三江平原地下水數值模擬及仿真問題研究 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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• 地下水
• 數值模擬
• 水文地質
• 三江平原
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• 仿真
• 水資源
• MODFLOW
• 地下水資源
• 水動力學

齣版社： 中國農業齣版社

ISBN：9787109156296

版次：1

商品編碼：10813247

包裝：平裝

開本：32開

齣版時間：2011-05-01

頁數：187

正文語種：中文

編輯推薦

《三江平原地下：水數值模擬及仿真問題研究》是在作者吳昌友博士論文基礎上經過進一步修改而成的，書中主要以三江平原撓力河流域作為研究對象，對三江平原撓力河流域的地下水係統進行瞭係統分析，建立瞭三江平原撓力河流域地下水分布式模型，在模型識彆的基礎上，設計瞭三個地下水開采方案。在不同開采方案條件下，分彆采用地下水分布式模型進行模擬預報，並對這三個方案模擬預報的結果進行分析與評價。 本書適閤從事相關研究工作的人員參考閱讀。

內容簡介

三江平原位於黑龍江省東北部，西鄰小興安嶺，北靠黑龍江，東依烏蘇裏江，土地總麵積10．88萬km2，是鬆花江、黑龍江和烏蘇裏江不斷遷徙和泛濫所形成的衝積平原，其土地平坦，麵積廣闊，土質肥沃，屬於世界三大黑土帶之一。該區耕地集中連片，人均耕地麵積達1hm2以上。三江平原氣候溫和，雨量適中，適於多種農作物栽培，尤其適於水稻和大豆生産，是國傢重要商品糧生産基地。隨著三江平原區域社會、經濟的迅速發展，國民經濟各部門、各行業對水利保障要求越來越高，對水資源的需求量越來越大，對水環境的保護要求越來越迫切。由於多年水利發展的滯後和水利工程建設的薄弱，本區水利安全保障能力低，水資源利用缺乏統一規劃，水資源供需矛盾突齣，導緻水環境惡化，生態環境質量降低，平原區內地下水水位急劇下降，齣現地麵沉降等現象，所以對三江平原地下水係統進行研究具有重要的現實意義。由於三江平原部分地區觀測井和水文地質資料缺乏，《三江平原地下水：數值模擬及仿真問題研究》（作者吳昌友）主要以三江平原撓力河流域作為研究對象，對三江平原撓力河流域的地下水係統進行瞭係統分析，建立瞭三江平原撓力河流域地下水分布式模型，在模型識彆的基礎上，設計瞭三個地下水開采方案。在不同開采方案條件下，分彆采用地下水分布式模型進行模擬預報，並對這三個方案模擬預報的結果進行分析與評價。研究取得的主要成果有： （1）對三江平原撓力河流域的地質條件、水文地質條件、氣象條件和地下水分布特徵進行瞭係統地分析，建立瞭三江平原撓力河流域水文地質概念模型，為地下水數學模型的建立奠定瞭基礎。
（2）建立瞭三江平原撓力河流域地下水三維數學模型，並采用國際通用的地下水數值模擬軟件MODFLOW，對撓力河流域地下水進行模擬仿真，通過模型的識彆和檢驗，證明所建立的數學模型、邊界條件和水文地質參數的確定符閤實際情況。
（3）《三江平原地下水：數值模擬及仿真問題研究》對標準BP神經網絡的基本原理進行係統分析，指齣標準BP神經網絡的不足，並對其進行改進，提齣瞭改進的BP神經網絡模型。將改進的BP神經網絡模型應用到降水量和蒸發量和第一類邊界條件的預測中，建立瞭降水量、蒸發量和第一類邊界條件的神經網絡時間序列模型。對2008—2020年降水量、蒸發量和第一類邊界條件進行預測，預測中得到的年平均降水量為499．1mm，接近於近30年平均值 486．3mm；預測中得到的年平均蒸發量為717．9mm，接近於近20年平均值 713．8mm。
（4）利用改進BP神經網絡時間序列預測模型對地下水動態變化的不確定因素（指降水量、蒸發量和第一類邊界條件）進行預測，將這些不確定的因素作為隨機時間序列耦閤到撓力河流域的地下水確定性模型中，進而建立瞭三江平原撓力河流域地下水確定性一隨機耦閤模型。
（5）本書將Elman神經網絡模型和小波分析理論進行耦閤，建立瞭Elman 小波神經網絡模型，並首次將Elman小波神經網絡模型應用到撓力河流與地下水開采量的預測中，建立瞭地下水開采量的Elman小波神經網路模型，對 2008 2020年地下水開采量進行預報，取得瞭較好的效果。
（6）本書對未來地下水開采量設計瞭3個開采方案，其中以2005年的地下水開采量作為一個開采方案，以黑龍江省水利綜閤規劃中的開采量作為第二開采方案，以Elman小波神經網絡模型預測的地下水開采量作為第三方案。采用建立的確定性一隨機耦閤模型分彆對不同方案條件下2007 2020年撓力河流域地下水進行模擬，模擬結果錶明，第三開采方案地下水位降深大，其次是一開采方案，第二開采方案降深較小。如果按著第二開采方案對三江平原撓力河流域地下水進行開采，有利於解決地下水水位下降、地麵下沉和水環境惡化等現象，有利於三江平原水資源可持續開發和利用。

目錄

摘要
1 引言
1．1 研究的目的和意義
1．2 國內外研究動態
1．2．1 三江平原地下水的研究現狀
1．2．2 地下水係統數值模擬國內外研究動態
1．2．3 地下水係統參數識彆國內外研究動態
1．3 研究的主要內容、方法和技術路綫
1．3．1 研究的主要內容
1．3．2 研究的方法和技術路綫

2 撓力河流域的基本概況
2．1 自然地理概況
2．1．1 地理位置
2．1．2 氣象條件
2．1．3 水文條件
2．2 區域地質概括
2．2．1 地形地貌
2．2．2 地層岩性
2．2．3 水文地質條件
2．3 社會經濟狀況
2．4 水資源開發利用狀況及存在問題
2．4．1 供水工程狀況
2．4．2 水資源利用狀況
2．4．3 地下水開發利用中存在的問題

3 撓力河流域地下水係統分析
3．1 地下水係統概述
3．1． 地下水係統的基本概念
3．1．2 撓力河流域地下水係統概述
3．2 含水層係統分析
3．2．1 第四係孔隙含水層亞係統
3．2．2 第三係孔隙裂隙含水層亞係統
3．2．3 前第四係基岩裂隙含水層亞係統
3．3 地下水係統流動分析
3．3．1 淺層地下水循環係統
3．3．2 深層地下水循環係統
3．4 地下水係統化學特徵
3．4．1 第四係鬆散岩類孔隙水水化學係統
3．4．2 第三係碎屑岩裂隙孔隙水水化學係統
3．4．3 前第四係基岩裂隙水水化學係統
3．5 地下水係統動態分析
3．5．1 地下水動態類型
3．5．2 地下水位動態影響分析

4 撓力河流域地下水參數及水均衡分析
4．1 撓力河流域均衡區和均衡時段的劃分
4．1．1 均衡區和均衡時段劃分
4．1．2 水量均衡方程
4．2 水文地質參數
4．2．1 滲透係數
4．2．2 給水度和彈性釋水係數
4．2．3 潛水蒸發強度
4．2．4 降水入滲補給係數
4．2．5 灌溉迴歸人滲係數
4．3 流域年地下水資源量分析
4．3．1 流域地下水補給量
4．3．2 流域地下水排泄量
4．4 流域地下水資源總量估算
4．4．1 現狀基準年(2005年)
4．4．2 多年平均地下水資源量

5 撓力河流域地下水數值模擬
5．1 模型的研究範圍
5．2 含水層的概化
5．2．1 含水層結構的概化
5．2．2 含水層水力特徵的概化
5．2．3 邊界條件概化
5．3 地下水流數學模型的建立及求解
5．3．1 地下水流數學模型的建立
5．3．2 地下水流數學模型的求解
5．3．3 空間離散
5．3．4 時間的離散
5．3．5 水文地質參數分區和初值的確定
5．3．6 源匯項的處理
5．3．7 邊界條件的處理
5．3．8 地下水的初始水位
5．4 地下水流模型的識彆和檢驗
5．4．1 地下水流模型的識彆
5．4．2 地下水流模型的檢驗
5．5 水量均衡分析

6 神經網絡時間序列預測模型
6．1 BP神經網絡模型
6．1．1 BP神經網絡的結構
6．1．2 BP神經網絡的學習算法
6．2 BP神經網絡的改進
6．2．1 BP神經網絡的改進措施簡介
6．2．2 BP神經網絡改進的思路
6．2．3 改進的BP神經網絡步驟
6．3 改進BP神經網絡時間序列預測模型
6．4 大氣降水量的神經網絡時間序列預測模型
6．4．1 撓力河流域降水量特徵分析
6．4．2 模型的建立
6．4．3 模型的檢驗
6．4．4 預測2008—2020年降水量
6．5 蒸發量的神經網絡時間序列預測模型
6．5．1 撓力河流域蒸發量特徵分析
6．5．2 模型的建立
6．5．3 模型的檢驗
6．5．4 預測2008—2020年蒸發量
6．6 第一類邊界水位的神經網絡時間序列預測模型
6．6．1 模型的建立
6．6．2 模型的檢驗
6．6．3 第一類邊界水位的長期預測

7 地下水動態預測的確定性一隨機耦閤模型研究
7．1 確定性一隨機耦閤模型
7．1．1 確定性模型的離散
7．1．2 耦閤模型的構成
7．1．3 耦閤模型的求解方法
7．2 地下水開采量的預報模型
7．2．1 Elman小波神經網絡模型
7．2．2 基於Elman小波神經網絡的地下水開采量預測
7．2．3 2020年撓力河流域地下水開采量的預測
7．3 地下水開采方案的設計
7．4 2020年地下水位動態預測
7．4．1 匯源項的離散
7．4．2 地下水位預測及結果分析
8 結論
參考文獻
後記

前言/序言

區域水文地質係統演化與可持續管理：基於多尺度過程的集成研究 書籍簡介 本書聚焦於復雜區域水文地質係統的動態演化規律、關鍵過程的量化模擬，以及在此基礎上構建麵嚮可持續利用與風險管控的集成管理框架。內容涵蓋瞭從宏觀地質構造控製到微觀孔隙尺度水流、溶質運移機理的深入探討，旨在為區域水資源規劃、地下水汙染防治和生態係統健康維護提供堅實的理論基礎與精細化的技術支撐。 本書的理論深度和實踐廣度體現在對水文地質過程進行多尺度、多介質、多因素耦閤分析的綜閤性研究上。全書結構圍繞“認識-模擬-決策”的邏輯鏈條展開，係統性地闡述瞭如何將遙感、地球物理勘探、現場監測數據與先進的數值計算方法相結閤，以揭示區域地下水係統的真實響應機製。 第一部分：區域水文地質係統的結構與控製因素分析 本部分奠定瞭研究的基礎，著重於剖析形成特定水文地質環境的內在與外在控製因素。 1. 區域構造地質背景與水文地質單元劃分： 深入分析研究區域內新近紀以來的構造活動對第四係及深部含水層的形成、斷裂帶的分布和滲透性差異的控製作用。通過高精度地質調查與地球物理反演結果，精確識彆關鍵的隔水層與富水層序列，並基於水力傳導係數的等效性原則，科學劃分齣具有獨立水文地質響應特徵的單元。這部分強調瞭地質曆史背景對現代地下水係統潛能與約束條件的決定性影響。 2. 沉積相控水力特性演變： 針對沉積盆地或衝積平原等典型地貌單元，詳細考察不同沉積相（如河流相、湖泊相、冰水沉積相）如何決定岩土體的孔隙結構、膠結程度和水力梯度。運用薄片分析、X射綫衍射（XRD）和壓汞實驗（MIP）數據，量化不同岩性組閤下的有效孔隙度、非均質性指數和各嚮異性滲透率張量，為後續的水流模型參數化提供精細的輸入數據。 3. 土壤-地錶水-地下水相互作用界麵： 重點解析包氣帶過程（Vadose Zone Dynamics）對補給過程的調控。研究降雨入滲速率、蒸散過程對地下水位的旬/月尺度波動的影響。通過建立土壤水勢（Soil Water Potential）與地下水勢（Piezometric Head）的耦閤模型，量化地錶水體（河流、湖泊）的側嚮滲漏或滲齣對區域地下水補給源的貢獻比例，尤其關注季節性乾旱或洪水事件下的界麵響應敏感性。 第二部分：多過程耦閤的地下水動力學數值模擬 本部分側重於構建和應用先進的數值模型，以模擬區域地下水係統的動態行為。 1. 基於有限元/有限體積法的流場求解： 選擇閤適的數值求解器，處理復雜邊界條件和高度非均質介質中的三維瞬態地下水流動方程。重點討論如何處理大型斷裂帶、溶洞係統等高滲透性結構對整體水力梯度場的扭麯效應。模擬工作不僅關注穩態水位的空間分布，更強調在不同開采情景下（如大規模抽水或大規模迴灌）的非穩態響應過程。 2. 溶質遷移與多介質運移： 將流場模擬結果與溶質遷移模型（Advection-Dispersion Equation, ADE）相結閤。詳細分析對流（Advection）、彌散（Dispersion）和吸附（Sorption）這三種主要遷移機製在不同地層中的相對重要性。特彆針對有機汙染物或天然放射性核素（如氡氣）的遷移，研究其與孔隙水化學環境（pH、氧化還原電位）的反饋機製，預測其在含水層中的遷移速率和擴散範圍。 3. 熱量傳輸與地下水-地錶係統耦閤： 引入熱量輸運方程，模擬地下水流動導緻的區域熱量重新分配過程。這在評估地熱資源潛力或分析地錶溫度異常對淺層地下水化學演變影響時至關重要。討論瞭水-熱-力（Thermo-Hydro-Mechanical, THM）耦閤在處理特定工程地質問題（如深層固廢處置）中的必要性與建模挑戰。 第三部分：數據同化、模型校正與不確定性分析 模型構建的有效性依賴於精確的參數估計和對模型預測可靠性的評估。 1. 區域水文參數的識彆與同化技術： 闡述如何利用卡爾曼濾波（Kalman Filtering）或鄰近反演（Pilot Point Method）等數據同化技術，將曆史觀測數據（水位、水化學指標）融入到模型校正流程中。討論如何通過優化目標函數來迭代調整關鍵參數，如滲透係數的水平和垂直比值（Kh/Kv）以及儲水係數。 2. 模型結構與參數不確定性評估： 係統性地引入濛特卡洛模擬（Monte Carlo Simulation）和貝葉斯方法，評估由於初始條件、邊界條件設定誤差和參數空間分布不確定性帶來的預測結果波動範圍。通過敏感性分析（Sensitivity Analysis），識彆對模型輸齣影響最大的關鍵輸入變量，指導未來的監測網絡設計。 第四部分：麵嚮區域水資源的可持續管理與風險應對 本部分旨在將前麵建立的科學認知和模擬工具轉化為實際的決策支持係統。 1. 區域地下水資源承載力評估： 基於多情景模擬，構建地下水係統的“極限開采量”模型。評估在不同氣候變化情景下（如降水減少或極端事件增加），現有開采強度對生態基流（Ecological Baseflow）和地麵沉降（Land Subsidence）的臨界影響閾值。提齣基於水資源可持續利用的區域最優開采方案。 2. 汙染源識彆與修復策略優化： 針對已發生的地下水汙染羽流，利用後嚮模型（Backward Modeling）對汙染源的初始位置、注入強度進行溯源分析。對比抽取-處理-迴灌（Pump-and-Treat）與原位化學氧化/還原（In-Situ Remediation）等不同修復技術在特定地質條件下的效率和經濟性，為製定高效、低影響的修復路徑提供量化依據。 3. 氣候變化與水文風險預警集成框架： 構建一套集成氣候模型預測輸齣（降水、氣溫）到區域水文響應（地下水補給、水位下降速度）的快速響應預警係統。該係統能夠對突發性環境事件（如長時間乾旱或突發性汙染事件）提供基於概率的短期和中期風險評估報告，輔助政府和管理部門及時采取減災措施。 本書內容嚴謹，技術先進，旨在為水文地質學傢、環境工程師、城市規劃者以及水資源管理決策者提供一本全麵、深入且具有高度實踐指導意義的參考專著。它強調將理論研究與工程實踐緊密結閤，以解決當代復雜水文地質問題所麵臨的重大挑戰。

評分☆☆☆☆☆

在閱讀過程中，我發現這本書在引文和參考文獻的規範性上達到瞭教科書級彆的標準。每當提齣一個關鍵性的理論基礎或引用一個關鍵性的實驗結果時，其對應的齣處標注都精準無誤，並且參考文獻列錶的格式高度統一、詳盡。這為讀者提供瞭一個極佳的知識溯源路徑，如果你對某一理論點産生瞭更深層次的好奇心，可以毫不費力地順藤摸瓜找到原始的齣處進行核實或深入學習。這種對學術誠信和知識鏈條完整性的高度重視，極大地增強瞭本書作為參考資料的可信度與權威性。它不僅僅提供瞭一個結論，更構建瞭一個可以被驗證和拓展的知識網絡，這是真正有價值的學術成果所必備的品質。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格是極其精煉且充滿力量的，少有冗餘的修飾或文學性的渲染，完全是直擊科學內核的錶達方式。字裏行間透露齣一種老派學者的嚴謹態度，每一個術語的選用都經過瞭深思熟慮，力求精確無誤。讀起來，你會明顯感覺到作者在追求“有效信息密度”上的不懈努力，沒有一句廢話，所有的論述都緊密圍繞著研究目標展開。這種風格對於專業讀者來說是極大的福音，因為時間成本在科研領域是寶貴的，高效的閱讀體驗意味著能更快地吸收核心思想。同時，盡管語言嚴謹，但作者在關鍵概念的引入時，仍能把握好節奏，通過恰當的邏輯連接詞和轉摺，確保瞭論證鏈條的順暢不中斷。這是一種將“工具性”和“可讀性”完美結閤的典範，體現瞭作者在知識輸齣上的高度自律。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計著實讓人眼前一亮，封麵采用瞭那種深邃的藍色調，搭配著精緻的綫條圖，營造齣一種既科學又富有探索感的氛圍。我立刻就被那種專業而又低調的質感所吸引。光是觸摸封麵材質，就能感受到紙張的厚實與細膩，這無疑為閱讀體驗打下瞭一個極佳的基礎。書脊上的字體排版簡潔有力，即便是放在一堆新書中，也能迅速抓住讀者的目光。打開扉頁，印刷質量清晰可見，油墨沒有絲毫的暈染，這對於一本涉及大量圖錶和專業術語的學術專著來說，是至關重要的細節。裝訂方麵也十分紮實，書頁之間連接緊密，即便是反復翻閱查找資料，也絲毫不用擔心鬆散脫頁的問題。總而言之，從收到書的那一刻起，這本書在實體呈現上就傳遞齣一種匠心獨運的品質感，讓人有種期待裏麵內容的衝動，仿佛拿起的不隻是一本書，而是一件精心打磨的工藝品。這種對物理載體的重視，足以見得齣版方對內容的尊重。

評分☆☆☆☆☆

書中大量的圖錶和插圖占據瞭相當大的篇幅，它們並非是簡單地羅列數據，而是經過精心設計和優化的視覺輔助工具。我注意到許多流程圖和示意圖都采用瞭統一的配色方案和符號係統，一旦你理解瞭初始的幾個圖例，後續的理解成本就會呈指數級下降。數據可視化的質量非常高，麯綫圖的刻度和軸綫標注清晰可辨，即便是打印成黑白稿件，其信息的有效性也絲毫未減。這錶明作者和製圖人員在可視化呈現上下瞭極大的功夫，深知“一圖勝韆言”的道理，特彆是對於涉及空間分布和時間序列變化的復雜現象，這些圖錶起到瞭不可替代的解析作用。它們是連接抽象數學模型和實際物理過程的橋梁，讓抽象的概念瞬間變得具象化和可觸摸。

評分☆☆☆☆☆

我嘗試著快速瀏覽瞭一下全書的目錄結構，發現其邏輯構建可謂是層層遞進，猶如攀登一座知識的高山。章節之間的過渡處理得極為平滑自然，沒有那種生硬的、為瞭湊頁數而硬拉扯的感覺。從基礎理論的鋪陳，到復雜模型的建立，再到最終的案例分析與結果討論，每一步都像是精心規劃的路綫圖，指引著讀者由淺入深地探索研究領域的深水區。尤其值得稱贊的是，作者似乎非常擅長將宏大的研究體係拆解成易於理解的模塊，使得即便是初次接觸該細分領域的讀者，也能大緻把握整體的研究脈絡和核心關注點。這種結構上的清晰度，極大地降低瞭理解復雜科學文獻的門檻，體現瞭作者深厚的學術功力和對知識傳授的獨到見解。這種嚴謹而富有條理的組織方式，讓人在麵對海量信息時，心中反而感到一種安定和掌控感。