基于小波分析与Mann-Kendall法的岩溶大泉动态研究

研究地下水动态是认识地下水资源的有效手段。根据1956－2013年济南岩溶泉域大气降水及地下水水位动态监测资料,采用小波分析法、Mann-Kendall趋势检验、突变检验法研究了58个水文年泉水位对大气降水的响应,可以看出:（1）大气降水和泉水位呈现出多尺度的变化特征,长时间尺度上两者的变化周期基本相同,变化周期为16年和12年,说明大气降水对泉水位有直接影响;（2）在1956—2013年,济南泉域地下水水位具有0.65 m·（10a）-1的年际显著下降趋势,但降水具有12.65 mm·（10a）-1的不显著上升趋势,说明在人为因素影响下泉水动态的影响因素的权重发生了变化;（3）大气降水在1999年发生突变,1999年之后年降水为增加趋势;而地下水水位突变年份为1967年,1967年以后水位持续降低,2004年以后水位快速上升,泉水位未来趋势应与降水保持一致,呈上升趋势,说明大气降水并非泉水动态的唯一影响因素;（4）通过建立不同时段的多元回归模型,表明近58年来地下水水位的主要影响因素由大气降水到人工开采之间的转换,同时验证了小波分析和Mann-Kendall法研究地下水动态的适宜性和可靠性,也为济南市的保泉提供了参考依据。      

基于随机森林法的弥河-潍河流域地下水质量评价研究

准确掌握地下水的环境质量状况是合理确定地下水资源开发策略和有效进行地下水资源保护的重要前提。通过随机森林（random forest）法构建弥河-潍河流域地下水质量评价模型,结果表明：（1）随机森林法在进行地下水水质分类时具有分类精度高、泛化能力强等特点,且在进行超参数优化后,其分类精度会进一步提高,证明将随机森林法应用于地下水质量评价是可行的,并且其综合性能要优于逻辑回归模型;（2）研究区地下水水样均为Ⅳ类和Ⅴ类水,说明水质状况整体较差;（3）通过分类指标重要性评价可以看出,研究区地下水水质的主要影响指标为硝酸盐、总硬度和溶解性总固体,而此类指标的主要来源是蔬菜种植化肥的不合理使用及河流污染入渗,因此要进一步加强对蔬菜种植污染排放及河流水质的监测和控制。     

地下水超采区评价法及其应用

地下水超采引发的诸多环境地质问题制约着当地的社会经济发展,亟需加强对地下水资源的管理和保护。为合理规划管理地下水超采区,本文探讨了超采区的概念,归纳总结出超采区的自然属性和社会属性,认为超采区为"在一定时期内,地下水开采量超过一阈值而对地下水系统或局部的地质环境或水生态环境等产生一定损害或裂变影响的区域";阐述了超采区的评价指标与单因子评价、多因子系统分析以及数值模拟法等评价方法,同时对不同方法进行了比较分析;在此基础上,提出区域数值模拟-局部水位动态联合评价法,并以潍坊北部地区为例,验证了区域数值模拟-局部水位动态联合评价法的实用性。     

大区域地下水模拟的预优并行GMRES(m)算法研究

大区域研究区由于涉及范围大、水文地质参数复杂多变,一直是进行地下水数值模拟的热点和难点。针对大区域地下水模拟的特点,在MPI环境中对Krylov子空间GMRES(m)算法的并行性进行分析,提出基于区域分解法的并行实现策略,并对不同的预条件子的加速效果进行比较。数值实验结果表明:并行GMRES(m)算法在求解大区域三维地下水模型时可以显著的加快求解速度,且具有较好的可扩展性。另外,Jacobi预条件子与GMRES算法的组合具有更优的加速比和执行效率,是一种求解大型化、复杂化地下水水流问题的可行方案。