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.

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。

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。

地下水与地表水相互作用对水源涵养功能的影响研究

地下水地表水相互影响,为水文地质重要现象,对水资源的利用具有积极作用。为深刻认识这种相互关系以及对环境与地下水系统的作用,采用数值模拟技巧与现场调查信息加以研究。构建了地下水与地表水的互动模型,并运用定量分析方法总结分析其对地下水水位、水质、湿地生态以及补给量的影响。通过选取不同类型湿地的实证分析,探讨地下水处于各水位条件下,地下水与地表水交换对地下水资源形成所产生的作用。研究结果表明:地下水与地表水的相互作用会显著影响地下水的涵养功能,具有高水位湿地的涵养功能会更强;同时,也发现地下水和地表水交互作用强度与湿地类型和气候变化也有密切关系。这项研究可以为理解和预测地下水与地表水之间的相互作用提供理论支持,并有助于实现水资源的可持续管理和保护。

分布式地表水-地下水耦合数值模型研究进展

系统梳理地表、地下各水文过程中常见的控制方程以及数值求解方法,指出单一地下水模型和单一地表水模型在解决耦合问题中的短板。回顾近年来的相关研究,归纳出11种常见的耦合模型。从模型原理和适用方向2个方面对已有研究概括总结,将耦合方法划分为松散耦合型、半松散耦合型和紧密耦合型,分析耦合模型在变化环境下的地下水-地表水转化关系、河道生态流量以及地表水-地下水联合调度方面的应用。未来可以重点关注耦合模型在复杂地貌、多样化参数、模型识别验证方法、运算效率以及多学科交叉等方面的研究。

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。

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。

海河流域地表水与地下水耦合模拟

近10年来海河流域地下水超采严重,急需加强流域地表水与地下水统一管理。地表水与地下水的耦合模拟研究是实现流域地表与地下水资源综合管理的重要支撑。本文探讨了当前3种不同的地表水与地下水耦合方式,基于现有数据条件和应用管理的需求,提出了将成熟的流域地表水SWAT与地下水MODFLOW模型进行松散耦合的技术框架,并构建了海河流域地表水与地下水耦合模型。在流域地表空间上,根据流域特性和管理需求,划分了283个子流域和2100个水文响应单元(HRU);在平原区地下空间上,基于15个大的岩性分区剖分出若干个4 km×4 km网格。通过GIS平台,建立流域地表水与地下水计算单元的转换关系。并利用1995-2004年水文气象数据进行验证分析,取得较好模拟精度。该耦合模型不仅能够支撑流域现状管理,而且可用于气候变化与南水北调工程对流域水资源影响评估分析。

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。

基于地表水与地下水耦合模型的溪泉湖湿地数值模拟的应用研究

通过建立溪泉湖水源地地表水与地下水联合运用的耦合模型,借助于QUAL2K软件计算地表河流控制断面的入水浓度.采用MT3D模型,基于Visual MODFLOW有限差技术,分析了沈阳市沈北新区溪泉湖湿地构建储备水源地10 a后地下水环境的动态变化.水位模拟结果显示:2020年构建储备水源地处形成漏斗,水源地构建后的地下水水位降落漏斗处地下水等水位线比构建前下降2.5 m,与2009年初始水位相比大幅度下降,既满足水源地供水效益,又解决了周边水库蓄水造成的浸没问题.水质模拟结果显示:周边水库地下水水质较好,没有对水源地水质造成影响,但辽河支流的水质不容乐观,对水源地水质造成严重威胁.因此,为保障水源地水质安全,对溪泉湖地表水体进行污染防治势在必行.

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。

地表水与地下水耦合模型研究进展

描述地表水与地下水文过程耦合概念,论述国内外具有代表性的流域水文模型与地下水模型耦合的3种类型及耦合方法,提出地表水与地下水耦合模型的主要特征及适应性,并对今后的发展方向进行了展望。

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。

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

在系统分析华北平原区"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。

基于GSFLOW的镜湖湿地地表水与地下水耦合数值模拟

湿地地表径流包括明渠流和片流等多种形式,且存在海绵状土壤层,其地表水-地下水耦合模拟困难。针对湿地片流和海绵层模拟不准确的问题,以绍兴镜湖国家城市湿地公园为研究对象,考虑湿地多年植物生长沉积形成的独特海绵层,基于GSFLOW模型构建湿地地表水与地下水耦合数值模型,通过二维扩散方程模拟湿地片流、一维圣维南方程模拟湿地明渠流,使用竖管法测量湿地海绵层渗透系数,利用模拟区水文站的监测数据率定模型参数并对模拟结果进行验证,应用校正后模型模拟湿地地表水与地下水的水量交互过程,并对研究区进行水均衡分析。研究结果表明:考虑湿地海绵层的湿地地表水与地下水耦合模型能较为真实地反映湿地水文特性,湿地以地表水补给地下水为主,补给量随降雨量变化。研究建立的湿地地表水与地下水耦合模型合理可靠,对湿地水文分析有良好的应用价值。