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目前针对模型结构不确定性的研究方法主要为贝叶斯模型平均方法,而该方法受到模型权重计算困难等影响,应用受限。基于数据驱动的模型结构误差统计学习方法最近得到关注。研究采用高斯过程回归方法对地下水模型结构误差进行统计模拟,并将DREAMzs算法与高斯过程回归相结合,对地下水模型和统计模型的参数同时进行识别。基于此方法,分别以理想岩溶裂隙海水入侵过程和溶质运移柱体实验为例,进行地下水数值模拟及预测结果的不确定性分析。相对于不考虑模型结构误差条件的不确定性分析,结果表明,考虑结构误差之后,能够明显减少参数识别过程中的参数补偿影响,且能显著提高模型的预测性能。因此,基于高斯过程回归的模型结构不确定性分析可以一定程度控制地下水数值模拟的不确定性,提高模型预测可靠性。 相似文献
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工程开挖及建成后对含水层结构的改造,无疑会对开挖区周围地下水造成影响。利用数值模拟方法分析预测某水利工程尾水渠开挖及建成后周围地下水水位的变化。预测结果,大开挖后周边地下水位将快速降低,且不同地段水位降幅不同,右岸阶地内水位降低约0.26~7.26 m,工程建成后,阶地内水位将逐渐恢复,但相比施工前水位仍降低0.09~0.38 m。分析水文地质结构,合理概化,建立数值模型,对于分析工程开挖对地下水的影响,是种有效方法。 相似文献
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矿井采煤对地下水环境的影响主要为对具有供水意义的含水层水位及水量产生影响,确定采煤引起地下水水位降及漏失量是煤矿地下水环境影响评价的关键。以纳林河矿区某大型矿井为例,运用Visual MODFLOW建立模拟区地下水流数值模型,利用实测流场和长观孔的动态观测资料识别和验证数值模型,利用模型来预测采煤对第四系-白垩系含水层水位及水量的影响。模拟结果显示:前25年采煤引起地下水最大水位降为3.6 m,引起地下水的漏失量最大为141.87万m^3/a,占矿井涌水量的29.88%;利用矿化度法确定的越流量占矿井涌水量的6.39%~34.89%,模拟结果基本合理,可作为矿井采煤对地下水环境影响的研究依据。 相似文献
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以北京市平原区地下水系统作为研究对象,系统地收集整理了相关的地质和水文地质资料,通过对资料的综合分析,对边界条件、含水层结构等进行合理概化,建立了水文地质概念模型。在此基础上,运用MODFLOW软件建立了北京市平原区地下水流动的三维数值模型。模型垂向上剖分为10层,平面上每层剖分为499行×499列不规则矩形网格,有效单元共计1 103 000个,以刻画复杂的含水层结构和地下水三维流动特征。依据实测地下水位数据进行模型参数识别与校正,绝大多数计算水位与实测水位拟合较好,模拟流场与实测流场吻合,参数符合水文地质条件,表明本研究建立的数值模型能够较好地刻画北京平原区地下水流动特征。 相似文献
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黑河流域中下游地下水系统受上游冰冻圈融水和降雨的补给,由气候变暖导致的冰冻圈萎缩致使中下游地下水系统的稳定性面临更多的风险。地下水模型是地下水系统稳定性评估的有效手段,但是地下水模型参数往往存在较大的不确定性。为此,本文提出了基于数据同化算法的不确定性分析方法,通过包含观测资料信息减小模型不确定性。采用所提方法分析了(基于MODFLOW构建)黑河流域中游地下水模型中13个参数的不确定性,讨论了算法超参数的影响及其最优取值,分析了地下水模型参数的不确定性。实验结果证明数据同化算法可有效减小地下水模型参数的不确定性,观测资料的种类与数量对参数不确定性的减小起到重要作用;不同地下水模型参数的不确定性不同,地表水与地下水相互作用频繁的区域参数不确定性较大;含水层渗透系数、含水层给水度以及灌溉回流系数对模型输出的地下水位输出影响显著,河床水力传导系数对模型输出的河流流量影响较大。本研究将为地下水研究提供更加可靠的模型方法,为西北内流区地下水哺育的绿洲生态系统稳定可持续研究提供重要支撑。 相似文献
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地下水流数值模拟过程中,水文地质参数的不确定性对模拟结果影响很大。以内蒙古鄂尔多斯市某水源地为例,利用拉丁超立方抽样(LHS)方法获得了含水层渗透参数的随机组合,进行地下水流随机模拟。通过对观测资料与计算水位的绝对值平均(MAE)误差和误差均方根(RMSE)的统计分析,获得了模型较为稳定的随机模拟次数是243次。利用该随机模型对水源地设计开采量进行水位预测,并给出允许降深的风险性分布图。结果表明,预测水位和标准差分布符合实际情况,水位降深大于35 m的风险性最大达到75%。 相似文献
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针对数值模型中结构与参数的不确定性因素,以安徽省丘陵地区一铁矿为例,通过建立地下水数值模拟模型,分别分析了结构与参数的不确定性对污染物运移结果的影响程度。分析结果表明:模型结构方面,随着数值模型的结构发生变化,污染羽中心点浓度值随厚度的增加而降低,且污染物的运移影响范围也有所缩小,当厚度增大20%时,一年末水平方向的影响范围由204 m减小至198 m,减小了近3%;参数方面,随着渗透系数的增加,污染羽中心点浓度值逐渐降低,污染羽的影响范围呈现增大的趋势,但增加的幅度较小。 相似文献
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地下水数值模拟不确定性分析旨在提高研究区域地下水流的模拟精度。学者们将地下水数值模拟不确定性分析分为:模型的不确定性、参数的不确定性以及资料的不确定性三类,其中参数的不确定性分析在研究中是最为重要的。同时,对模型、参数、资料不确定性分析的研究进展和成果进行归纳总结,补充关于参数不确定性分析过程中的替代模型的一些研究成果以及模型不确定性分析的多模型分析;强调在地下水数值模拟的过程中,重视模型、资料的不确定性分析;展望未来,随着地下水数值模拟不确定性分析研究的深入,方法和应用会更加多样化。 相似文献
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在水文地质条件分析的基础上,概化含水层水力特征、垂向、侧向边界后,依据水文地质概念模型建立了地下水数学模型,比照采用地下水均衡分析法计算结果,地下水数值模拟结果可靠。说明含水层结构、水文地质参数的确定、边界条件的概化等处理较为合理,所建立的模型可以用来评价该区地下水资源量。 相似文献
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本次数值模拟是从苏锡常整个大区域考虑,建立统一的主采层地下水流模拟模型,通过对水文地质概念模型的重新认识及边界条件的合理概化,较大程度地减少了人为因素引起的误差。利用已校正过的模型对该地区禁采后地下水水位恢复情况进行了预测,结果显示该模型较适用于实际。 相似文献
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In the numerical simulation of groundwater flow, uncertainties often affect the precision of the simulation results. Stochastic and statistical approaches such as the Monte Carlo method, the Neumann expansion method and the Taylor series expansion, are commonly employed to estimate uncertainty in the final output. Based on the first-order interval perturbation method, a combination of the interval and perturbation methods is proposed as a viable alternative and compared to the well-known equal interval continuous sampling method (EICSM). The approach was realized using the GFModel (an unsaturated-saturated groundwater flow simulation model) program. This study exemplifies scenarios of three distinct interval parameters, namely, the hydraulic conductivities of six equal parts of the aquifer, their boundary head conditions, and several hydrogeological parameters (e.g. specific storativity and extraction rate of wells). The results show that the relative errors of deviation of the groundwater head extremums (RDGE) in the late stage of simulation are controlled within approximately ±5% when the changing rate of the hydrogeological parameter is no more than 0.2. From the viewpoint of the groundwater head extremums, the relative errors can be controlled within ±1.5%. The relative errors of the groundwater head variation are within approximately ±5% when the changing rate is no more than 0.2. The proposed method of this study is applicable to unsteady-state confined water flow systems. 相似文献
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地下水资源是推动干旱区社会经济发展的基础动力,也是影响内陆湖泊及周边生态环境的关键因素。内蒙古黄旗海盆地作为干旱区内陆河流域的典型,近年来地下水水位不断下降,黄旗海湖区面积持续减小,甚至面临干涸的风险。为定量分析黄旗海盆地地下水资源时空演变及黄旗海湖水-地下水的转化关系,利用数值模拟技术构建黄旗海盆地地下水流数值模型,利用该区2010—2016年水位长观数据对模型进行识别和验证。模拟结果表明,模拟期黄旗海盆地地下水储量累计亏空达1.5×108 m3,地下水过度开采是该区水资源呈现负均衡的根本原因。在此基础上,采用Sobol全局敏感性分析方法进一步识别影响该区地下水资源演变的主要控制因素,分别利用湖水位、湖泊渗漏量、地下水储存量和地下水补给湖水量等4个目标函数对影响地下水系统演变的8个主要参数进行敏感性评估。结果显示,不同参数对不同目标的敏感性差异明显,前2个目标主要受渗透系数与湖床渗漏速率的影响,后2个目标主要受人工开采和降雨灌溉补给的影响,而超采地下水则是该区地下水资源枯竭及黄旗海湖泊面积萎缩的主控因素。本研究结果可为黄旗海盆地地下水资源可持续利用及周边生态环境保护提供技术支撑与决策依据。 相似文献
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考虑到模型不确定性引起的地下水数值模拟不确定性对模拟过程的影响,在简要介绍含水层水文地质参数变异性研究进展和地质统计学的基础上,基于常用的确定性地下水流数值模拟软件MODFLOW开发了MODFLOW-Gslib软件,相较于传统的数值模拟方法,将地质统计学与数值模拟结合的方法能够模拟非均质含水层中的参数变异性问题。将MODFLOW-Gslib软件运用于模拟实例中,选择常见的不确定性因素进行模拟,并对其模拟产生的数据进行统计分析,结果表明,软件转化后的参数符合水文地质参数不确定性的相关特征;与原模拟结果进行对比,该软件能够更加真实地刻画含水层参数变异性特征。 相似文献
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为了更加准确地确定含水层参数,提出了利用地下水流数值模拟软件Modflow耦合大型抽水试验和长观孔水位两个模型的方法,对含水层参数进行了识别与校验。该方法求得的含水层参数避免了只利用抽水试验模型校验所带来的不确定性,同时利用抽水实验数据进行抽水与恢复的全过程曲线拟合,水位降深模拟相对误差小于6%,提高了含水层参数的准确性。 相似文献
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高斯过程回归（GPR）是一种基于贝叶斯理论的监督学习算法,在基于数据驱动（DDM）的模型结构不确定性分析中具有广泛应用。目前研究中通常假设物理参数和超参独立并进行联立识别,这会导致参数补偿。文章提出两步识别DDM量化模型结构误差,并通过2个地下水模型案例,分别在不考虑模型结构误差、考虑模型结构误差（联立识别DDM、两步识别DDM）的情况下,对比分析了参数识别和模型预测结果。结果表明,不考虑模型结构误差直接进行参数识别时,为补偿结构误差,物理参数会过度拟合,从而影响模型预测效果。基于DDM刻画模型结构偏差时,物理参数和超参的独立性假设会影响参数识别结果。提出的两步识别DDM法没有假设物理参数和超参独立,能够减少参数过度拟合效应,从而更准确刻画结构误差,有效提高了模型的预测性能。 相似文献
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The equivalent porous medium (EPM) method is an efficient approximation method for groundwater yield analysis considering the equivalent permeability in a fractured geologic medium (FGM). The EPM method is widely used in many practical hydrogeological problems from local to regional scales. However, when calculating water head and velocity distributions, the suitability of the EPM model remains insufficiently evaluated. The suitability refers to the head error caused by the application of the EPM model. The smaller the error, the better the suitability. In this study, the influence of fracture geometric attributes on the suitability was quantitatively studied in numerical simulation experiments, and the EPM model simulation results were compared to those obtained with the discrete fracture network (DFN) model. The results indicated that the suitability decreased with increasing fracture spacing. When the fracture spacing was smaller than 0.6 m, the influence of an increase in the fracture spacing on the suitability was obvious. For the same fracture spacing, the suitability generally increased with increasing trace length. When the spatial variability of fracture aperture is not considered, the change of the fracture aperture did not impact the suitability. The fracture orientation slightly impacted the suitability, which can be ignored. An evaluation standard based on fracture parameters is proposed to estimate the suitability of the EPM model, which provides a scientific basis to ascertain whether this model can be applied to a given site to solve the head-related hydrogeological issues with FGMs. 相似文献
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地下水流系统理论和数值模拟技术分别是水文地质学的基本理论和技术方法,含水岩组的概化是地下水流系统分析和地下水数值模拟的重要基础,直接影响着数值模拟和水流系统分析的精度和可信度.为提高含水岩组概化的精度和可信度,提出一种含水岩组概化的新方法,即累积导水系数法.依据岩层厚度与渗透系数乘积累积值随深度的变化,以及水文地质剖面岩性分布的整体特征,概化含水介质结构.以玛纳斯河流域为例,应用该方法概化流域内的岩性剖面,结合GMS软件中TINS模块构建水文地质结构模型.结果表明,应用该方法概化后的含水层结构具有较好的合理性和仿真性,建立的三维模型很好地显示了研究区含水介质的空间展布特征,为建立地下水流模型奠定了良好的基础. 相似文献
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岛屿是我国领土的重要组成部分,对国家安全和国防军事意义非凡。岛屿的地下水资源尤为珍贵,地下水流场模拟是研究地下水分布规律的重要手段。水文地质条件复杂、可利用的观测井较少等原因,造成了基岩岛屿水文地质模型概化精度不高、初始条件难以获取等问题。为克服基岩岛屿地下水流场模拟的诸多困难,将珠海外伶仃岛作为研究区,利用数字高程模型数据开展地质地貌建模; 利用探地雷达法、直流电法与地质分析对岛屿进行探测,获取了地层数据; 采用地下水遥感评估法,利用实测井位数据,确定了地下水的初始水位,进而对基岩岛屿地下水流场进行建模; 最终,通过对外伶仃岛地下水流场的数值模拟得出地下水模拟流场图。岛上多个测点的探测水位值与模拟水位相关性较好,其拟合优度R 2为0.872 2。由此可见,综合遥感、物探、水文地质手段等技术方法获取的数据,采用地下水模拟软件或程序实现基岩岛屿地下水流场的数值模拟,是基岩岛屿地下水资源研究的一个有效方法。 相似文献
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地下水数值模拟过程中,人工开采量大都被当作确定项处理。但实际情况是开采量往往缺乏准确的统计数据,尤其是农业灌溉开采量,在计算中具有更大的不确定性。传统的处理方法是将这些人工开采量概化为抽水量确定的开采井,显然不能反映实际情况。采用概率论及数理统计的方法,分析了概化后开采量的不确定性,得出开采量服从正态分布。以此为基础,运用蒙特卡罗方法,对开采量不确定条件下数值模拟的结果进行可靠性分析。结果表明：传统处理方法不能反映开采量不确定条件下数值模拟结果可靠性的变化情况,而采用随机模拟的方法,可以计算出不同的给定允许降深条件下,模拟结果的可靠性。 相似文献
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