基于融合注意力机制LSTM网络的地下水位自适应鲁棒预测

地下水水位是旱天污水管网地下水入渗量的重要影响因素,快速精准地预测地下水水位能有效提升旱天污水管网地下水入渗量估算准确度,辅助优化管网病害治理与维护策略。针对目前城市复杂水文预测存在的准确度低、灵敏度低、泛化能力弱等问题,本文提出了一种新的鲁棒自适应水位预测算法。首先,对水文数据进行预处理,解决了数据时间跨度大、噪声多、缺失及异常、非平稳等问题。其次,针对不同输入特征对预测指标的影响,在模型训练阶段提出一种新的空间变量注意机制,可快速识别与水位关联的关键变量,并对输入特征赋予不同的影响权重。然后,针对不同序列长度对预测效果的影响,还设计了自适应时间注意力机制,帮助网络自适应地找出与不同时间序列长度预测指标相关的编码器隐藏状态,以更好地捕捉时间上的依赖关系。在此基础上,以上下文向量作为输入,提出一种融合注意力机制的长短时记忆网络水文预测算法。最后,通过意大利Petrignano水文数据验证了所提算法的有效性,并与GRU、Elman、LSTM、VA–LSTM和S–LSTM等方法进行预测性能比较。结果表明,基于融合注意力机制的LSTM网络在面临大规模、噪点多的复杂数据时有优于其它几种算法的预测效果,表明该算法具有强自适应性和鲁棒性。本文研究结果可以为市政排水策略合理调整、及时控制提供参考。

盐城坳陷带典型区域新近系盐城组第Ⅴ承压含水层特征方法研究

盐城市区地处苏北盐城坳陷带,境内的新近系盐城组孔隙含水层深达1000~1300m。前人对400m以下的第Ⅴ承压含水层划分、研究较为粗略。通过岩芯分析、物探、野外调查、水化学分析、数值模拟等多种方法的综合运用,重新划定了第Ⅴ承压含水层的赋存边界,深入研究了区域该含水层的赋存特征,同时计算了其可持续利用资源量。研究成果可为盐城坳陷带其他区域该含水层的研究提供科学的借鉴。

基于季节性自回归积分滑动平均模型(SARIMA)的埋深特征预测

本文采用某地下水站2019-01-01-2021-07-12内每日的地下水埋深数据,通过SARIMA模型预测未来地下水埋深的数值,并使用2021-08-25-09-27的实测数据进行模型结果验证,最后分析地下水埋深特征。此模型能为已有历史水文资料但数据缺失的区域提供生成高精准预测值的方法,同时为流域水资源管理、水利规划提供依据。

不同回灌条件下通辽市科尔沁区的地下水位响应研究

随着社会经济的发展,为满足农业生产需求,科尔沁区内的开采井规模及数量不断扩大增加,造成区内地下水超采严重,地下水位持续下降,严重制约着当地的发展。为此,参考地下水位下降较严重区域位置、水系分布、引水工程的引水量及单井的回灌能力等条件,选取河道、回灌井、河道回灌井结合的回灌方式,设计不同降水条件下的9种回灌方案(s1~s9),利用FEFLOW软件建立相应的地下水流数值模型,并模拟不同的回灌方案,分析各方案下地下水位的响应情况。结果表明,丰水年条件下,方案s3的地下水位平均抬升值最大,地下水位的恢复效果最好,而方案s2的单位回灌量最小,回灌效率最高,其次为方案s3,平水年与枯水年条件下结果类似。研究结果可为当地的地下水位恢复和地下水资源的合理开发利用提供重要参考。

基于改进DRASTIC模型的莒县地下水脆弱性评价

对传统的DRASTIC模型进行了修改,将包气带介质类型(I)、含水层水力传导系数(C)替换为土地利用类型(L)和地下水水质(Z)两项指标,提出了DRASTLZ模型,以更好地评估地下水系统对污染的敏感程度。首先建立DRASTLZ模型评分体系,赋予7个影响指标不同的权重,采用ArcGIS平台,对搜集到的数据进行处理和统计分析,分别建立地下水位埋深(D)、地下水净补给量(R)、含水层介质(A)、土壤介质(S)、地面坡度(T)、土地利用类型(L)和地下水水质(Z)7个评价指标的评分图,然后对7个图层进行叠加,按照所分配的权重进行计算,得出莒县地下水脆弱性综合指数值,并通过自然间断点分级法划分为低脆弱性、较低脆弱性、中等脆弱性、较高脆弱性、高脆弱性区5个分区,最终完成莒县地下水脆弱性评价。计算结果表明:莒县地下水脆弱性总体水平偏高,地下水较高脆弱区占比最大,约38%,地下水中等脆弱性区和高脆弱性区占比较大,分别为36%和15%,地下水较低脆弱性区和地下水低脆弱性区占比较小,分别为10%和1%。地下水脆弱性评价结果与水质取样点的超标情况呈现正相关性,这表明在莒县地区,构建的DRASTLZ评价模型具有较高的适用性,其评价结果贴近实际情况。DRASTLZ模型的成功应用,为将来类似区域的地下水脆弱性评价研究提供了有益的经验和指导。

银川平原不同深度地下水化学演化特征研究

为探明银川平原不同深度(5~600 m)地下水化学特征及演化过程,采用地下水位动态分析方法、Person相关性分析、饱和指数和水化学方法(Piper图、Gibbs图、离子比例系数)对银川平原不同深度地下水化学特征和同位素特征进行了系统分析,并采用氚和^(14)C定年方法估算了浅层(5~30 m)和深层(150~600 m)地下水的年龄。结果表明:研究区5~30 m浅层地下水化学类型为Cl·SO_(4)-Na·Mg、SO_(4)·Cl·HCO_(3)-Na·Mg型,主要受蒸发浓缩作用影响,150~300 m、400~600 m深层地下水均为HCO_(3)·CO_(3)-Na·Mg、HCO_(3)-Na·Mg型,受岩石风化作用控制;5~30 m浅层地下水主要受引黄灌溉水补给,地下水年龄9~>68 a,150~600 m深层地下水来源于西部山区,年龄为7325~25554 a B.P.;地下水中离子主要来自碳酸盐岩、蒸发盐岩、硅酸盐岩的溶解,阳离子交换作用也影响地下水中化学组分的变化。

三江平原地下水补给影响因素及补给量估算方法分析

黑龙江省是以农业生产为主的粮食大省,地下水又是农业灌溉的主要取水源,因此了解影响地下水补给因素和补给量估算对于维持该地区农田的灌溉,生态环境健康稳定和可持续发展具有重要意义。通过三江平原多年地区降雨量、蒸发量、径流量和地下水转化量数据分析总结出具体影响因素并对现有补给量估算方法进行分析。显示出未来三江平原地下水补给量将会受到许多的因素影响,包括气候因素和人为因素。并总结对于该地区的影响程度。阐述了传统估算法作用于三江平原地理特征时出现的缺点与不足。研究了MOD16遥感技术与SWATMOD耦合模型用于估算的新尝试。

叶尔羌河流域地下水动态变化研究

本文以叶尔羌河灌区为例,通过对3个子灌区35眼地下水位观测井各项月观测数据的分析,以及综合考虑地下水开采量、降水量、径流量等关键数据,探明地下水埋深变化的基本特征及出现此类变化的关键影响因子。研究结果表明:巴楚子灌区的地下水埋深变化最大,莎车子和麦盖提子灌区的该值相对较小;农业生产季节是影响巴楚和麦盖提子灌区地下水埋深的关键因素,灌区位置和地下水超采则是影响叶尔羌河灌区地下水埋深的关键因素。

西北内陆河流域地下水循环特征与地下水资源评价

在系统梳理前人调查研究成果基础上,总结了西北内陆河流域主要的含水层特点,对山区、平原区和沙漠区的地下水循环特点进行了分析,着重对平原区地下水水流系统进行了讨论。由于西北内陆河流域地下水与地表水关系密切,形成了具有密切水力联系的含水层-河流系统,不论是上游开发地表水还是地下水,都会引起整个流域内地下水资源的强烈变化。地下水资源评价表明,西北内陆河流域地下水资源量为783亿m^(3)/a,其中平原区的地下水资源量为487亿m^(3)/a,山区与平原区的地下水资源重复量为199亿m^(3)/a,现状开采量为128亿m^(3)/a。地下水开发潜力分析表明,除柴达木盆地、塔里木盆地南缘等地区外,其他地区的地下水开采潜力有限,应通过提高水资源的利用效率来提高其承载能力。今后应加大(微)咸水资源化、地下水水库的调查研究,加强地下水的生态功能和生态需水量评价,为地下水资源的合理开发利用提供技术支撑。

物元模型在区域地下水资源承载力综合评价中的应用

为了建立地下水资源承载力的评价模型,采用物元分析法对关中地区的地下水资源承载力进行综合评价,评价结果得出,西安的地下水资源承载力已达Ⅲ级,地下水资源的承载力已接近饱和值;咸阳、宝鸡、渭南等地的地下水资源承载力属于Ⅱ级,地下水资源开发利用已有相当规模,但仍有一定的开发潜力。评价结果与模糊综合评判法的结果相同,为该领域的评价提供了一种更为简便的方法。

基于主成分-时间序列模型的地下水位预测

地下水位预测是区域水资源管理的重要依据。针对地下水位在时间序列上表现出高度的随机性和滞后性,建立了基于主成分分析与多变量时间序列CAR(Controlled Auto-Regressive)模型耦合的地下水位预报模型,将该模型应用于济南市陡沟灌区地下水位预测,结果显示,模型模拟值与实测值的决定系数R^2和Nash-Suttcliffe系数Ens均达到0.90以上;以2011年为基准年,当降水量减少10%~20%,蒸发量和生活用水量增加10%~20%,调入27.39万~137.0万m^3地表水用于农业灌溉时,到2030年灌区地下水位将维持在30.99~31.29 m,较基准年上升0.12~0.42 m。在区域水资源紧缺的背景下,适当引入地表水灌溉,减少地下水的开采,灌区地下水位将逐步回升,对于灌区的可持续发展和区域水资源的合理利用具有重要意义。

长江流域地下水资源特征与开发利用现状

为提升对长江流域水文地质和地下水资源的认知程度,突破以往单独从地表水或地下水角度进行评价的局限性,长江流域水文地质调查工程以地球系统科学理论和水循环理论为指导,充分考虑地表水与地下水的转化关系,将水文地质单元和地表水流域有机结合,划分长江流域地下水评价单元,建立典型地下水资源评价模型,开展了新一轮长江流域地下水资源评价。评价结果表明:(1)长江流域水循环要素时空分布不均,降水以中游最多,并由东南向西北递减;地表径流主要集中在夏季,且长江北岸比南岸集中程度更高;蒸散发量总体上呈现东部高于西部的特征,最大值集中在长江中游一带;长江流域地下水位总体保持稳定,丰枯季水位变化总体不大,一般小于2 m;长三角超采区的地下水漏斗面积已明显减小,相关环境地质问题得到了有效控制。(2)2020年长江流域的地下水资源总量2421.70亿m^(3)/a,其中山丘区地下水资源量2092.79亿m^(3)/a,平原区地下水资源量331.35亿m^(3)/a;地下水储存量较2019年整体略有增加趋势,其中四川盆地最为明显,共增加23.72亿m^(3)。(3)长江流域的水质上游优于下游,优质地下水主要分布在赣南地区和大别山南麓一带,部分地区水质较差的主要原因是原生劣质水的广泛分布。长江流域地下水开发利用水平整体很低,局部地区由于过往不合理的开发所引发的环境地质问题已得到缓解,岩溶塌陷、地面沉降等问题得到了较好控制。建议适当开发利用赣南地区和大别山南麓一带优质的基岩裂隙水。

黄河水对两侧地下水补给范围的初步研究

黄河下游黄河水补给地下水的范围在自然和人为双重因素的影响下变得非常复杂,至今在学术界也没有定论。通过系统研究黄河流域地下水的动态特征,划分了水文型、水文—气象型到气象—水文型,逐渐过渡到气象型、气象—灌溉型和气象—开采型等动态类型,并于2000年和2001年进行了两次地下水流场统一调查和同位素测试分析。采用地下水流场分析法和同位素测试分析法综合研究,较准确地划分了黄河不同河段影响带的宽度,为黄河影响带地下水资源评价奠定了基础。

集对分析法在地下水水质评价中的应用

同一级别不同地区的地下水水质会因评价指标数值的差异而有所差别,将集对分析法运用到地下水水质评价中,可以先通过计算评价样本与评价指标之间的联系度对样本作初步的排序,再对样本作进一步的同一、差异、对立的集对分析以判断出评价样本的等级。研究结果表明:评价结果与采用其他评价方法时基本一致,且集对分析法简便、实用,计算结果客观、稳定,是一种有效的水质评价方法。

区域地下水资源承载力综合评价研究

利用模糊综合评价法 ,建立了区域地下水资源承载力的综合评价模型。并以关中平原为例 ,对该区地下水资源承载力进行了分析评价 ,评价结果合理、可靠。

三江平原地下水脆弱性评价的投影寻踪模型

地下水脆弱性评价的关键是指标体系的建立。在传统的DRASTIC模型的基础上,结合三江平原实际情况,建立三江平原地下水脆弱性评价指标体系。在以往的地下水脆弱性评价中,常采用层次分析技术、模糊数学理论等,其共同的弊端是人为确定各评价因子的分级标准以及人工为因子赋权,带有一定程度的主观性。为了克服这个弊端,结合三江平原实际情况,首次将基于实数编码加速遗传算法的投影寻踪模型应用于该地区的地下水脆弱性评价,取得了令人满意的效果,为地下水脆弱性评价提供了新思路和新方法。

干旱区地下水功能评价与区划体系指标权重解析

针对西北内陆平原区自然湿地和天然植被对地下水埋藏状况具有强烈依赖性的特点,遵循多目标组合、属性归类、功能聚合和系统唯一的层次逻辑,构建了适合干旱区地下水功能评价与区划体系,与2006版相比,赋予了该体系指标不同的内涵;在由2006年版的22项要素指标精简为14项的同时,增设了“自然湿地景观维持性”属性指标和“湿地环境与地下水关联度”、“绿洲覆盖与地下水关联度”及“土地荒漠化与地下水关联度”等要素指标;按照关键性、关联性和系统性解析权重原则,分解了体系中要素指标层14项要素指标的权重;基于地下水的资源占有性、资源更新性、资源可用性和地下水生态功能属性指标,诠释和解析了干旱区地下水资源功能和生态功能的权重,使之更符合西北内陆地区地下水功能的自然属性状况。在石羊河流域评价结果表明,该体系具备支撑干旱区地下水合理开发与生态保护针对性管控的作用。

乌兰布和沙漠北部地下水资源的环境同位素探讨

工作范围在乌兰布和沙漠北部 ,面积共约 4 2 0 0km2 。年平均降水量 85～ 1 4 0mm ,由西南向东递增 ,降水同位素组成δD～δ18O恰与Craig线一致 ,并与阿拉善地区相同。测得地下水中同位素含量范围 ,δ18O为 -7 4‰～ 1 2 1‰ ,氚为 0～ 1 90TU ,14 C为 1 7～ 97pMC。由地下水同位素组成区别出与降水线平行或相交的 6种类型。从所有地下水水点 ,以及可能有补给关系的其它水点的各类同位素关系 ,包括δ18O ,T ,δ13 C和pMC ,识别出两类承压水的各 3个补给源和潜水的 3个补给源 ,并区别出一组氚含量极低的潜水 ,对不同位置的承压水和潜水 ,由其同位素关系估算出了各补给源的组成和变幅。

PRB反应介质修复地下水中硝酸盐的试验研究

以胶州前韩地下水为例,选用铁粉、活性炭、锯末及其混合物为反应介质,设计6种PRB反应器,探讨了反应介质对硝酸盐降解速率及对环境的影响,以寻求一种廉价而高效的降解地下水中硝酸盐的材料。结果表明,采用PRB技术降低地下水硝酸盐浓度是可行的。零价铁、活性炭、锯末均对硝酸盐有去除作用,当PRB反应器中含有铁粉时能将硝酸盐氮去除90%以上。

电厂粉煤灰场对地下水环境影响的初步研究

从我国火电厂粉煤灰的排放现状出发 ,以某电厂粉煤灰场为例 ,通过模拟现有灰场在运行期间对地下水水位水质影响的基础上 ,研究了治理平原型灰场对周围地下水环境影响的三种措施 :防渗墙、排水管和抽水井 ,并对三种措施进行数值模拟 ,最后得出在经济上和技术上均可行的治理方案 .