关于地下水非稳定流计算的一个初等方法

§1 引言关于地下水非稳定流的计算,通常是先写出地下水运动的偏微分方程,然后用有限单元法或差分法去解关于这个偏微分方程的混合问题。这两个方法,特别是有限单元法,用的数学较深,不易为广大地下水计算工作者所掌握。我们小组在同北京市地质局水文一大队计算地下水时共同采用了一种方法,它不通过偏微分方程,而是应用达西定律直接写出描述地下水运动的代数方程组。灵活运用这个代数方程组就可解决地下水的各种问题,例如地下水预报问题和反求水文地质参数等。叙述这个方法,只用一点微积分的知识,是一个初等方法,     

非饱和土壤水分运动参数的确定——以昆明红壤土为例

应用数学物理方法对降雨入渗、产流等水量转化关系模拟时,土壤水分运动参数即土壤水分特征曲线、扩散率、导水率是必不可少的数据,影响和控制着水及溶质在土壤和地下水中的分布和运移速度,是描述和研究土壤水运移的关键参数.以昆明地区红壤为例,利用离心机测定土壤水分特征曲线、水平土柱测定扩散率并计算出导水率,利用VG公式拟合土壤水分特征曲线,通过指数经验公式拟合土壤水体积分数与扩散率、导水率的关系,结果表明具有显著的相关性.在参数确定过程中,充分考虑了颗粒粒径、干容重等影响,得到了最优的土壤水分运动参数,为相关研究提供一定的参考.     

基于配线法的BP神经网络求解Theis模型

利用非稳定流抽水试验资料确定含水层水文地质参数的配线法在具体应用中存在较大的随意性,用一种改进的反向传播(BP)神经网络方法来进行承压完整井非稳定地下水运动Theis公式中的水文地质参数识别,在一定程度上解决了现有的BP神经网络方法求解含水层参数中存在训练区间选择、网络拓扑结构复杂、网络泛化性能较低和过度拟合等问题.实例计算结果表明,提出的基于配线法的BP神经网络是求解水文地质参数的一种高效方法,对其他水文地质问题求解具有推广应用价值.     

空间环境下惯性展开机构动态性能可靠性分析

提出惯性展开机构运动参数动态可靠性分析方法,建立了惯性展开机构运动参数动态可靠性分析模型.将驱动力(矩)、摩擦和阻尼力(矩)等作为随机变量,应用蒙特卡罗方法,取得动态参数样本,再利用人工神经网络方法,用随机抽取的样本对网络进行训练,统计网络输出的动态参数分布,得到惯性展开机构动态可靠度.空间站惯性展开机构动态可靠度计算实例表明,该方法简单实用,计算成本低.     

地下水可开采系数计算结果的可靠度与敏感性

为了分析地下水可开采系数计算结果的可靠程度及其对模型参数的敏感性,从参数存在的不确定性角度出发,采用蒙特卡罗方法对地下水可开采系数进行可靠度分析,结合实例定量分析了包气带对降水的有效利用系数αp、降水入渗补给系数αg、作物对潜水蒸发的有效利用系数C、给水度μ和灌溉回归系数β等5个参数的不确定性对地下水可开采系数计算结果的影响,分析了不同可靠度对应可开采系数(可开采量)的变化规律,并阐述了不同离势系数对可开采系数计算结果的影响.结果表明:参数服从正态分布时50%可靠度对应的可开采量比参数取均值时的可开采量小;地下水可开采系数计算结果对模型参数的敏感性排序从大到小为αg,αp,μ,β,C.     

北京市平原区饱和-非饱和地下水三维流模型建模方法

地下水是北京市主要的供水水源,其安全性对于北京市社会经济发展起着至关重要的作用,而利用地下水数值模型研究合理的地下水供水方案是非常有效的方法.本文在总结分析北京市平原区地下水数值模拟现状和水文地质条件的基础上,阐述了利用国际流行的饱和-非饱和地下水流并行数值模拟软件TOUGH2-MP/EOS9建模的方法,包括离散网络建立、水文地质参数分区与赋值、初始条件、参数率定与模拟拟合等等.结果表明了模型的合理性,同时分析了饱和度和补给速度的垂向变化,其结果可为南水北调水入京后北京市地下水补给和压采方案提供有效的技术支持.     

基于稠密连接网络的地下水污染替代模型研究

地下水污染溯源和含水层参数反演问题等地下水逆问题通常面临计算负荷量的制约，考虑使用替代模型作为解决方法，从而降低地下水反演问题的计算成本。借鉴卷积神经网络的图像识别过程，考虑将地下水流运动和污染物运移问题转化为输入场图像（渗透系数场、污染源信息等）与输出场图像（水头场、浓度场等）之间函数关系的图像回归问题，利用基于稠密连接网络的AR-Net-WL构建地下水流运动和污染物运移的替代模型。算例研究表明，针对替代模型的过拟合现象，尽可能选择较大的训练样本可获得约10%的精度提升；当没有条件增加训练样本时，采用最优正则项系数的AR-Net-WL在训练样本较少的情形下（训练样本500）也能够取得良好的性能，能够精确预测地下水流运动和污染物运移。     

振动落砂机系统的拟周期碰撞设计

首先建立了落砂机系统周期运动的Poincaré映射,考虑到在设计过程中经典的Neimark-Sacker分岔临界准则需要直接计算特征值带来的局限性,利用不直接依赖于特征值计算的显式临界准则,获得了系统发生Neimark-Sacker分岔的两参数区域图,所获得的参数区域图有助于主动设计系统的拟周期碰撞运动.然后应用中心流形-正则形方法进一步分析了拟周期碰撞运动的稳定性.最后数值仿真表明在选定的系统参数处能产生稳定的拟周期碰撞运动.     

奥钢联连铸机结晶器振动机构运动分析

本文分析研究了奥钢联型连铸机结晶器振动机构的运动特性,提出了其运动参数的计算方法,编制了运动参数计算程序。利用该程序,在 IBM-PC 机上可方便地计算出在不同频率、振幅下结晶器振动时的位移、速度和加速度,为研究这种新型结晶器振动机构的运动特性提供了理论依据。     

一种新的地基参数确定方法

在分析水平层状地基运动特征的基础上,运用最小二乘识别理论,通过迭代求解基岩输入运动加速度值,建立了层状地基参数的时域识别方法,并利用地基模型实验数据,实施了层状地基的参数识别过程.计算结果表明,该方法产生良好的地基参数估计.     

四川双流区域地下水资源评价

在对四川双流区域水文地质特征研究的基础上,进行了一系列单孔和群孔非稳定抽水试验。利用0.618优选法,模型识别出水文地质参数并进行了参数分区;采用有限单元法模拟出区域渗流场,研究了区域地下水补径排特征,建立了符合双流具体实际的资源计算模型,最后计算并评价了研究区域的地下水资源。     

基于Fuzzy logic的地下水允许开采量计算

基于地下水系统的随机性、模糊性、不精确性以及水文地质信息较为不足的实际情况,将水文地质参数假设为X-2σ以为模糊数下限,X 2σ为上限,X为最可能值的三角模糊数.在此基础上,通过将确定性模型参数模糊化,建立了地下水补给量、允许开采量计算的模糊模型.根据这一模型,运用三角模糊数的(-截集技术和算术运算性质,计算得到研究区域的地下水允许开采量.实例研究表明,以三角模糊技术定量计算地下水允许开采量,在理论上是可行的、计算结果是可信的.     

构造断裂发育地区的地下水流模拟

讨论了利用非均质、各向异性的地下水非稳定运动的理论［１］和相应的有限单元方法［２］,对一个构造断裂极为发育的富水地区的地下水运动采用非均质、各向异性的计算机模拟技巧,成功地处理了断裂带对地下水运动的影响,在此基础上建立了该区的地下水动态预测模型,为合理开发本区的地下水资源提供了准确的依据．     

应用同位素技术测定多层含水层参数试验研究

论述了在揭露多层含水层的钻孔中，利用地下水同位素示踪仪测定孔内垂向水流流速和流向计算多层含水层参数的基本原理，并经工程实例检验证实测试方法可行，参数计算精度可靠。     

束解非定常方柱绕流的可变周期时间谱方法

针对周期性非定常流动特点,采用时间谱方法求解了无限大区域内低雷诺数下二维不可压缩层流绕方柱流动问题.由于方柱绕流的非定常运动周期事先未知,在计算过程中加入了基于残差梯度的可变周期计算方法,使变量和周期可以同时迭代计算.研究了时间谱方法的计算精度和求解速度,分析了不同求解参数对最终结果的影响.计算结果表明,时间谱方法可以准确地模拟方柱后漩涡的非定常运动现象,而计算所需时间只是传统的基于有限差分的双时间推进方法的10%～25%,流体非定常运动的Strouhal数和方柱的阻力特性证实了这种方法的正确性.可变周期计算方法对求解参数的变化不敏感,可以准确地预测运动周期.     

地下水数值模拟中的参数灵敏度分析

将局部灵敏度分析和全局灵敏度分析引入地下水数值模型的参数灵敏度分析中,并以塔里木河下游为例,选取含水层渗透系数、给水度、河床沉积物渗透特性系数及模型输入项的河流水位进行地下水数值模拟中的参数灵敏度分析.分析结果表明,河流水位对地下水数值模型的影响最为显著,而其他参数的影响则相对较小,全局灵敏度分析计算出的参数总灵敏度较小.这说明地下水数值模型比较稳定,可以用于模拟塔里木河下游地下水水位变化情况.     

基于随机-模糊模型的地下水污染风险评价

提出了基于随机-模糊模型的地下水污染风险评价方法.该方法同时考虑了参数的随机性和模糊性,将地下水污染的环境风险定义为含水层"脆弱性"和地下水污染对人类健康"危害性"的乘积,运用模糊属性识别理论判断环境风险的等级.以长沙市黄兴镇蓝天化工厂锰渣场含锰废水下渗造成的地下水锰污染为例,分别计算了地下水锰污染的"脆弱性"和"危害性",并将其划分为"高"、"中-高"、"中"、"中-低"、"低"5个水平等级.结果表明,基于随机-模糊模型的地下水锰污染的环境风险介于"低-中"和"中"之间,与确定性模型中环境风险的计算结果有显著差别.     

利用逆统计模型确定秦岭特长隧道地下水年龄

针对基岩裂隙介质中地下水流普遍存在的水动力弥散作用及地下水年龄的同位素数学模型复杂的状况,作者介绍一种计算地下水年龄的逆统计模型(ISM).该模型不仅因考虑了上述影响因素使其理论上更完善,而且使地下水年龄计算较之传统的同位素指数活塞模型(EPM)更为简便.利用ISM模型,计算出秦岭特长隧道地区地下水年龄的下限约55 a,与EPM模型计算结果基本吻合.该模型可作为裂隙介质中地下水年龄计算的一种基本方法.     

地下水中污染物运动路径的简便解算方法（一）

解算地下水中污染物的运动路径，以估算污染物的分布范围，对于地下水污染的治理和环境保护是十分重要的．本文拟给出一种基于地下水二维渗流模型的水质点运动路径的计算方法．采用这种方法可以简便地分析污染在渗流区内的分布状况．     

基于可变形状基的自适应运动参数识别方法

针对传统运动参数测量方法估计结果偏差较大的问题,为了提高运动参数的测量精度,提出一种可变形状基的自适应运动参数识别方法.首先运动员的运动可以看作是一个随机过程,通过计算运动员的形心坐标,确定运动状态下运动员的形状基矩阵,然后使用测量矩阵的秩来计算形状基数量的可变性,最后获得形状基在噪声干扰情况下的最优计算结果.仿真结果表明,本文方法可以更加准确检测出人体运动的相关参数,提高了参数的测量精度.