基于小波神经网络的地下水流数值模拟模型的替代模型研究

以吉林西部为研究区,建立地下水流数值模拟模型,分别应用蒙特卡罗方法和拉丁超立方方法在研究区10个县(市)开采量的可行范围内进行采样,经对比选择拉丁超立方抽样结果得到输入(开采量)—输出(水位降深)数据集,建立小波神经网络模型作为地下水流数值模拟模型的替代模型,而后对替代模型有效性作误差分析,并与多元非线性回归替代模型进行对比.结果显示,2种替代模型在功能上都能逼近地下水流数值模拟模型,但小波神经网络模型得到的水位降深均值和水位降深剩余标准差与模拟模型计算结果的相对误差分别低于多元非线性回归模型76%和45%,说明小波神经网络模型更适合作为地下水流数值模拟模型的替代模型,这为减少优化模型求解过程中直接调用模拟模型所造成的计算负荷提供了一种有效的替代方法.

基于克里格法的地下水流数值模拟模型的替代模型研究

以内蒙古乌拉特中旗金泉工业园区水源地为研究区,建立了研究区地下水流数值模拟模型.采用拉丁超立方方法得到输入(抽水量)输出(水位降深)数据集,运用克里格法建立了地下水流数值模拟模型的替代模型—克里格模型.将克里格模型输出结果与地下水流数值模拟模型输出数据集进行对比发现,克里格模型和地下水流数值模拟模型得到的地下水位降深均值的拟合平均相对误差为0.22%,地下水位降深剩余标准差的拟合平均相对误差为0.03%,拟合误差很小.表明克里格模型可以有效地替代地下水流数值模拟模型,这为大幅减小优化模型在优化迭代求解过程中多次调用模拟模型造成的巨大计算负荷提供一种有效的替代方法.

基于双响应面法的地下水流数值模拟模型的替代模型研究

以内蒙古金泉工业园区水源地为研究区,在已有地下水流数值模拟模型基础上,采用拉丁超立方抽样方法,获取输入(抽水量)数据集和输出(地下水位降深)数据集,运用双响应面方法,建立了地下水流数值模拟模型的替代模型——双响应面模型。经验证,双响应面模型计算出的地下水水位降深均值与地下水流数值模拟模型计算出的地下水水位降深均值的平均相对拟合误差为0.22%,地下水水位降深剩余标准差的平均相对拟合误差为0.03%,相对拟合误差都比较小,说明所建立的双响应面模型可以有效地替代地下水流数值模拟模型,这为地下水资源优化管理中替代模型的建立提供了有效的科学论证。

Pareto强度指标遗传算法求解地下水模拟-优化模型

针对地下水模拟-优化模型约束优化的特点,本文结合最小代数代沟模型和Pareto强度指标概念,引入一种求解地下水模拟-优化模型的新型实数编码遗传算法,该算法将罚函数法求解约束优化问题的目标函数和违反约束条件的程度函数的权组合方式改为向量组合形式,从而将约束优化问题转化为两目标优化问题进行求解。通过经典地下水算例与其他优化方法的比较分析表明了新算法的可靠性、通用性和稳健性。

基于FloPy和NSGA-Ⅲ的地下水模拟优化模型

地下水模拟优化模型是实现地下水资源可持续利用的重要工具,当前采用紧密耦合的方式构建地下水.模拟优化模型的研究较少。为此,采用Python语言开发的Modflow工具FloPy构建了一个地下水多目标管理的数值模拟模型,即基于Python语言的多目标优化框架Pymoo建立一个紧密耦合的多目标地下水模拟优化模型,并采用多目标遗传算法NSGA-Ⅲ进行求解。结果表明,使用FloPy可通过编写代码的方式快速构建、运行和修改地下水数值模拟模型,且便于与优化算法耦合;Pymoo框架下的NSGA-Ⅲ算法可快速求解多目标地下水模拟优化模型。算例表明,采用基于Python语言的FloPy和Pymoo构建的多目标地下水模拟优化模型在数据处理、模型构建、结果分析及绘图方面有突出的优势。

华北平原区地表水与地下水统一评价的二元耦合模型研究

伴随着人类活动的加剧,我国华北地区尤其是华北平原区产汇流条件发生了深刻变化,传统的评价理论和方法已很难适用于人类活动影响下的水资源评价,目前迫切需要研究和探索在人类大规模活动影响下平原区水资源统一评价的理论与方法。为此,本文在系统分析平原区“四水”转化机理和地下水补、径、排规律的基础上,研究和提出一种基于“四水”转化水文模型和地下水数学模拟模型的二元耦合模型,并结合安阳市水资源评价实例,较好地解决了大埋深条件下平原区水资源统一评价问题,为华北地区乃至全国开展第二次水资源评价工作进行了有益的尝试,并积累了一些宝贵的经验。

华北平原地下水动态及其对不同开采量响应的计算──以河北省栾城县为例

自从２０世纪６０年代大规模开采地下水以来，栾城县的地下水位以每年大约０．６５ｍ的速度下降。降雨量的减少、衣业产量的大幅度提高、种植结构的变化以及上游水利工程的修建，都与地下水位的下降有着密切联系。利用Ｖｉｓｕａｌ Ｍｏｄｆｌｏｗ软件，在分析该县水文地质条件与水资源利用的前提下，运用三维地下水流模型，通过有限差分方法对栾城县的地下水系统进行了模拟，结果表明：５个观测孔的地下水位计算值与实测值拟合程度很好，模拟出的地下水流场与实际情况基本一致。利用掌握的水文地质资料，进行参数分区，通过实测资料的校正、调参，模拟出各分区参数值。利用校正后的数学模型，对栾城县地下水对不同开采量的响应进行了计算，结果如下；在现状农业开采量 １．０１ × １０８ｍ３基础上分别减少 １４％（０．１４×１０８ｍ３）、２９％（０．２９×１０８ｍ３）和增加 ２９％（０．２９×１０８ｍ３）的情况下，到 １２月份 ５个观测孔的平均地下水位分别比现状地下水位上升了 ０．３３ ｍ，０．６４ ｍ和下降了 ０．４５ ｍ。

系列模型在地下水允许开采量计算评价中的应用

通过对河北平原地质、水文地质条件的充分分析研究,利用连续10 a的开采和动态资料,采用有限单元法和线性规划建立了符合客观实际的深层水水文地质概念模型、水量模型、预报模型及水资源管理模型,并优选出合理水位降深条件下的深层水允许开采量。在2001—2030年30 a优化期内,确定了京津以南平原采用年水位降深为零、冀东平原采用年水位降深为0.5 m时深层地下水允许开采量是可行的。

GIS技术在区域水资源调蓄中的应用——以滹沱河冲洪积扇地下水调蓄研究为例

在对GIS技术进行介绍的基础上阐述了GIS技术在地下水数值模拟中的主要应用;建立了基于GIS的地下水模拟模型,并将其应用于滹沱河冲洪积扇地下水调蓄研究中,调蓄结果表明,研究区现状调蓄空间为29.95×108m3,漏斗区现状调蓄空间为12.83×108m3;采用调蓄方案后,到2020年地下水水位持续下降的趋势得到了缓解和遏制,含水层的储水功能得到了部分恢复和涵养。

洛河河谷平原地下水优化开采模型

本文应用数值法与线性规划结合的方法,对洛河河谷平原地下水系统开采进行优化管理,以达到系统开发水资源的目的.

基于GIS的地下水资源评价

为模拟地下水动态特征和进行资源评价,开发了基于地理信息系统(GIS)、具有地下水模拟功能的地下水信息系统。将集成系统应用于北京市密(云)怀(柔)顺(义)盆地的地下水评价中,并对不同开采条件下地下水资源变化情况进行预测。计算表明,该区地下水调蓄能力强,可以作为备用水源地。将GIS与地下水模型集成,在改进建模方式、提高建模效率、改进模型可操作性等方面十分有效。

基于水资源优化配置的地下水可开采量研究

水资源开发利用格局改变将会导致地下水补排关系发生变化。通过系统分析水资源优化配置模型和地下水数值模拟模型的数据交互关系,将二者进行耦合迭代,计算规划年地下水可开采量,并将其应用于新疆鄯善县。计算结果显示,随着规划年水资源优化配置及开发利用格局改变,当地地下水可开采量和超采量分别由现状年的23 469万m3和18 592万m3衰减到2030年的13 730万m3和0万m3,较好地解决了规划年地下水可开采量的准确量化难题,可作为地下水资源开发利用和保护的依据。