Application of homotopy parameter inversion method in Miyun Reservoir

The large-scale convergence of homotopy parametric inversion method on the water quality model parameters calculated was used,with application in parametric inversion calculation of total phosphorus of Beijing Miyun Reservoir.Through calculated and compared the error of sedimentation rate by homotopy parametric inversion method and genetic inversion calculation method,the results indicate that homotopy parametric inversion method has good stability,calculating speed,and even if the initial selection away from the objective function,the solution still has a good convergence.

基于DNN的煤矿富水区探测反演方法研究

提出了一种基于DNN的煤矿富水区探测反演算法,该算法可以快速准确地实现煤矿富水区二维分布模型的重建。首先,利用时域有限差分方法(FDTD)获得不同分布模型的数值解;随后,依据数据样本搭建网络框架,网络的输入主要为电场分量,输出为相应的模型电导率参数。通过对神经网络进行训练,得到网络的最优系数,随后对富水区分布进行反演预测;结果表明:DNN算法在单个小目标异常体反演中,可以有效克服BP神经网络模型失效的问题,且对于多目标异常体的反演效果更加准确。另外,相同数据集下,DNN的训练耗时与预测耗时也少于BP神经网络。实验结果表明,该算法可以有效提高煤矿富水区探测效率。

大型地下厂房水压致裂法地应力测量及地应力场反演分析

岩体初始地应力是地下工程研究中的重要内容,依托大型地下厂房工程,采用三维水压致裂法和常规水压致裂法对洞内孔ZK1和地表孔ZK2分别进行地应力测量,获得岩体初始地应力;基于实测数据利用三维数值模拟方法进行地应力场反演计算,获得所需工程区的地应力场分布规律。研究表明:水压致裂法可以有效地获得初始地应力,三维水压致裂法获得的地下应力情况更为准确且可以与垂直孔测试数据互相印证;数值模拟获取的地应力计算值和实测值具有一致性,厂房隧洞布置较为合理且工程区发生岩爆概率较低;现场原位测试结果与回归地应力场分布规律可为工程设计提供有效的科学支撑。

基于Richards方程的区域连续日蒸散量遥感估算

蒸散发作为自然界水循环的重要组成部分,时空尺度上的蒸散量估算一直是研究热点。遥感手段可以实现区域尺度蒸散量的估算,但是受到卫星过境时间的限制,难以获取连续时间序列的蒸散量。土壤水分作为蒸散发的重要控制因素,结合土壤水分数据改进遥感蒸散发模型,在提高遥感蒸散量估算精度方面也具有重要意义,但是目前大多数遥感方法对土壤水分胁迫性的考虑仍有不足。针对目前蒸散发研究在土壤水分胁迫和连续性方面的不足,以涡度相关法计算的蒸散量作为实际蒸散量,结合联合国粮农组织推荐的单作物系数法,将土壤含水量信息引入Penman-Monteith(P-M)公式计算实际蒸散量,并用Richards方程进行蒸发条件下一维垂向土壤水分运动过程的数值模拟,实现土壤水分胁迫下的连续日蒸散量的估算,并结合遥感数据实现区域尺度的扩展。结果表明:涡度相关法计算的实际日蒸散量与P-M公式计算的潜在日蒸散量具有很强的相关性,相关系数达到0.918;引入土壤含水量信息后的P-M公式,日蒸散量的估算精度显著提升,均方根误差达到0.133 mm/d;基于Richards方程的土壤水分胁迫下连续日蒸散量的估算结果与实测值较为接近,均方根误差为0.288 mm/d;受研究区南北高中间低的地势影响,日蒸散量的高值集中在研究区中部的水域和耕地区域,不同土地利用类型下的平均日蒸散量水域>耕地>林地>草地>未利用土地,且区域扩展的结果与站点的实测结果在时间序列上表现出一致的变化规律。文章可为土壤水分对蒸散发的影响机理研究以及区域蒸散量的估算提供参考。

深层页岩气井气水两相缝网参数反演方法

深层页岩气藏的开发离不开大规模的体积压裂技术,而缝网参数反演方法是压裂效果评价、产能动态分析的一种重要手段。现有的缝网参数反演方法忽略了支撑剂不均匀分布和气水两相渗流对深层页岩气藏开发的影响,导致参数反演误差较大,且难以区分“近井支撑裂缝”和“远井未支撑裂缝”对产能的贡献。针对这一问题,基于动态分析方法,建立了考虑多重非线性流动机理和未完全支撑裂缝的深层页岩储层气水两相缝网参数反演方法。反演方法建立过程中基于线性流模型假设,将压后的复杂裂缝网络等效为支撑裂缝区、压裂改造内区、未支撑裂缝区和压裂改造外区4个区域,采用变量替换、摄动变换、逐次替换等手段处理气体高压物性参数、超临界吸附、应力敏感、非达西渗流和气水两相渗流引起的非线性。利用数值模拟模型验证了本文方法的可靠性,并选取四川盆地4口深层页岩气井进行了应用分析。结果表明,建立的深层页岩气水两相缝网参数反演方法考虑了气液同产对产能预测和参数反演的影响,实现了支撑与未支撑裂缝半长和渗透率等参数的定量区分,为准确计算深层页岩气产量、评价压裂效果提供了理论指导。

超宽工作面三维电法数据特征研究及应用

超宽工作面的构建有助于推动煤炭资源的安全、高效开采。然而,受巷道空间、施工条件的限制,常规矿井地球物理的探测深度有限,无法准确获取超宽工作面内部及顶底板一定范围内的地质信息。为了提高超宽工作面底板富水区的探测精度,给实测数据处理及解释提供依据,在总结分析当前矿井地球物理探测技术的基础上,针对可应用于超宽工作面探测的三维直流电阻率法,结合河南永城某煤矿21106工作面底板灰岩水的赋存特征,采用理论分析、数值模拟和实测数据相结合的研究方法,系统研究了三维观测和二维观测模式的数据特征和分辨能力。研究结果表明:相较于传统的同侧发射接收二维观测模式,对侧发射接收的三维观测模式对工作面底板低阻体的反应更为灵敏;对侧发射接收三维观测模式所得数据,经过常规视电阻率公式计算后,视电阻率与实际电性有时相反,因此需要采用三维反演方式进行数据处理;对河南永城某煤矿21106工作面观测到的三维模式数据进行了三维反演处理,经井下钻探资料验证了三维观测结果的可靠性。研究结果为二极装置条件的二维观测和三维观测数据解释提供了依据。

高密度电测深在工作面上覆含水层及采空区探测中的应用

为超前识别韩家湾煤矿214203工作面上覆含水层及采空区的隐伏富水异常构造,为矿井防治水提供有效的技术支持,利用高密度电测深技术对其上覆含水层及采空区进行了高精度探测,设每个测点距为30 m,每个跑极点距10 m,使用防爆直流电法仪对各个测点进行测量。通过在地层中建立特定电场,发现随着工作面向前推进,探测区域受应力扰动和外界条件干扰可能会形成新的富水异常区域,同时对韩家湾煤矿214202工作面顶板含/导水构造进行分析。根据探测结果,划分了5处异常区域并对其分布范围和类型进行分析,对不同层段附近的电阻力进行分析发现异常横向分布位置基本相对应,异常分布特征相近似,有效识别了韩家湾煤矿煤层地质中富水异常区域,确定了水害异常区域的赋存状态和位置,为矿井安全高效生产保驾护航。

隧道含水构造直流电阻率法超前探测研究

含导水构造和岩溶裂隙水的探查是亟需研究和解决的关键问题。直流电阻率法以其对低阻体反映敏感、分辨率高等优点被引入到隧道掌子面前方含水构造的预报工作中。首先,推导出了无限全空间中球体含水构造直流电法超前探测的解析解公式,并在利用有限元数值方法进行正演分析的基础上,借助"比较法"将含隧道腔体的三维空间中超前探测视电阻率数据转换为无限全空间中的数据,并探讨了由MN电极附近电阻率不均匀所造成的干扰以及识别和去除这种干扰的方法。然后,设计了基于全空间球体含水构造超前探测解析公式的阻尼最小二乘反演方法,对隧道中多组球体含水构造模型进行了较为成功的反演。另外,探讨了其他形状的有限体积的含水构造超前探测异常规律,提出了"等效球体"的概念,亦在全空间球体含水构造超前探测解析公式的基础上设计了快速反演方法。最后,利用物理模型试验验证了有限元数值正演方法和阻尼最小二乘反演技术的可行性和有效性,为实际工程中含水构造的直流电法超前预报奠定了基础。

隧道含水构造直流电阻率法超前探测三维反演成像

突涌水地质灾害是隧道修建面临的主要威胁,隧道掌子面前方赋存的突水灾害源——含水构造的三维定位已经成为亟待解决的关键难题。针对上述难题,提出了直流电阻率法三维反演成像超前探测方法。首先,建立了直流电阻率法超前探测三维全空间立体观测方式,针对测线附近的旁侧干扰严重这一关键问题,提出了干扰识别与去除方法,实现了掌子面前方三维有效信息的测量。综合线性反演方法和非线性反演方法的优点,提出了改进遗传算法与最小二乘法相结合的混合反演成像方法,既摆脱了对初始模型的依赖,又保证了反演进化效率。然后,重点对断层、裂隙、溶洞等典型的含水构造进行了系统的反演数值试验,获得了典型含水构造的三维成像特征和相应的地质解释依据,为实现由观测数据到三维成像再到地质模型的映射奠定了基础。最后,将直流电阻率法超前探测三维反演成像方法应用到模型试验和实际工程中,实现了含水地质构造的较准确三维定位,证明该方法具有良好的推广应用价值。

反求根系吸水速率方法的检验与应用

土壤含水率剖面实测时间间隔 T与实测点间距 SI是影响平均根系吸水速率反求方法的 2个主要因子。通过数值实验 ,首先探讨分析了 T和 SI的不同取值条件下 ,平均根系吸水速率模拟值的误差效应 ,从实际应用角度出发 ,若设定平均根系吸水速率的最大绝对误差≤ 0 .0 0 15 d- 1 ,总体相对误差≤ 15 % ,则 T和 SI的选取最好能限制在如下范围之内 :5 d≤ T <15 d,SI <2 0 cm。应用上述检验分析结果 ,对两种水分胁迫条件下土柱实验中苗期冬小麦的根系吸水进行了模拟分析 ,结果表明 :持续的水分胁迫将显著地降低冬小麦根系的吸水速率 ,抑制其根系的生长 ;当上部土层水分供应不足时 ,小麦的自我调节功能可导致根系扩大其吸水范围 ,向下部土层生长。

隧道激发极化法超前探测快速反演研究

突(涌)水地质灾害是制约隧道等地下工程建设的瓶颈问题之一,掌子面前方存在多个含水构造的情况普遍存在,对隧道前方多个含水构造的超前探测是亟待解决的难题,基于激发极化法中极化率参数对水体响应敏感的特点,将其引入到隧道前方含水体超前探测研究工作中,从正演理论、反演解释、物理模拟和现场应用等方面入手对激发极化超前预报技术进行了较为深入的研究。首先,推导了隧道掌子面前方多个含水构造激发极化法超前探测的理论解公式,采用等效电阻率法计算视极化率观测数据,为激发极化法超前探测快速反演奠定了基础。其次,基于隧道前方多个含水构造的理论解,提出了利用两个阻尼系数控制步长和搜索方向的思路,解决了传统马奎特方法仅依靠一个阻尼系数很难有效同时控制两个变化因素的矛盾;提出了一种改进的马奎特快速反演方法,同时对视电阻率和激发极化数据进行反演,使之对初始模型参数依赖较小,收敛速度较快,精度较高,并对隧道前方存在多个含水构造模型进行了较为成功的反演。最后,物理模型试验和现场实际应用表明,激发极化法超前探测快速反演方法是行之有效的,为解决隧道多个含水构造超前探测这一难题提供了可行的途径。

应用实测含水率剖面估算冬小麦相对根长密度分布

根长密度是根系研究中不可缺少的一个参数,但其适时准确的测定却存在相当的困难。该文应用平均根系吸水速率反求方法,提出了在已知两个实测含水率剖面的条件下,估算相对根长密度分布的方法,并通过田间实验和土柱实验对该方法进行了检验,结果表明:该方法可以较好地估算相对根长密度的分布,为土壤水分运移的连续模拟提供较为可靠的参数。

魔芋接枝丙烯酸高吸水性树脂的制备及性能研究

本实验以魔芋精粉为基体,环己烷为连续相,Span-60为分散剂,硝酸铈铵为引发剂、用反相悬浮聚合法合成魔芋-丙烯酸高吸水性树脂。研究了多种因素对接枝共聚物吸水性能的影响。结果表明:反应时间为2 h、魔芋精粉与丙烯酸质量比为1∶5、交联剂用量为物料质量的0.04%、引发剂为3×10-3mol/L、丙烯酸中和度为60%、反应温度为70℃时,接枝共聚物吸水性能最优。并通过对接枝产物的红外图谱分析,证实了反应的可行性。

地表水污染源识别方法研究进展

地表水污染源的准确识别对于突发水污染事件中制定补救策略、确定责任方具有重要的指导意义。从污染源识别的基本问题出发,综述了地表水污染源识别的两类方法,一类是数学模拟法,包括直接求解法和间接求解法,直接求解法又包括解析法和正则化方法,间接求解法又包括模拟优化法、概率统计法及耦合算法;另一类是足迹分析法。在此基础上,系统地讨论了污染源识别的不确定性,包括污染源信息、观测数据、地表水模型、水动力条件、污染物性质5个方面。并指出地表水污染源识别的不确定性和时效性是制约其应用价值的关键因素,需要在方法耦合、识别效率提高、不确定性分析及污染物性质等方面做进一步的研究。

反求根系吸水速率方法的探讨

植物生长条件下土壤水分运动方程的逆问题具有强烈的非线性性与不适定性 ,该文探讨分析了两种现有的模拟根系吸水速率的反求方法 ,并提出了一种新的数值迭代反求方法。数值实验结果表明 :含水率 (或基质势 )剖面实测值与模拟值的对比不足以论证根系吸水模型的正确与否 ;当初始剖面土壤水分变化较为剧烈时 ,提出的新的数值迭代反求方法可以较好地模拟根系吸水速率在土壤剖面上的分布 ,在任意两次“实测”时间间隔内 ,当根系吸水速率变化不大时 ,选用时间间隔分别为 1、2、5、10和 15 d的“实测”土壤水分剖面均可以获得与理论吸水分布较为一致的结果 ,模拟所得的“实际”蒸腾强度与理论值的相对误差均在

自动识别油藏边界水侵量微分方程反演算法

针对水驱油数值模拟,提出一种基于微分方程反演的自动历史拟合算法,解决了单相微可压缩流体渗流中油藏边界水侵量自动识别问题。利用生产井的动态观测资料识别油藏边界上的水侵量,在数学上称为边界控制反问题。基于微分方程反演理论,将其转化为一个非线性优化问题,利用共轭梯度法求解。共轭梯度法是通过引入相应的伴随问题和敏感性问题,分别确定每次迭代的搜索方向和搜索步长,解决了时空域中一般反演方法的不稳定性、收敛速度慢和依赖于初值等一系列问题。理论模型和实际资料检验表明,该方法不仅丰富了微分方程反演理论,而且具有生产实用价值。

同伦方法在环境水质模型参数反演中的应用

利用具有大范围收敛的同伦参数反演方法对水质模型参数进行计算,并应用于北京密云水库总磷的参数反演计算中。通过同伦与遗传反演两种方法分别计算沉降率的误差并进行对比表明,同伦参数反演方法具有良好的稳定性,计算速度快,且初值的选取即使远离目标函数,解仍具有很好的收敛性。

新丰江水库中上地壳P波三维速度结构特征及库水的渗透影响

利用震源位置和速度结构的联合反演得到2007年6月—2014年7月新丰江水库地区地震序列的震源位置及中上地壳P波三维速度结构模型,并进一步研究库区序列分布及速度结构特征.结果显示:库区中上地壳不同深度P波速度存在显著横向不均匀性,浅部库区速度高于周缘,在5~10 km上地壳从库坝下游白田至库尾锡场NW方向存在高速异常体以及2个低速间断区域,低速间断区分别位于人字石断裂与南山—坳头断裂交汇处以及1962年6.1级地震震源区,库水可能沿低速间断区的人字石断裂、石角—新港—白田断裂下渗至13~14 km的地壳.在10~14 km地壳以NE走向的大坪—岩前断裂为界,NW侧为最高速度6.2 km·s^(-1)的高速区域,SE侧从库区中部回龙至库坝下游白田为显著低速异常区域,是可能的库水渗透影响区域,亦是库区中强地震集中区.库区地震多发生在高速体内部、高低速过渡带或低速的渗水通道两侧.

云南省水稻灌溉用水定额等值线图研究

分析了灌溉用水定额的内涵以及确定方法,并利用云南省30个典型县的水稻灌溉用水定额数据,分别用克里金(Kriging)法和距离反比法插值并绘制云南省水稻灌溉用水定额等值线图,对两种插值结果进行比较表明:克里金法插值优于距离反比法。

组合单元水质模型中的边界条件及污染源项反问题

从反问题的角度出发 ,提出组合单元法求解水网地区水质特性的稀疏矩阵解法 ,在此基础上给出无约束污染物边界浓度及污染源项一类反问题的提法及相应的最优控制求解方法 .该方法避免了常规方法的试错求解过程及不确定性 。