监测费用与提高污染监测精度之间的权衡关系.将改进小生境Pareto遗传算法与地下水流模拟程序和污染物运移模拟程序相耦合用于求解地下水污染监测网多目标设计模型.算例研究表明,采用进化算法求解监测网的多目标模型,能真实地反映各个目标函数间的权衡关系,并且不用考虑传统方法中惩罚因子的影响.与单目标优化模型相比,多目标优化模型可在较短的时间内得到优化问题的一系列Pareto权衡解,以利于相应条件下决策者选择最为经济有效的地下水污染监测方案.     

地下水溶质运移数值模拟中减少误差的新方法

地下水中污染物运移的数值模拟方法一直是学界的研究热点问题.而如何减少与消除对流-弥散方程数值解中浓度陡锋面附近的数值振荡与数值弥散,更是研究的前沿与难点.提出了一种地下水溶质运移数值模拟中减少数值弥散的新方法.该方法的核心思想是在水动力弥散系数上加上一个数值弥散估算值,得到一个修正弥散系数,用其替代方程中有明确物理意义的水动力弥散系数进行计算.并提出了一个参数——数值弥散因子(μ_NDF),可以根据研究需要进行参数分区并适当调节该因子的大小,从而达到控制数值振荡,减小数值弥散的目的.从一维到二维的多个数值算例的模拟计算结果表明,该方法能在消除数值振荡的基础上,较好地减少数值弥散,达到满意的精度.     

含水介质各向异性对渗透系数空间变异性统计的影响

针对目前渗透系数实测样本假定满足各向同性的局限,以Borden含水层试验场实测数据为例,通过反证法进行相关数据分析,总结了含水介质各向异性对渗透系数空间变异性统计的影响,并指明渗透系数各向同性假设的适用条件以及不合理之处。同时相应地给出了研究尺度下渗透系数场能否采用平稳随机场描述的判定依据。最后为今后进一步开展渗透系数空间变异性研究提出几点建议。     

渗透系数空间变异性研究

水文地质参数的空间变异性是随机理论研究的基础,而渗透系数是最为重要的水文地质参数。国外有关渗透参数空间变异性的研究工作已开展很多,但渗透系数究竟服从什么分布目前尚无确切答案。利用Borden含水层试验数据,对渗透系数的空间变异性进行探讨,结果表明若处理方法得当,渗透系数应服从对数正态分布。同时,还对今后野外开展含水层渗透系数空间变异性试验研究提出几点建议。     

数值模拟是反映客观规律和定量评价的重要手段——兼评几种流行看法和有关问题

70年代初以来,随着电子计算机和数值计算方法的发展,数值模拟逐渐取代传统的模拟技术成为定量评价的主要手段;水量计算、评价地下水资源量都离不开它,还可以用它来研究地下水的合理开发和地下水资源的科学管理,但其发展趋势已远远超出作为