蒲河流域多情景地表水-地下水联合模拟

以蒲河流域为研究对象,通过构建地表水-地下水耦合模型,模拟多情景下流域径流变化过程,并分析径流减少原因。结果表明,SWAT-MODFLOW模型在该流域适用性较好(R 2和NS系数均超过相应阈值);自然条件下的径流年际变化基本与近天然条件下(不考虑人类取用水和下垫面变化)类似,基本呈现丰枯交替的平稳状态;直接人类活动对径流减少的贡献约占83%,强直接人类活动的影响使自然条件下的地表水资源量减少最多;在不同程度人类取用水影响下,7月、8月、9月蒲河水量最多,5月最少;在不同强度人类取用水情况下,毛家河站在75%保证率下的多年平均月径流量最大。

武汉市地表水-地下水交互带识别与变化模拟

地表水-地下水交互带是地表水与地下水混合交换的重要区域,该混合特性也是识别其范围的难点。为确定地表水-地下水交互带的识别方法与变化特征,选取地表水-地下水相互作用明显的武汉市汉江-府河河间地块冲湖积平原为研究区,构建了研究区内的地下水数值模型,得到了研究区内地下水流场轨迹,分析了研究区区域和局部的水流系统,总结了地表水-地下水交互作用模式,并结合MODPATH模块追踪地下水流运动轨迹,识别地表水-地下水交互带及其变化特征。结果表明:研究区地表水-地下水完全混合交互带的范围在汉江顺流方向由40 m不断拓宽至180 m,沿长江流向地表水-地下水交互带范围整体缩小但保持在70~100 m范围内;粒子运动轨迹分析结果显示,影响地表水-地下水交互带范围与交互作用强度的因素主要有地形、地表水形态、含水层水文地质条件。该研究结果可为确认地表水-地下水交互带范围及其动态变化特征提供依据。

GSFLOW在干旱区地表水与地下水耦合模拟中的应用

地表水-地下水具有复杂的相互转换关系,但是相关的地表水-地下水耦合模拟模型应用较少.本文通过分析GSFLOW模型的结构、原理及计算过程等,应用GSFLOW模型对干旱区进行地表水-地下水耦合模拟.根据开都河地区的现有资料,利用GSFLOW模型构建了研究区地表水-地下水耦合模型,并利用2000—2005年两个径流测站数据、地下水观测井数据和博斯腾湖水位数据与模型模拟结果进行比较分析.研究结果表明,模型各个径流测站径流量的Nash模型确定性系数在0.67以上,观测井绝对平均误差约1.2m,开都河东支模拟出流量和博斯腾湖水位变化的趋势相近,取得较好的模拟精度.GSFLOW模型可以较为真实反应出地表水-地下水相互作用的影响及河流径流量的变化,可以作为类似干旱区地表水-地下水相互作用的评估工具,并应用于实际地表水-地下水资源的统一管理.

煤矿开采区地表水-地下水耦合模拟

为定量评价煤炭资源大规模开发,下垫面条件改变导致的水平衡要素及地表水与地下水转化关系的改变,急需开展煤矿开采区地表水水文过程和地下水动力过程耦合模拟研究。在考虑地表水入渗补给的滞后性和在RCH程序内部实现垂向上对多层单元格补给表达的基础上,构建基于分布式水文模型(SWAT)和模块化地下水动力模型(MODFLOW)的耦合数值模型(SWATMOD),并将该模型应用于秃尾河流域——锦界煤矿采煤工程实例中。实例应用表明:耦合模型能较准确地模拟地表水水文过程和地下水动力过程及地下水动态变化过程,可用于预测秃尾河流域煤矿开采区地表水和地下水转化规律的改变。

地表水地下水的交互与耦合模拟研究现状与进展

在介绍"四水"转化概念模型的基础上,引出了地表水与地下水之间的联系及相互作用过程,归纳地表水和地下水交互作用研究的基本规律和方法;系统介绍和对比国内外典型地表水与地下水耦合模型的总体结构、特点、适用领域及模型的局限性。对地表水地下水交互作用过程及耦合模拟研究中存在的问题提出看法,认为集成模型应该解决时空尺度整合、参数的不确定性等关键问题,指出综合水循环和水质各组成部分的复杂系统模拟是模型发展的必然趋势,对今后研究工作的发展趋势和研究前景作了探讨。

地表水文过程与地下水动力过程耦合模拟及应用

地表水和地下水是水循环系统不可缺少的部分,对相互作用与反馈的模拟计算有助于水资源精准评价。在非饱和带数值计算模型(UZF1)与模块化地下水动力模型(MODFLOW2005)耦合的基础上构建了一个地表水文过程与地下水动力过程耦合数值模拟模型,模型可以同时输出流域出口断面流量和地下水位的空间分布,有利地提高了模型的可靠性。将模型应用于资料条件较好的临涣集流域,从模拟结果分析来看,模型可以很好地模拟流域出口流量与地下水位空间动态变化过程,具有较高的模拟精度。

地下水与地表水耦合模拟模型研究与展望

地下水与地表水耦合模拟模型可以合理地反映水文循环过程,为水资源规划管理提供可靠依据。地下水与地表水耦合模拟模型按求解方法可分为水均衡法模型、解析法模型和数值法模型,按耦合方式可分为边界条件耦合模型、交换通量耦合模型、整体边界模合模型,目前各类模型存在问题主要有数值求解不稳定、失真、适应性差、参数率定困难等,"3S"及其他新技术的应用是今后的发展热点。

塔里木河干流地表水与地下水耦合模拟

基于流域水资源管理需求,揭示塔里木河地表水与地下水转化关系,以更好地发挥区域水资源整体性功能,采用HSPF-MODFLOW耦合模型对塔里木河流域进行日径流模拟,并选用纳什系数Ens、确定性系数R2、均方根误差σ对模拟结果进行率定,以明晰大气降水-地表水-地下水转化规律。结果表明:率定期和验证期地表水模拟纳什系数均大于0.7,对长期连续径流模拟效果较好;地下水位模拟随补给量变化与实测值基本一致,随着干流下游间歇性输水的延续,下游整体地下水位明显回升,但生态走廊以下河段抬升幅度较小,2004年下游地下水年平均埋深约6.21 m,而在规划年预计达到4.73 m;耦合模型能较为准确地模拟地表径流和地下水动态变化过程,对水资源联合评价与综合管理具有重要意义。

基于数值模拟的地表水体对地下水源地影响研究——以北京市通州区为例

选取通州区纳污河流运潮减河和通州区区级水源地,运用地下水水流模型Visual-Modflow和多组分溶质运移模型MT3DMSD耦合,以运潮减河中浓度较高的耗氧量和氨氮为特征污染物,模拟了当耗氧量和氨氮的初始浓度分别为20 mg/L、10 mg/L时,5年后耗氧量和氨氮在左岸潜水含水层的最大超标范围为153 m和176 m,对承压水没有影响。但在运潮减河保持现状水质情况下,潜水污染面积会逐年增大并持续向下渗滤,对承压水造成威胁,进而影响水源地水质质量。

基于Monte Carlo方法的地表水地下水耦合模拟模型不确定分析

为分析参数的不确定性对地表水地下水耦合模拟模型输出结果的影响,本文运用Monte Carlo方法对地表水地下水耦合模拟模型进行不确定性分析,并根据不确定性分析结果进行生态恶化风险评估。以石头口门水库上游饮马河汇水流域为例,建立地表水地下水耦合模拟模型,并运用HydroGeosphere(HGS)软件求解。利用局部灵敏度分析方法甄选出耦合模拟模型中灵敏度较高的参数,作为随机变量。最后,运用Monte Carlo方法对耦合模拟模型进行不确定性分析。为了减少不确定性分析过程中的计算负荷,应用Kriging方法,建立耦合模拟模型的替代模型。结果表明:地表水地下水耦合模拟模型中灵敏度较高的参数为渗透系数、孔隙度和曼宁粗糙系数,其中渗透系数的变化不仅对耦合模型中地下水水位产生影响,也对地表水流量产生影响;Kriging替代模型可以在保证一定精度的条件下大幅度减少计算负荷;风险评估结果表明,在当前的水资源开发利用条件状态下,研究区地下水生态环境恶化风险的概率为6%,地表水生态环境恶化风险概率为15%。

地表水地下水的交互作用与耦合模拟

传统的概念性水文模型存在不能对不同径流成分进行精确模拟和划分的局限性。而分布式水文模型基于其精确的物理基础和产流机制,充分考虑到不同径流成分的水力联系,在对流域进行土壤垂直分层和水平网格划分后可进行地表水、地下水的交互作用分析与耦合模拟。应用李兰教授开发的LL-Ⅱ分布式水文模型和GIS技术,以宜昌黄柏河天福庙水库作为典型流域,根据连续日入库径流资料验证模型精度,对该流域的日入库径流过程进行地表水和地下水的连续耦合模拟与预测,取得了较好的模拟预测效果。

浑河流域地表水地下水水质耦合模拟

以浑河流域为研究区,在现场调查、动态监测和资料分析的基础上,根据浑河流域的具体实际条件,包括水文和水文地质条件,分别建立了浑河流域地表水地下水水流耦合模拟模型及水质耦合模拟模型.模拟对象包括地表水、包气带水和饱水带水.运用HydroGeoSphere(HGS)技术系统对地表水和地下水进行联立并行同步求解.根据浑河流域地表水地下水同步动态监测资料,分别对地表水地下水水流和水质耦合模拟模型进行了校正和检验.之后,根据设定的情景方案,应用所建立的模拟模型对浑河流域地表水地下水未来的水质污染状况进行了预报.结果表明:基于HGS技术系统的地表水地下水水流和水质耦合模拟模型能够刻画流域地表水地下水各自的运动规律以及二者之间的水力联系与相互转换关系.若地表水受到污染(如农田施肥),不仅会影响到地表水,也会对地下水造成影响,反之亦然.

地表水和地下水耦合模型研究进展

地表水和地下水的转换及其过程耦合模拟,是水资源开发利用和科学评价的基础。本文归纳了国内外16种地表水和地下水耦合模型,并根据耦合模型的特点和耦合方式,划分了三类耦合类型,即:紧密耦合型、半松散耦合型和松散耦合型。对其中比较典型的"四水"转化模型、SWATMOD、MIKE-SHE、MODBRANCH模型进行了对比分析,剖析了不同耦合模型的优缺点,为地表水和地下水耦合模拟研究提供了很好参考。

地表水与地下水相互作用的温度示踪与模拟研究进展

刻画地表水与地下水的相互作用过程及精确计算二者的交换量始终是个挑战,而新兴的温度示踪方法对于这方面的研究具有独特优势。重点介绍了地表水与地下水相互作用的温度示踪方法原理、应用及相关模拟的研究进展。温度示踪方法的数据获取成本低且温度适宜密集与连续监测,可对地表水与地下水相互作用过程进行精细刻画;在进行地表水与地下水相互作用的水-热耦合模拟时,温度数据可用于进一步校正模型,降低模型的不确定性,以提高交换量的计算精度。监测河水温度和河床沉积物内的水温,运用温度示踪方法研究河水与地下水的相互作用过程,并将水流及热运移数值模型相耦合,利用多源数据进行模型校正,可精细刻画地表水与地下水的交换量、相互作用带内的水流途径、流速及其变化趋势和控制因素,为地表水与地下水相互作用研究提供新的模型与方法。

GIS与地下水流数值模拟耦合系统(GIS-FEM)的研制与应用

在充分了解国内外若干GIS在水文学及地下水文学中的应用实例的基础上,利用Mapinfo所提供的GIS工作平台,笔者开发研制了GIS与地下水流数值模拟耦合系统(GIS-FEM),成功地实现了GIS与地下水流数值模拟这两种技术方法的耦合。GIS-FEM系统弥补了以往GIS软件的水文专业分析功能较弱的缺陷,利用它可以很方便地进行水质等级模糊综合评价、绘制水样玫瑰花图、进行水化学资料的统计分析,而且其三角单元网格的自动剖分和对计算结果的多种图形化显示等功能大大降低了传统地下水流数值模拟的人工工作量、提高了数值模拟的模型识别功能。

黑河干流中游地区地表水和地下水集成模拟与应用

黑河干流中游地区内地下水和河水、泉水的转化以及综合利用具有西北干旱区的典型性.在一维明渠汇流和三维地下水流耦合数值模型的基础上,结合1995—2003年的黑河水位、流量和地下水头监测等数据对模型进行了识别,分析了正义峡站黑河水位和流量、地下水头变化和地表水和地下水综合利用状况,说明模型是可靠的.同时,利用GRACE重力卫星和GLDAS土壤含水量数据反演了2004—2012年地下水储量的变化,根据2004—2007年监测和模拟地下水头对比效果反推了研究区的地下水开采量,模拟发现地下水向黑河排泄水量、泉水溢出量和潜水蒸发量基本呈逐渐下降的趋势.其成果可为黑河干流中游地区水资源管理和综合利用提供服务.

黑河流域中游盆地地表水与地下水转化机制研究

地表水与地下水相互转化是中国西北干旱内流盆地水循环的显著特征,转化机制研究是盆地水循环规律认知和水资源可持续管理的重要基础。以我国西北干旱内流河黑河流域中游的张掖盆地和盐池盆地为研究区,建立了黑河主干河道时变水平衡模型和地表水地下水耦合数值模型,研究了长周期水文变化和人类活动双重影响下地表水与地下水转化机制,得到如下认识:(1)补给条件由以天然条件下河流渗漏为主的线状补给演变为以河流与引水渠道渗漏的线状补给和灌区田间入渗面状补给,排泄条件由以泉水溢出和天然湿地排泄演变为以泉水溢出与地下水开采为主的排泄。(2)张掖盆地黑河干流河道入渗段和溢出段大致以G312大桥为界,亦称为地表水与地下水转化的转折点。莺落峡—G312大桥段为悬河渗漏段,河道入渗补给主要受控于进入河道的实际过水量。其中,莺落峡—草滩庄段河道入渗补给率为28.20%;草滩庄—G312大桥段河道入渗补给量与河道过水量的关系可用分段函数表达,河道过水量大于或等于0.37×10^(8) m^(3)/mon时呈幂函数关系,小于则呈线性函数关系。G312大桥—正义峡段为地下水溢出段,其中G312大桥—平川大桥段地下水溢出量约占全部溢出量的70%,溢出峰值出现在高崖水文站下游约6 km处,其单长溢出量可达0.46 m^(3)/(s·km)。(3)研究区是一个相对完整的河流—含水层系统,近31年来经历了连枯和连丰的水文变化,地下水补给排泄条件及与地表水转化机制均发生了相应的变化。地表水与地下水转化最强烈的地区为张掖盆地中部的黑河—梨园河倾斜平原。1990—2001年连枯期,灌区引水量总体逐年减少,以河道入渗和渠系渗漏为主的补给量平均以0.06×10^(8) m^(3)/a速率减少,农田灌溉面积增加导致灌溉用水增加,地下水开采量显著增加,地下水水位逐年下降,储存量累计减少5.77×10^(8) m^(3),地下水溢出量平均减少0.16×10^(8) m^(3)/a;而2002—2020年连丰期,灌区引水量总体逐年减少,河道入渗量呈增加趋势,地下水总补给量平均增加0.15×10^(8) m^(3)/a,灌溉面积继续扩大,农灌开采量随之增加,以河道入渗量增加为主导,地下水水位持续上升,储存量累计增加5.45×10^(8) m^(3),地下水溢出量平均增加0.08×10^(8) m^(3)/a。总之,补给和排泄条件变化较大,地下水储存量先减后增,地下水溢出总量变化较为平缓,反映了该区巨厚含水层系统的巨大调蓄功能。(4)位于张掖盆地东部的诸河倾斜平原地下水水位长期处于持续下降状态,这是由于地表水开发过度,补给量锐减。黑河侵蚀堆积平原地下水水位基本稳定。30多年来盐池盆地倾斜平原地下水水位长期处于持续下降状态,这是由于移民开垦导致地下水过量开采。(5)内流盆地天然悬河入渗段是珍贵的地下水补给通道,无论连枯期还是连丰期,河道实际过水量是河道渗漏补给量的关键,保护上游天然河道和一定的河道实际过水量是内流盆地水资源可持续管理的关键。

地表水地下水联合耦合模拟进展

地表水与地下水相互作用的耦合模拟在一个地区水资源的开发利用与管理中是十分重要的。本文梳理并分析了地表水与地下水耦合模拟中的主要问题、主要方法以及地表水地下水联合调度的主要策略,认为分布式水文模型对较长时空跨度的地表水与地下水水文循环进行耦合是未来水文模拟的重要方向,以流域为尺度的地表水地下水联合模拟调度将成为提高水资管理水平、保障水资源安全的重要手段,随着人类活动的不断加大,流域整体水循环模拟必须综合考虑人类活动的影响。

土壤和地下水耦合数值模拟研究进展

土壤和地下水在水分运移、污染物迁移转化等方面高度相关,基于数值模拟预测土壤和地下水耦合污染趋势可以为土壤与地下水污染协同防治工作提供定量化技术支撑。文章综述了土壤和地下水数值模拟方法,总结了土壤和地下水中水流和溶质运移的耦合数值模拟研究进展,并对耦合数值模拟研究的未来发展趋势进行了展望。

地下水热量运移模拟的BEM-FAM耦合法

基于地下水热量运移的基本原理 ,本文提出了求解地下水热量运移问题的BEM -FAM耦合法 .该方法原理简单 ,操作方便 ;不仅可以直接计算出地下水流速度 ,而且避免了对流扩散方程数值解中的数值弥散和数值振荡 ,提高了计算精度 .应用本文提出的方法对溪洛渡水电站工程地下水热量运移问题进行了模拟 ,计算结果与地质分析的结论一致 ,表明该方法是可行的 .