地下水预测的新方法研究

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1、山东大学博士学位论文地下水预测的新方法研究姓名：马秀媛申请学位级别：博士专业：工程力学指导教师：朱维申20071206原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：墨盘送。Et期：幽：!兰：f关于学位论文使用授权的声明本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权

2、山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。(保密论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：弓豸益导师签名；摘要中文摘要随着人类社会的发展和生产规模的扩大，逐渐出现了世界性的水资源危机，世界各国在地下水资源的开发利用过程中也都产生了许多使人畏惧的环境问题。例如，由于地下水资源的过度开发与不合理利用，不仅加剧了供需矛盾，而且引发了一系列环境地质问题，如地面沉降、地面塌陷、海水入侵以及地裂缝、矿区地质灾害等。国际社会及世界各国逐步认识到地下水资源的合理利用及保护的重要性，

3、地下水资源的定量评价逐渐成了水资源管理的中心课题，地下水数值模拟也伴随着人类对地下水定量评价的发展而发展起来。由于计算技术和计算方法的进步，解算数学模型已经成为地下水定量评价的主要手段。数值方法不仅可以有效地解地下水流问题，也能用于解地下水质问题以及其他模型问题，地下水数值模拟已经成为对水资源进行定量评价管理的有效工具。尽管地下水数值计算技术和计算方法发展很快，地下水数值模拟仍然存在着大量的理论问题和实际问题需要研究解决，仍有很多局限性。例如，模拟结果的不确定性，数值计算方法的局限性，对输入数据的要求以及对模型的假设，边界条件估计问题，由于材

4、料的不均匀性产生的非确定性因素等。由此可见，地下水模拟过程中充满了各种各样的不确定因素。在把地下水数值模型应用于地下水资源的预测和管理时，如何利用和改进现有技术，减少模型的不确定性，提高数值模拟过程的有效性和预测结果的可靠性，是该研究领域具有挑战性的问题之一。从对水资源利用管理方面看，考虑到流场变化(例如，新建抽水井，降雨入渗率发生变化，新修水库等)对系统的影响，与绝对环境变化相比，人们也许更关心其在地下水系统中引起的变化量。如果用传统的地下水模拟过程来预报预测局部水文水利条件变化对地下水系统产生的影响，首先要建立模型，接着进行模型校正以满足

5、已有的初始条件，运行模型得到应力变化前的地下水水位分布，流场改变以后，重新运行模型，得到改变后的地下水水位分布值，最后通过计算流场改变前后水位分布的差值得到其变化量。由于建立地下水模型需要大量的现场资料作为输入数据和进行模型校正，现场资料的缺乏造成模型校正的困难，测量误差和自然环境变化引起的现场数据的不确定性转化成参数估计的不确定性，进一步影响到模型的预测结果的精确性。山东大学博士学位论文某些情况下，变化值只与少数参数有关。如果我们能建立一种数学模型，直接模拟变化值，则可以减少对现场资料的需求，减少传统模拟方法中许多不确定因素的影响，提高模拟

6、过程的效率和精确度。例如，如果只关心抽取地下水对环境的影响，可以假设河流水位变化以及降雨入渗率变化为零，模型边界可以远离影响区域并且设为无水流交换边界。在这种情况下，仅仅需要知道渗透系数及地表水体的渗漏系数等少数几类水文地质参数即可建立模型和进行模型校正。由于变化值是从零开始计算，因此模拟时的初始条件值可以设为零。由于减少对数据的需求及将边界设在远离影响区域之外，可以减少由于数据和边界条件引起的不确定性。基于以上的考虑，本文在传统地下水数值模拟的基础上。引进摄动理论，提出了一种预测局部水文水利条件变化引起地下水环境变化的新的方法。该新方法可以

7、在拥有较少现场资料的情况下，对局部水文水利条件变化引起的地下水水位和流量的变化直接进行的预测，减少模拟过程及模型校正过程中对输入数据的需求，简化边界条件。同时引入反复迭代方法求解控制方程，与现有计算程序结合实现数值计算。本文分别推导出承压水和非承压水的水位及流量变化控制方程，并指出对于承压水可以用与传统方法类似的数值解法来求解水位变化控制方程，得到的水位的变化值与用传统方法得到的水位差值是等价的。对于非承压水的水位变化控制方程，用传统数值方法求解可以得到近似值，但其误差根据相对变化值的增大而增加。经过迭代后，可以明显改善计算结果，减少预测误差

8、。全文共分七章。第一章绪论部分。通过大量文献检索和调查研究，阐明了地下水资源的定量评价在水资源利用管理方面的重要性，总结了地下水数值模拟的发展、现状及存在的问题，指