基于工业摄影测量的地下水开采地面沉降试验研究

地下水过度开采是导致地面沉降的主要原因,模拟试验是研究地面沉降机理的重要手段。为快速准确监测开采条件下土体形变瞬时变化过程,自主研发了一套基于工业摄影测量技术和具有地下水补给、开采、数据监测采集等功能的地面沉降物理模拟试验系统,通过试验研究了开采条件下土体变形过程和特征。试验结果表明:在定水头边界条件下,抽水过程中各土层沉降量随距抽水井的距离增大而明显减小;在变水头边界条件下,当停止抽水后,各土层沉降量仍在不断增加,土层沉降的滞后效应明显。MPS标志点与沉降标尺观测的沉降量接近,在变水头边界条件下,沉降变化趋势基本一致,表明工业测量可用于土体变形测量,测量数据能反映在地下水位波动条件下土体变形的瞬时变化过程,具有较高的灵敏度。

改进的逼近理想解在地下水资源承载力评价中的应用

应用多目标决策的逼近理想解技术(TOPSIS),建立了地下水资源承载力评价的模型。并采用正交投影法对方法进行改进。为客观反映评价指标的重要性,根据粗糙集理论,从属性的差异度出发,确定评价指标的权重,并与专家的主观权重相结合,生成TOPSIS法评价指标的权重;通过计算地下水资源承载力分级标准和待评价方案贴近各自理想方案的贴近度,确定待评价方案的承载能力。实例计算表明,本文得到的评价结果与实际情况基本吻合。

水资源配置决策的粒子群与投影寻踪耦合模型

水资源配置决策涉及资源、经济、社会、生态环境等目标,属高维、非线性、非正态的系统决策问题.为此,利用投影寻踪技术对此决策问题进行降维处理,并采用粒子群算法优化投影指标函数,建立了水资源配置决策的粒子群与投影寻踪耦合模型.该模型直接由样本数据驱动,通过最佳投影方向计算决策方案的最佳投影值,可达到在低维空间进行水资源配置决策的目的,且易于编程实现.南水北调中线河南省水资源配置决策应用结果表明,粒子群与投影寻踪耦合模型的决策结果比模糊优选模型的决策结果合理,且分散性大.

贾鲁河生态补水对地下水环境影响的机理研究

为了研究生态补水对地下水环境的影响,开展了生态补水、地下水与含水介质的水岩相互作用模拟实验,探究了不同含水介质、不同比例补水主要的变化规律及机理。结果显示:对于同一含水介质,生态补水所占比例越高,混合液中K+、Na+、Ca2+、HCO3-浓度越低。水岩相互作用过程中Na+、Cl-、HCO3-、SO42-浓度的增加主要来自岩盐、石膏、方解石和白云石的溶解,反应过程中还发生了阳离子交替吸附作用。与纯水组相比,生态补水改变了原有的地下水化学组分,改善了区域水环境。南水北调水已成为郑州供水的主要水源,解决了郑州市的严重缺水问题,对保障贾鲁河流域生活供水、工农业生产的发展和生态环境保护起到了重要作用。

基于ComGIS的水资源评价系统开发研究

COM技术是组件式GIS(ComGIS)发展的主流,文中针对GIS在水资源管理中缺乏专业模型支持的缺陷,结合迁安市水资源评价,论述了基于ComGIS的水资源评价系统的开发关键技术,构建了以ArcGIS ArcObjects组建库为平台,耦合图层编辑、空间分析、专题图制作等GIS通用功能和降水分析、资源量评价等专业应用功能为一体的水资源评价系统。

基于Copula函数的河南省干旱特征分析

基于河南省及周边26个站点降水资料,采用降水距平百分率识别干旱事件,统计了干旱历时和干旱烈度两个干旱特征变量,利用四种Copula函数建立了干旱历时和干旱烈度的联合分布,选取拟合度最优的Copula函数,通过空间插值法得到河南省干旱联合重现期空间分布,分析了干旱重现期的空间分布特征。结果表明,干旱联合重现期低值(干旱风险高)区在河南省南部,如南阳、信阳一带;干旱联合重现期高值(干旱风险低)区分布在河南省西部,如三门峡、栾川等地区。

灌区地下水承载力风险评价

灌区由于水文水资源条件、取用水规模等因素的不确定性,地下水承载力不可避免地存在风险.但现有评价方法均采用确定性模型,难以反映承载能力的可靠性.借鉴地下水开发利用风险的内涵,将灌区地下水承载力风险定义为受不确定性因素的影响,地下水承载的GDP、人口、粮食产量和污水排放量达不到期望效果的概率;选取地表水可利用量、地下水可利用量、引黄水可利用量、灌溉定额、人口增长率、GDP增长率、农业万元GDP用水量、工业万元GDP用水量、第三产业万元GDP用水量、城镇居民生活用水定额、农村居民生活用水定额11个风险因子,采用Monte Carlo随机模拟方法,建立灌区地下水承载力多目标风险评价模型,利用粒子群优化算法求解模型.应用该模型分析了人民胜利渠灌区2010,2015和2020水平年地下水承载力风险,其综合风险分别为0.334 2,0.458 9和0.576 2,表明地下水承载力达到期望效果的可能性呈现下降趋势.

济源某铅锌产业区土壤重金属空间变异特征及污染评价

为研究铅锌产业区土壤重金属污染特征,以济源市柿滨村铅锌产业区土壤为研究对象,采用单因子污染指数评价、模糊综合评价、聚类分析、Kriging局部内插值等理论和方法,分析了土壤中Cd、As、Pb、Hg、Cu、Cr、Zn、Ni的污染程度及Cd、As、Pb 3种主要重金属污染物的空间变异特征。结果表明：Cd、As、Pb均有不同程度的超标,以Cd超标率最高,模糊数学综合评价法评价结果为三级;各种重金属元素间均存在一定的相关性;垂直方向上,Cd、As、Pb均集中分布在土壤表层（0-20 cm）,由表层至深层其质量分数逐渐降低;水平方向上,Cd、Pb和As的质量分数均呈现由厂区向周边逐渐降低的趋势,扩散速度受周边地势影响明显。

矿山疏干排水对地下水源地影响的数值模拟

矿山开采过程中的疏干排水势必导致区域地下水系统的补给、径流、排泄发生变化,引起周边地下水位下降、水源地枯竭等环境地质问题.根据三门峡段村—雷沟铝土矿区地质构造和水文地质条件,对其水文地质模型进行概化,采用MODFLOW有限差分方法分析评价矿坑疏排水对区域地下水水源地的影响.分析结果表明:矿山开采对水源地会产生较大的影响,其对水源地中部地区的影响最大,对于西部以及东部地区的影响较小.当段村—雷沟矿区排水13 a时,水源地内11号与14号井失去供水能力,补2B井仍可正常供水;排水21 a时,补2B井也报废.

基于地下水最小开采量的典型干旱地区农业配水方案研究——以吐鲁番市二塘沟流域为例

吐鲁番市二塘沟流域气候极端干旱,生态环境脆弱,制定合理的农业配水方案,减少地下水开采,对保护绿洲生态系统具有重要意义。以优先保证责任田用水、尊重用水实际和用水历史、优先利用地表水、保护地下水资源为配置原则,建立了以农田灌溉地下水开采量最小为目标函数,以水库水量平衡、需水量、渠道输水能力、最小灌水量等为约束的二塘沟流域农业用水优化配置模型,利用Lingo软件求解了模型,提出了2015—2030年二塘沟流域不同水文年农业用水配置方案。结果显示,通过水资源优化配置,保证了各用水协会责任田最小灌溉水量需求,且灌溉条件好、用水效率高的用水协会缺水量小、缺水时间短,实现了最大限度利用地表水、减少地下水开采量的目的。该配置方案为合理开发地下水资源、保护绿洲生态系统提供了支撑。

基于ArcGIS的地下水资源数值模拟——以迁安市滦河平原区为例

为解决地下水数值模拟过程中的空间离散和后处理难题,快速、准确评价地下水资源,在ArcGIS平台上,采用Delaunay三角剖分算法进行空间离散,通过ArcGIS的3D分析模块生成地下水流场图,采用组件对象模型(COM)技术,开发了基于ArcGIS的地下水资源数值模拟评价系统,并应用到滦河平原20%、50%和75%频率年的地下水资源评价。结果表明,迁安市滦河平原区地下水位明显受降水量、河水流量和开采量的控制,其中,滦河径流对地下水位变化影响最大。

黄河流域需水量预测的GRNN模型研究

黄河流域工业、农业和生活需水量受多种因素影响,需水量与影响因素之间存在复杂的非线性关系。在分析现有预测模型和方法不足的基础上,介绍了广义回归神经网络的原理和结构,并将GRNN应用于黄河流域需水量的预测。预测结果与遗传BP预测模型接近,表明模型合理正确,可为黄河流域水资源规划管理和优化配置以及调控提供依据,而且相对遗传BP预测模型,广义回归神经网络模型具有网络稳健、训练速度快、易于实现等特点。

基于ArcGIS与FEM耦合的地下水资源评价

为解决地下水数值模拟过程中的空间离散和后处理难题,以ArcG IS为开发平台,采用Delaunay三角剖分算法对地下水资源评价区进行网格剖分。利用有限单元法对研究区进行数值模拟,根据每个计算节点的计算水位,利用ArcG IS的3D分析模块生成地下水流场图。并通过COM技术,开发了ArcG IS与有限单元法耦合的地下水资源评价系统。耦合评价模型应用于迁安市滦河平原区3个规划水平年地下水资源模拟。结果表明:2010年和2015年滦河平原区的水资源可利用总量能够满足用水需求;2020年存在一定缺口。

污染河水中氨氮对浅层地下水的影响

氨氮是目前地表水和地下水的一个重要污染源 .室内试验选用 3种天然砂土作为渗透介质 ,以生活污水模拟污染河水 ,经过近 1 0个月的土柱试验 ,发现氨氮在粗砂中第 1 7天达吸附饱和 ,第 1 8— 1 4 0天去除率小于 1 0 % ,在中砂中第 1 30—1 4 0天吸附饱和 ,以后均发生解吸出水浓度大于进水浓度 .野外实验凉水河的氨氮浓度为 4 6 .86mg/L和 2 6 .95mg/L时 ,地下水的氨氮浓度均小于 1 .1 0mg/L ,表明凉水河对地下水的实际影响不如室内大 ,原因是底泥、河床下部渗透介质的厚度和岩性以及河水渗漏量的影响 .排污河还清试验表明 ,排污河清淤、灌入清水后 ,会很明显地把排污河下部渗透介质中的氨氮带到地下水中 。

一维水流及溶质运移对VG模型参数的敏感性分析

为了研究VG模型中5个参数的扰动对压力水头和溶质运移的影响,采用Hydrus-1d构建一维非饱和数值模型,以NaCl为模拟溶质,以壤土的经验参数构建基准模型,并在基准情景的基础上对VG模型各参数上下扰动5%、10%,代入模型重新模拟,得到各情景下压力水头和溶质浓度随深度的变化规律,并在此基础上对各参数进行了敏感性分析。结果表明:5个参数对压力水头和溶质运移的影响规律不尽相同,压力水头对5个参数的敏感度大小关系为:θr<α<n<K_s<θ_s,而溶质运移对5个参数的敏感度大小关系为:θ_r<α<K_s<θ_s<n;θ_r、n、K_s的影响规律均为正相关,其负扰动对压力水头的影响大,而正扰动对溶质运移的影响大;θ_s、α的影响为负相关,其正扰动对压力水头的影响大,而负扰动对溶质运移的影响大;随着模拟时间的推移,θ_s、K_s、n对压力水头的敏感度指数呈上升趋势,而α和θ_r则呈先上升后下降的趋势;n、θ_s、K_s、α、θ_r对溶质运移的敏感度均呈现先增大后减小的趋势。

基于多目标遗传-蚁群算法的中牟县水资源优化配置

随着经济社会的快速发展,水资源短缺和水环境污染问题变得日益严重.通过建立水资源优化配置模型,运用多目标遗传-蚁群算法(MOGACHA)对配置模型进行求解,并将所配置模型及求解方法应用于优化中牟县水资源配置.结果表明,配置模型及其参数、约束条件的处理是可行的.从配置结果来看,2015年和2020年在不同的保证率(50%、75%、95%)下各需水部门的需水要求均能被满足,系统协调度也都大于0.8,从而有效协调各部门之间的用水竞争问题,实现水资源质与量的高效统一和社会、经济、生态环境的综合效益最大化,促进水资源的可持续利用和经济社会的可持续发展.

中牟县地下水生态水位研究

地下水位是生态控制性因素之一。根据中牟县地下水位、蒸发、土壤、土地利用等资料,采用动态资料相关法计算地下水生态水位下限值;根据各类土壤质地的毛细水上升高度实测结果,结合植被根系层厚度,通过对两者求和计算地下水生态水位上限值。经分析计算,研究区地下水生态水位下限值为4.00～13.00 m,上限值为1.30～4.50 m。通过所给出的地下水生态水位上、下限阈值对地下水位进行调控,既能防止土壤干燥、植被退化,又能维持植被（或作物）正常生长的需要、防止土壤盐渍化。研究得到的地下水生态水位上、下限值的空间分布可为区域地下水管理和调控提供依据。

天津市工业用水现状及归因分析

为识别影响天津市工业用水的主要因素,预判多因素影响下天津市工业用水的发展趋势,通过分析近十年来天津市工业用水变化情况,并运用增量分解法定量描述了各因素对于工业用水的影响程度。结果表明,2003年以来对天津市工业用水贡献较大的因素为工业规模和工业用水效率,近10年来因工业规模扩大带来的年均用水增量约7 800×104 m3,因技术改进、实施节水措施等因素带来的年均节水量约7 600×104 m3;2008年以后用水效率提升速度放缓,工业用水量在工业规模的拉动下呈直线上升;工业结构调整对工业用水的贡献较微弱,工业结构调整并未一直向用水量减小的方向进行。

基于逐步优化算法的太子河流域水库生态调度研究

针对太子河流域面临水资源短缺、生态环境退化现象,建立汛期以旬、非汛期以月为调度时段的水库生态调度模型,提出3种联合调度方案,并采用逐步优化算法求解。结果表明,在满足各区间用水户现状用水的条件下,各控制断面流量均能满足生态流量的要求。

河流影响下包气带水力参数对压力水头及溶质运移的影响

地表河流入渗补给地下水是自然界普遍存在的一种现象。近些年,由于地表河流污染的加剧,污染的河流下渗,必然伴随着污染物对影响范围内的非饱和带土壤造成生态破坏。采用Hydrus软件构建二维饱和-非饱和数值模型,为各影响因子构造3种不同的情景模式,探讨河流影响下的包气带水分及溶质运移随各参数变化而改变的过程。研究结果表明,VG模型5个参数θ_r、θ_s、α、n、K_s对压力水头和溶质运移均具有不同程度的影响,与土壤饱和程度具有一定的相关性,其中θ_s、α、n、K_s的影响较为显著,而θ_r的影响则比较小。