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光透法定量粗糙裂隙生物堵塞下的隙宽 被引量：1
1
作者 章艳红 叶淑君 +1 位作者 吴吉春 罗跃 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2017年第6期118-125,共8页
基于光透法定量测量裂隙隙宽的原理及在两相流中的应用,设计了一组二维粗糙裂隙模拟装置研究微生物在裂隙地下水系统中的运移行为,首次定量研究了生物堵塞过程中隙宽及分布的变化。研究结果表明:微生物大多以离散菌簇状形态存在,未能形... 基于光透法定量测量裂隙隙宽的原理及在两相流中的应用,设计了一组二维粗糙裂隙模拟装置研究微生物在裂隙地下水系统中的运移行为,首次定量研究了生物堵塞过程中隙宽及分布的变化。研究结果表明:微生物大多以离散菌簇状形态存在,未能形成明显的连续生物膜,不同空间位置微生物分布具有一定的随机性,本试验中微生物接种和营养注入方式决定了微生物集中分布在裂隙底部区域;微生物生长造成裂隙平均隙宽的下降(从1 181μm降低为1 086μm,下降8.04%),此外,基于光透法测量的不同空间位置隙宽(除2个点外)在微生物生长过程中都有所下降,两次微生物接种后点2处隙宽下降最明显(从1 275μm减少到1 081μm),下降了194μm,约为15.22%。光透法作为一种高效无损的室内监测手段,将其应用于裂隙介质的生物堵塞尤其是定量计算生物膜厚度的研究中,对裂隙中生物堵塞研究具有重要的参考意义。 展开更多
关键词 裂隙 生物堵塞 隙宽 光透法
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非均质孔隙介质中两相流的光透法应用研究 被引量：14
2
作者 乔文静 叶淑君 吴吉春 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2015年第2期112-119,共8页
地下水中非水相液体(Non-aqueous Phase Liquid,NAPL)的流动及其曝气修复技术是典型的两相流问题。基于实际地下水含水介质的普遍非均质性,本文应用光透法对非均质孔隙介质中两相流进行了定量试验研究,设计了两组砂箱实验,研究气体和重... 地下水中非水相液体(Non-aqueous Phase Liquid,NAPL)的流动及其曝气修复技术是典型的两相流问题。基于实际地下水含水介质的普遍非均质性,本文应用光透法对非均质孔隙介质中两相流进行了定量试验研究,设计了两组砂箱实验,研究气体和重非水相液体(DNAPL)在非均质孔隙介质中的迁移规律,应用了水/气两相和水/NAPL两相饱和度计算模型。实验结果表明:气体主要由不规则通道向上运动,遇到低渗透性透镜体时在其下方堆积,并开始横向运动,绕过透镜体后继续向上运动,最终在砂箱顶部形成连续气体分布,注气速度越大,气体运移范围越宽;DNAPL在自身重力作用下克服毛管压力向下迁移至低渗透性透镜体,DNAPL无法克服该介质的毛管压力,停止垂向入渗,并在其表面堆积,开始横向运移,绕过透镜体后继续向下运动,最终在砂箱底部形成连续DNAPL污染池。均质介质中建立的计算流体饱和度的水/气模型及水/NAPL模型与实验结果较吻合,可用于非均质多孔介质中水/气相和水/NAPL相饱和度的计算。 展开更多
关键词 非均质孔隙介质 重非水相液体 气体 饱和度 光透法 模型应用
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嵌套抽样算法用于地下水模型评价的算例研究 被引量：4
3
作者 曹彤彤 曾献奎 吴吉春 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2017年第2期69-76,共8页
模型评价(模型选择)是地下水数值模拟不确定分析的重要研究内容,模型边缘似然值是进行模型评价的重要依据。嵌套抽样算法是一种高效的高维积分计算方法,能有效计算复杂模型的边缘似然值。本次研究提出了一种基于Adaptive Metropolis的... 模型评价(模型选择)是地下水数值模拟不确定分析的重要研究内容,模型边缘似然值是进行模型评价的重要依据。嵌套抽样算法是一种高效的高维积分计算方法,能有效计算复杂模型的边缘似然值。本次研究提出了一种基于Adaptive Metropolis的嵌套抽样算法,通过对两个(线性、非线性)解析函数及一组不同结构的地下水模型边缘似然值的计算,并与大样本条件下算术平均方法的计算结果相对比,验证了该方法对于计算模型边缘似然值的有效性。 展开更多
关键词 嵌套抽样算法 模型评价 模型选择 地下水流模型 边缘似然值
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基于多点地质统计与集合平滑数据同化方法识别非高斯渗透系数场 被引量：9
4
作者 宗成元 康学远 +1 位作者 施小清 吴吉春 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期1-8,共8页
在冲积含水层中,由于岩相的非均质分布,渗透系数一般呈现出明显的非高斯特性(例如砂和黏土两种岩相),非高斯特性给地下水模型参数的推估带来了困难与挑战。目前广泛使用的集合平滑数据同化方法(ESMDA)虽然有效且计算成本较低,但仅适用... 在冲积含水层中,由于岩相的非均质分布,渗透系数一般呈现出明显的非高斯特性(例如砂和黏土两种岩相),非高斯特性给地下水模型参数的推估带来了困难与挑战。目前广泛使用的集合平滑数据同化方法(ESMDA)虽然有效且计算成本较低,但仅适用于高斯场。多点地质统计方法虽已广泛用于模拟非高斯场,但其无法融入动态观测数据推估参数。基于多点地质统计方法中的直接采样法(DS)与集合平滑数据同化方法,构建一种新的数据同化框架(ESMDA-DS),既可保持参数场的非高斯特性,又可融合多源数据精确推估非高斯场。构建三个理想算例验证ESMDA-DS对非高斯参数场的推估效果,并探讨了不同类型观测数据对推估效果、水位与浓度预测精度的影响。三个理想算例包括仅融合水位数据(Case 1),同时融合水位与浓度数据(Case 2),同时融合水位、浓度与对数渗透系数数据(Case 3)。结果表明:ESMDA-DS方法结合了ESMDA与DS的各自优势,能有效融合观测数据推估渗透系数场,并保持参数场的非高斯特性。通过对比三个算例推估结果,Case 3的参数场推估效果最好,水位与浓度预测精度最高,Case 2次之,Case 1最差,表明融合多源数据可改善推估效果,提高预测精度。 展开更多
关键词 参数推估 多点地质统计 向导点 非高斯场 集合平滑数据同化方法
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水力屏障和截渗墙在海水入侵防治中的数值模拟研究 被引量：9
5
作者 吕盼盼 宋健 +1 位作者 吴剑锋 吴吉春 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期32-40,共9页
基于SEAWAT-2000程序构建室内二维砂箱试验中咸水入侵数值模型,利用该模型分析了针对不同补给井井位、补给井流量、截渗墙位置及贯穿深度等多种情景下的咸淡水界面运移规律。二维砂箱实验模拟结果表明,当注水井位于盐水楔前锋附近,距咸... 基于SEAWAT-2000程序构建室内二维砂箱试验中咸水入侵数值模型,利用该模型分析了针对不同补给井井位、补给井流量、截渗墙位置及贯穿深度等多种情景下的咸淡水界面运移规律。二维砂箱实验模拟结果表明,当注水井位于盐水楔前锋附近,距咸水边界40 cm、砂箱顶部边界5 cm处时,注水井工程措施能达到最佳海水入侵驱退效果,回退系数达21.5%。当截渗墙布设于距咸水边界10 cm处,贯穿深度为35 cm时,截渗墙工程措施能达到最佳海水入侵驱退效果,回退系数达81.1%。在此基础上,结合实际场地条件,构建山东龙口地区滨海含水层中某典型二维剖面的海水入侵数值模型,探讨了不同截渗墙布设情景模式下海水入侵状况。模拟结果表明,当截渗墙布设于距海岸线600 m处,贯穿深度为18 m时,截渗墙工程措施达到最佳海水入侵驱退效果,回退系数达28.4%。研究结果揭示了补给井井位、补给井流量、截渗墙位置及贯穿深度等因素对咸淡水界面运移规律的影响,可为场地条件下滨海含水层海水入侵防治中的工程管理措施优化提供参考依据。 展开更多
关键词 海水入侵 数值模拟 SEAWAT 截渗墙 水力屏障 注水井
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基于高斯过程回归的地下水模型结构不确定性分析与控制 被引量：8
6
作者 钟乐乐 曾献奎 吴吉春 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2019年第1期1-10,共10页
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... 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。 展开更多
关键词 模型结构不确定性 高斯过程回归 DREAMzs 海水入侵 溶质运移
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基于改进稀疏网格替代模拟的地下水DNAPLs运移不确定性分析 被引量：4
7
作者 高鑫宇 曾献奎 吴吉春 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2020年第1期1-10,共10页
由于实际的水文地质条件具有复杂性和变异性,地下水DNAPLs运移数值模拟的不确定性不可避免。为解决不确定性分析中因多次调用DNAPLs运移模型导致的计算耗时问题,本次研究在传统稀疏网格(SG)替代模型的基础上,提出了一种将局部自适应(LA... 由于实际的水文地质条件具有复杂性和变异性,地下水DNAPLs运移数值模拟的不确定性不可避免。为解决不确定性分析中因多次调用DNAPLs运移模型导致的计算耗时问题,本次研究在传统稀疏网格(SG)替代模型的基础上,提出了一种将局部自适应(LA)和维数自适应(DA)耦合的改进替代模型DA-LA-SG。通过两个解析案例和一个PCE运移室内实验,验证了DA-LA-SG的替代效率和精度,并将其用于室内砂箱PCE运移模拟不确定性分析。研究结果表明:在替代模型构建初期,LA-SG的替代效率优于或接近于DA-SG和DA-LA-SG,随着插值节点数量的增多,DA-SG和DALA-SG的替代效率逐渐优于LA-SG,DA-LA-SG具有最高的替代效率。DA-LA-SG能够高效、高精度地建立PCE运移模型的似然函数替代模型,且被用于PCE运移模拟参数不确定性分析。结果表明:背景介质渗透率k1、拟合系数n1和透镜体渗透率k2的可识别性较强,背景介质孔隙度μ1、透镜体孔隙度μ2和拟合系数n2的识别效果较差,这些参数对饱和度观测数据不敏感。 展开更多
关键词 DNAPLs运移 稀疏网格 替代模型 不确定性分析 MCMC
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井间分溶示踪估计重非水相污染物残留量的影响因素数值分析 被引量：4
8
作者 郭琼泽 施小清 +2 位作者 王慧婷 徐红霞 吴吉春 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2019年第6期165-172,共8页
对于重非水相污染场地,传统的钻孔取样方式因经费和取样个数的限制,往往无法准确估计含水层中重非水相污染物的残留量。井间分溶示踪法费用较低,且不会对污染源区造成破坏,可适用于推估重非水相污染物残留量,但目前该方法的准确性尚未... 对于重非水相污染场地,传统的钻孔取样方式因经费和取样个数的限制,往往无法准确估计含水层中重非水相污染物的残留量。井间分溶示踪法费用较低,且不会对污染源区造成破坏,可适用于推估重非水相污染物残留量,但目前该方法的准确性尚未得到验证。本文基于数值模拟方法探讨了示踪剂注入速率、示踪剂类型以及污染源区结构等多因素对井间分溶示踪估计重非水相污染物残留量准确性的影响。数值算例结果表明:井间分溶示踪实验估计重非水相污染物残留量的误差小于15%;降低示踪剂的注入速率使得分溶性示踪剂在非水相和水相流体间作用更充分,能够提高井间分溶示踪估计重非水相污染物残留量的精度,实验中示踪剂注入速率由500m^3/d降为250m^3/d后,多种情景的平均精度由91.68%提高至93%;选取低分溶系数的示踪剂有利于提高示踪剂的回收率,从而提高推估精度,实验中示踪剂由2,2-二甲基-3-戊醇改为己醇后,平均精度由87.83%提高至96.85%;复杂的重非水相液体污染源区结构易于出现示踪剂绕流等现象,导致井间分溶示踪估计重非水相污染物残留量的误差增大,实验中含水层由均质变为非均质后,平均精度由93.03%变为91.65%。重非水相污染场地调查时,建议结合数值模拟方法选择适宜的示踪剂和示踪剂注入速率,以提高污染场地的刻画精度。 展开更多
关键词 重非水相污染物 污染源区结构 井间分溶示踪 注入速率 示踪剂类型
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基于EnKF综合水头和浓度观测数据推估地下水流模型参数 被引量：5
9
作者 兰天 康学远 +1 位作者 施小清 吴吉春 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2017年第5期6-13,共8页
地下水反应运移模型具有参数个数众多,观测数据类型多样的特点。为了探究不同类型观测数据在反应运移模拟数据同化中的数据价值,构建了三氯乙烯降解反应运移模型的理想算例,基于水头和浓度两种类型观测数据,采用集合卡尔曼滤波方法推估... 地下水反应运移模型具有参数个数众多,观测数据类型多样的特点。为了探究不同类型观测数据在反应运移模拟数据同化中的数据价值,构建了三氯乙烯降解反应运移模型的理想算例,基于水头和浓度两种类型观测数据,采用集合卡尔曼滤波方法推估渗透系数和贮水系数的非均质空间分布,讨论了影响同化结果的因素。结果表明:与仅同化水头数据的结果相比,联合同化水头和浓度观测数据推估渗透系数场和贮水系数场时具有更高的精度,在观测数据拟合和模型预测方面也有更好的表现。与目前溶质运移模型、非饱和流模型等地下水模型中的研究结果相似,数据同化结果受样本数量,观测井的数量和位置的影响,合理优化布置监测井和选择样本数量可有效改善数据同化效果并提高计算效率。 展开更多
关键词 反应运移模型 参数估计 集合卡尔曼滤波 观测数据类型
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一种改进的地下水模型结构不确定性分析方法 被引量：4
10
作者 孙晓卓 曾献奎 +1 位作者 吴吉春 孙媛媛 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期24-33,共10页
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... 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。 展开更多
关键词 模型结构不确定性 数据驱动 高斯过程回归 马尔科夫链蒙特卡洛模拟 溶质运移
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