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基于机器学习的河南省平原区原生劣质地下水分布预测
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作者 于福荣 李蕊 +2 位作者 李志萍 吴林 刘中培 《地学前缘》 北大核心 2026年第1期63-79,共17页
地下水作为全球超20亿人饮用水的重要来源,其水质安全与人类健康和生态系统密切相关。原生劣质地下水(geogenic contaminated groundwater,GCG)是由于地球演化形成的地下水组分超标现象,主要表现为砷、氟、碘含量超标。受地质构造、水... 地下水作为全球超20亿人饮用水的重要来源,其水质安全与人类健康和生态系统密切相关。原生劣质地下水(geogenic contaminated groundwater,GCG)是由于地球演化形成的地下水组分超标现象,主要表现为砷、氟、碘含量超标。受地质构造、水文地球化学和人类活动影响,原生劣质地下水分布呈现区域差异和局部突变,其成因机制和防控策略研究对保障水资源安全至关重要。本文以河南省为典型研究区,综合运用Gibbs图等方法解析研究区地下水水化学特征及主控因素,明确原生劣质地下水的分布原因;结合地方病分布数据,探究原生劣质地下水与病区的关联性,并引入机器学习模型实现原生劣质地下水空间分布的精准预测,最终基于上述研究划定地下水健康风险管控区。结果表明:研究区原生劣质地下水集中分布于豫东平原及黄河沿岸区域,且潜水原生劣质组分超标程度显著高于承压水;弱碱性还原环境是原生劣质地下水形成的关键水文地球化学条件,岩石风化溶解与强烈蒸发作用共同主导了特征离子的富集过程;原生劣质地下水分布与地方病区存在一定空间关联性;地下水中砷、氟、碘均表现出明显的空间聚集性,其中高高(HH)聚类区(即高砷、高氟、高碘地下水叠加区)与机器学习模型识别的高风险区域高度吻合。因此,在濮阳市、新乡市、周口市、开封市及商丘市等重点区域科学划定健康风险保护区,对保障当地居民用水安全具有重要现实意义。 展开更多
关键词 砷氟碘 地下水化学 健康风险 地方病 河南省
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西辽河平原生态输水的地下水响应及不确定性量化
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作者 束龙仓 位书静 +2 位作者 澈丽木格 温中琦 刘波 《吉林大学学报(地球科学版)》 北大核心 2026年第2期647-660,共14页
为科学评估地下水系统对西辽河平原生态输水工程的响应,本研究基于FEFLOW构建了地下水流数值模型,模拟年通水70、80和90d三种输水方案下潜水含水层的地下水动态变化。针对潜水含水层给水度、渗透系数及河流入渗补给强度的不确定性,采用... 为科学评估地下水系统对西辽河平原生态输水工程的响应,本研究基于FEFLOW构建了地下水流数值模型,模拟年通水70、80和90d三种输水方案下潜水含水层的地下水动态变化。针对潜水含水层给水度、渗透系数及河流入渗补给强度的不确定性,采用高斯过程回归(GPR)替代模型与蒙特卡罗方法相结合,量化了参数不确定性对地下水蓄变量的影响。结果表明:生态输水显著抬升了西拉木伦河—哈河交汇河段和承压区河段的地下水位,抬升量分别为0~3、3~5m,河道两侧影响范围达5500m;三种输水方案对应的地下水蓄变量区间分别为3.04×10^(8)~5.83×10^(8)、3.48×10^(8)~6.55×10^(8)和3.87×10^(8)~7.22×10^(8) m^(3),超越概率分别为46.1%、44.1%、45.0%,均低于50%,表明确定性方法高估了实际补给效果。 展开更多
关键词 生态输水 地下水位 地下水数值模拟 不确定性分析 替代模型 蒙特卡罗 西辽河平原
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岩溶双管道-池潭结构溶质迁移规律数值模拟研究
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作者 王亚山 王超琦 +1 位作者 窦智 常勇 《人民长江》 北大核心 2026年第3期137-144,共8页
岩溶含水层示踪试验中突破曲线(BTCs)常呈现拖尾和多峰等反常迁移特征,而现有研究多侧重单一因素的影响,难以解释复杂曲线形态的成因。同时考虑双管道长度比例与水池尺寸两个关键因素,利用有限元数值模拟观察峰值时间、峰高、拖尾程度... 岩溶含水层示踪试验中突破曲线(BTCs)常呈现拖尾和多峰等反常迁移特征,而现有研究多侧重单一因素的影响,难以解释复杂曲线形态的成因。同时考虑双管道长度比例与水池尺寸两个关键因素,利用有限元数值模拟观察峰值时间、峰高、拖尾程度及双峰分离等特征变化,系统分析了两种因素协同作用对突破曲线的影响规律。结果表明:在管道长度比例不变时,水池尺寸增大可使双峰曲线逐渐融合并出现第一个峰低于第二个峰的独特现象;固定水池尺寸时,水池的滞留效应削弱了双峰分离;水池尺寸减小与长度比例增加的反向变化促使突破曲线由单峰过渡为双峰,峰值浓度升高而拖尾现象减弱;两者同步增加则显著削弱峰值浓度,并强化曲线宽展与拖尾效应。研究成果不仅丰富了岩溶含水层反常迁移理论,也为复杂突破曲线的解释、污染预测及水资源管理提供了依据。 展开更多
关键词 岩溶含水层 溶质迁移 示踪突破曲线 反常迁移 双峰 拖尾现象
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高地应力高温条件裂隙介质地下水非线性渗流研究进展 被引量:1
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作者 许林 马海春 +4 位作者 王京平 张庆 黄逸航 钱家忠 王万林 《地学前缘》 北大核心 2026年第1期313-327,共15页
随着深部资源勘探、地热能源开发和核废料地质处置等工程活动的深入推进,地下水在高地应力高温环境下的渗流行为成为研究热点,进而关于如何构建适用于高地应力高温条件的多物理场耦合理论模型,以准确反映在真实地应力和温度条件下水岩... 随着深部资源勘探、地热能源开发和核废料地质处置等工程活动的深入推进,地下水在高地应力高温环境下的渗流行为成为研究热点,进而关于如何构建适用于高地应力高温条件的多物理场耦合理论模型,以准确反映在真实地应力和温度条件下水岩相互作用、裂隙形态演化与流体特性变化的动态过程成为重点关注的问题。本文系统综述了高地应力高温条件下地下水渗流的基本理论、实验研究与数值模拟进展,重点阐述了传统立方定律在裂隙渗流模拟中的适用性与局限,并介绍了非达西流与广义达西流的理论拓展,分析了地应力与温度对渗透率的耦合调控机制;总结了多项地应力与热力耦合实验成果及其渗流参数演化规律,探讨了数值模拟中地应力主导下裂隙几何形态演变与渗透通道演化过程;评价了高温环境下矿物热膨胀、热破裂与裂隙粗糙度变化对渗流路径的影响,评估了热水力耦合模型及数据驱动方法的预测潜力;评述了当前理论模型在高地应力高温多场耦合机制、裂隙尺度效应及长期演化方面仍存在不足,展望了未来的研究方向。 展开更多
关键词 高地应力 高温地下水渗流 热水力耦合 裂隙介质 渗透率演化 实验研究 数值模拟
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地震水文地质学:基于灾害视角的“水岩相互作用”
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作者 史浙明 王广才 +1 位作者 晏锐 齐之钰 《地学前缘》 北大核心 2026年第1期80-94,共15页
地震水文地质学是研究地震与地下水相互作用的一门学科,与传统水文地质研究不同,其主要关注因地震等地壳运动产生的含水介质变形而导致的地下水文过程演化。本文从地壳变形与地下水动态、地震地下水前兆异常、地震引起的同震及震后响应... 地震水文地质学是研究地震与地下水相互作用的一门学科,与传统水文地质研究不同,其主要关注因地震等地壳运动产生的含水介质变形而导致的地下水文过程演化。本文从地壳变形与地下水动态、地震地下水前兆异常、地震引起的同震及震后响应以及地震导致的水文地质参数变化等方面进行综述,重点介绍了近二十年以来的进展。线孔弹性理论的发展为定量刻画地震等地壳运动与地下水动态的关系提供了理论基础。地下流体前兆异常在近年来的地震预测实践中起到了较好的参考作用,其中地下水地球化学指标监测及大规模地球化学观测网络的建设是一大亮点。与此同时,建立地下水物理与化学动态的前兆异常耦合机理模型以及发展机器学习等新兴的前兆信号提取方法是未来需要重点突破的方向。地震引起的含水层介质渗透性的改变及其导致的水量交换和水化学的动态变化是解释同震及震后地下水响应的主要机理,基于地下水对潮汐、气压等周期性信号响应的含水层参数识别为连续获取水文地质参数提供了新途径,然而现有潮汐和气压响应的解析模型在参数计算方面往往存在多解性问题,发展新的模型和方法以降低计算结果的不确定性是未来需要考虑的方向。为了更好地理解地震与地下水系统间的相互作用,在前期研究基础上建立涵盖温泉、地下水监测井的断裂带试验场,开展水位、水温、流量、化学组分、形变及地震波的综合观测,是深化地震水文地质学科理论发展的基础。 展开更多
关键词 地震 地下水 含水层参数 地球潮汐 气压 前兆异常
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基于DTS技术的地表水与地下水交互过程试验研究
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作者 董家君 顾凯 +4 位作者 张博 张鑫 戚海博 苏晶文 施斌 《工程地质学报》 北大核心 2026年第1期353-361,共9页
地表水与地下水交互过程十分复杂,在工程地质和水文地质领域不可忽视。近年来,基于温度示踪方法研究地表水与地下水交互的技术快速发展,其中分布式光纤测温(DistributedTemperatureSensing,简称DTS)技术是精细化获取时空连续温度信息的... 地表水与地下水交互过程十分复杂,在工程地质和水文地质领域不可忽视。近年来,基于温度示踪方法研究地表水与地下水交互的技术快速发展,其中分布式光纤测温(DistributedTemperatureSensing,简称DTS)技术是精细化获取时空连续温度信息的可靠手段。为利用DTS技术研究不同深度地层中地表水与地下水交互情况,本研究以长江太白岛江心洲一口水文井中进行的两次抽水试验(水位降深分别为0.75m和7.20m)为基础,利用DTS技术获得了地下不同深度的温度变化,精细掌握了不同抽水条件下地表水与地下水的交互过程。结果表明:(1)DTS技术可以准确识别不同水力条件下的地表水与地下水交互强度,并且能够反映复杂的水力变化情况。(2)地表水与地下水交互过程中地下水温度变化同时受交互强度和地表水温度的影响:以小降深抽水为例,抽水初期交互强度增大,地表水温升速率为0.6℃·h^(-1),增温带地下水温升速率为0.8℃·h^(-1);抽水中期交互强度稳定,地表水温升速率为0.4℃·h^(-1),地下水温度升高而速率仅为0.2℃·h^(-1);抽水结束后交互强度减弱,地下水温度仍可继续升高。(3)不同深度的地表水与地下水交互强度与地层深度成反相关:地表水与地下水渗流路径的长度决定交互强度的大小,渗流路径短,交互强度高。本研究表明基于DTS技术的温度示踪方法可以有效判断地下不同深度处地表水与地下水交互情况并初步量化交互强度,从而为深入研究地表水与地下水交互过程和工程地质防灾减灾工作提供技术支撑。 展开更多
关键词 地表水与地下水交互 温度示踪 分布式光纤测温技术 抽水试验
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基于深度学习的数据同化裂隙网络分布模拟
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作者 徐朝晖 康学远 +4 位作者 于军 龚绪龙 韩正 吴吉春 施小清 《水文地质工程地质》 北大核心 2026年第1期66-79,共14页
准确表征裂隙网络的空间分布是描述裂隙介质中地下水流动和污染物运移的关键前提。由于裂隙介质中裂隙和基质参数的强非高斯性,当观测数据有限时,常用的随机反演方法(如地质统计学方法)因高斯假设先验,导致推估得到的裂隙网络高渗区域... 准确表征裂隙网络的空间分布是描述裂隙介质中地下水流动和污染物运移的关键前提。由于裂隙介质中裂隙和基质参数的强非高斯性,当观测数据有限时,常用的随机反演方法(如地质统计学方法)因高斯假设先验,导致推估得到的裂隙网络高渗区域容易过于平滑。本研究提出一种基于深度学习的反演框架来表征裂隙网络,利用卷积变分自编码器(convolutional variational autoencoder,CVAE)识别图像的优势,通过学习裂隙先验信息提取其空间模式。为了增强该反演框架在野外实际的适用性,在训练样本构建中将裂隙数量设置为特定数量区间的随机分布。将训练后的CVAE与基于集合的数据同化方法(ensemble smoother multiple data assimilation,ESMDA)集成,通过水力层析成像技术(hydraulic tomography,HT)获取的水头数据估计裂隙场。基于二维裂隙网络数值算例验证该框架的反演性能。训练后的CVAE成功再现了裂隙网络的非高斯特性。相比于标准的ESMDA方法,所构建框架CVAE-ESMDA刻画的裂隙网络精度从65.5%提升至83.3%,溶质运移预测平均误差降低31.7%。进一步探讨观测数据量对于CVAE-ESMDA性能的影响,研究发现相比1512个水头观测数据,反演框架在504个水头观测数据情况下仍能刻画出裂隙网络的大体分布与连通情况,但具体裂隙的刻画精度有所下降,从而影响了溶质运移趋势预测的准确性,整体溶质运移预测的平均误差增加17.1%。提出的CVAE-ESMDA反演框架能有效克服裂隙含水层参数非高斯特性并高效学习裂隙网络的结构特征,在不同观测数据量下均能一定程度地刻画出裂隙网络分布特征。 展开更多
关键词 裂隙网络 卷积变分自编码器 反演 数据同化方法 水力层析成像 深度学习
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福建宁化蛟湖岩溶湖地质成因
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作者 张晓东 邸兵叶 +2 位作者 湛龙 唐志敏 刘红樱 《中国地质调查》 2026年第1期52-62,共11页
蛟湖岩溶湖位于福建省宁化县湖村盆地,是一种特殊类型的喀斯特地貌,其形成与气候条件、水文条件及地质历史演化关系密切,研究其地质成因是探明闽西北地区构造抬升和岩溶区地下水系发育演化过程的重要依据。在分析研究区地质背景及岩溶... 蛟湖岩溶湖位于福建省宁化县湖村盆地,是一种特殊类型的喀斯特地貌,其形成与气候条件、水文条件及地质历史演化关系密切,研究其地质成因是探明闽西北地区构造抬升和岩溶区地下水系发育演化过程的重要依据。在分析研究区地质背景及岩溶发育特征的基础上,采用以高密度电法为主,无人船多波束测深为辅的综合物探方法进行探测。通过高密度电法探测出隐伏岩溶构造的发育位置、空间形态特征及深度信息,确定蛟湖岩溶湖导水通道的分布和延伸情况,推测出2条主要的隐伏岩溶地下水径流带。通过无人船多波束测深系统扫描获取水下地形数据,构建了岩溶湖水下三维形态模型,探测出岩溶湖2条漏斗形通道的形态和位置,实现了导水通道的准确追踪和定位。查明了研究区2条隐伏岩溶地下水径流带走向及其与蛟湖的关系,分析了蛟湖导水补给通道及补给源,印证了蛟湖岩溶区具有地下水力联系紧密、通道复杂的特点。伴随着更新世以来的间歇性构造隆升,蛟湖地下水系统向深部径流,造成侵蚀基准面不断降低,促进地下水渗流的侵蚀作用而形成岩溶塌陷。蛟湖深部导水通道与地下水系统连通,是一种由潜蚀-重力塌陷机制形成的特殊岩溶湖。对蛟湖形成影响因素和地质成因机理的研究成果可为特殊岩溶景观资源的保护与利用提供科学依据。 展开更多
关键词 岩溶湖 高密度电法 多波束测深 导水通道 地质成因机理 福建宁化
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民勤县不同埋深地下水时空变化及驱动机制研究
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作者 胡诗涵 吴贤忠 +4 位作者 尚雪英 杨锦 王磊 王海峰 于磊 《水利规划与设计》 2026年第4期46-54,共9页
为揭示干旱区地下水系统对人类活动与气候变化的多尺度响应机制,文章以民勤县为例,基于2018—2024年观测井监测数据及气象、社会经济资料,采用Sen′s斜率分析、Mann-Kendall检验、克里金插值与地理探测器模型,系统分析了浅层(<10m)... 为揭示干旱区地下水系统对人类活动与气候变化的多尺度响应机制,文章以民勤县为例,基于2018—2024年观测井监测数据及气象、社会经济资料,采用Sen′s斜率分析、Mann-Kendall检验、克里金插值与地理探测器模型,系统分析了浅层(<10m)、中层(10~20m)、深层(>20m)地下水的时空演变规律及驱动机制。结果表明:①地下水埋深整体显著上升(6年增幅1.56m),空间呈“东浅西深、外浅内深”格局,垂向分层特征明显;②年内呈“夏峰冬谷”季节波动,深层响应滞后1~2季,灌溉期日变幅显著大于非灌溉期;③浅层受蒸发与耕地主导,中层受耕地、降水与人口共同影响,深层受蒸发与人口控制,交互作用以“蒸发∩人口”和“降水∩人口”胁迫最强。研究揭示了地下水系统由气候主导向人类活动驱动的转型特征,构建了多尺度与分层分析框架,为干旱区地下水分层管控提供科学依据。 展开更多
关键词 地下水埋深 时空变化 驱动机制 地理探测器模型 民勤县
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基于多源数据的吉木萨尔县地下水位动态变化与驱动因素定量识别
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作者 邢丽亚 吴彬 +2 位作者 刘坤 韩方红 王翠 《农业工程学报》 北大核心 2026年第3期130-140,共11页
地下水位控制是水资源刚性约束硬指标之一,系统识别地下水位动态变化特征及其主控因子,是科学合理地确定地下水位控制指标的重要基础。为探究吉木萨尔县平原区地下水动态并定量识别其驱动因素,该研究基于2003—2023年地下水位监测数据... 地下水位控制是水资源刚性约束硬指标之一,系统识别地下水位动态变化特征及其主控因子,是科学合理地确定地下水位控制指标的重要基础。为探究吉木萨尔县平原区地下水动态并定量识别其驱动因素,该研究基于2003—2023年地下水位监测数据、气象、径流、土地利用及人类活动强度等多源数据,采用克里金插值法和趋势分析法识别地下水位时空变化特征,采用小波相干分析、双变量空间自相关以及人类活动强度指数法揭示地下水位变化原因,并采用地理探测器量化各影响因素贡献度。结果表明:1)吉木萨尔县平原区地下水位年内动态变化特征以开采型为主,多年地下水位变化总体呈波动下降趋势,其中2003—2008年呈波动变化,2009—2014年呈下降趋势,2015—2017年呈上升趋势,2018—2023年又转为下降趋势;2)在不同时间尺度下地下水位变化与降水量和径流量均存在共振周期和时滞效应,共振周期范围为10~14个月,地下水位变化较降水与径流变化滞后0~2个月;3)2003—2023年,随着耕地面积逐渐扩大,人类活动高强度区域呈现扩张趋势,人类活动强度与地下水位变化存在明显的局部空间自相关关系;4)地下水位动态变化主要受地表径流、人类活动、降水、土地利用等因素影响,其交互作用对地下水位动态变化的影响更大。研究成果有助于深化干旱区地下水系统动态响应机制的理解,为区域实现地下水管控指标的制定与可持续开发利用提供理论支撑与技术依据。 展开更多
关键词 地下水位动态 小波相干分析 人类活动强度 归因分析 吉木萨尔县
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考虑地层非均质性的宁夏红寺堡扬黄灌区地下水渗流过程不确定性分析
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作者 刘剑锋 丁朋朋 +2 位作者 成甜咪 唐利君 朱磊 《中国农村水利水电》 北大核心 2026年第2期114-121,共8页
宁夏红寺堡扬黄灌区浅层地下水含水层表现出显著的空间异质性特征,这种复杂的空间异质性使含水层系统的精确刻画面临较大挑战,可能影响地下水数值模拟的可靠性和准确性。以宁夏红寺堡扬黄灌区典型区域为研究对象,基于研究区地质勘探资... 宁夏红寺堡扬黄灌区浅层地下水含水层表现出显著的空间异质性特征,这种复杂的空间异质性使含水层系统的精确刻画面临较大挑战,可能影响地下水数值模拟的可靠性和准确性。以宁夏红寺堡扬黄灌区典型区域为研究对象,基于研究区地质勘探资料和室内试验数据,采用有限差分方法,随机建立40组地下水渗流三维非均质数值模型,开展地下水三维非均质随机模拟和不确定性分析,并对未来10年浅层地下水水位降深进行了模拟预测,分析了地层非均质性对地下水数值模拟的影响。研究结果表明,40组非均质性“实现”的地下水储存量变化量最大为0.993 m^(3)/d,平均值为0.253 m^(3)/d,最大误差为0.016%,满足水均衡要求;各“实现”水位降低值最大差值和最小差值分别为1.48 m和0.002 m,位于排水井附近及研究区北部边缘;高渗透系数(20.09~43.20 m/d)岩性占比大的模型(如第10次“实现”)导致水位降深范围广、速率快,最大降深达1.45 m;研究区中部豹子滩村的水位变幅和标准差较大,不确定性较为显著;在95%置信度下,全区水位变幅平均上下限仅为0.11 m;相同岩性含量占比的模型中,渗透系数的空间分布差异(如第20次与第30次“实现”)导致水位降深范围和速率的显著变化,多次构建模型可使地下水的模拟预测更为严谨。 展开更多
关键词 扬黄灌区 数值模拟 随机模拟 非均质性 渗透系数
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基于注意力机制LSTM神经网络的北方岩溶大泉水位预测研究
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作者 黄林显 徐征和 +7 位作者 支传顺 李双 刘治政 邢立亭 朱恒华 王晓玮 毕雯雯 胡晓农 《地学前缘》 北大核心 2026年第1期419-431,共13页
岩溶地下水是北方岩溶区重要供水水源,准确预测其水位动态对地下水资源科学管理和保护具有重要意义。但岩溶含水系统具有强烈的非均质性和各向异性,导致其水位动态往往体现出非平稳及非线性波动状态,造成进行地下水位预测时易产生较大... 岩溶地下水是北方岩溶区重要供水水源,准确预测其水位动态对地下水资源科学管理和保护具有重要意义。但岩溶含水系统具有强烈的非均质性和各向异性,导致其水位动态往往体现出非平稳及非线性波动状态,造成进行地下水位预测时易产生较大误差。论文提出一种耦合注意力机制(Attention)和长短时记忆(LSTM,Long Short-Term Memory)神经网络的多变量趵突泉地下水位预测模型,利用泉域2013—2024年日降水(代表补给项)及水汽压、日气温和开采量(代表排泄项)进行模型训练和预测,结果表明:①采用BEAST(Bayesian Estimator of Abrupt Change,Seasonality,and Trend)算法对1958—2024年趵突泉水位时间序列进行分解,共识别出四个突变点并以此为依据将水位动态划分为四个阶段;②互相关分析揭示降雨和趵突泉水位动态变化之间存在2~3个月的时间滞后,表明两者之间动态变化较为一致;③所提出的预测模型以多种变量(降水量、水汽压、气温及开采量)作为模型输入,不同变量间的交互作用可相互验证,能有效提升预测精度;④采用正弦函数拟合日气温数据,可消除测量误差影响,能在一定程度上提高预测精度;⑤相较于单一LSTM神经网络和门控循环单元(GRU)神经网络,LSTM_Attention神经网络由于引入注意力机制,能聚焦更重要特征的影响,从而显著提高预测精度,其水位预测RMSE和R 2值分别为0.13 m和0.94。总体来说,本文所提出的LSTM_Attention神经网络岩溶地下水位预测模型具有较强的准确性和稳定性,可为岩溶地下水位精确预测提供借鉴。 展开更多
关键词 北方岩溶 水位预测 多变量模拟 LSTM_Attention神经网络
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基于硬约束物理信息神经网络的含水层渗透系数场反演
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作者 舒伟 蒋建国 吴吉春 《地学前缘》 北大核心 2026年第1期500-510,共11页
近年来,物理信息神经网络(physics-informed neural networks,PINNs)在数值求解偏微分方程和计算流体力学等领域得到了广泛应用,并在地下水模拟中展现出初步的应用潜力。现有研究中,PINNs对地下水模型边界条件的处理通常采用软约束算法... 近年来,物理信息神经网络(physics-informed neural networks,PINNs)在数值求解偏微分方程和计算流体力学等领域得到了广泛应用,并在地下水模拟中展现出初步的应用潜力。现有研究中,PINNs对地下水模型边界条件的处理通常采用软约束算法,通过边界条件误差最小化来近似满足物理约束。然而,能够进一步提升求解精度和稳定性的硬约束算法在该领域的应用仍较为有限。为此,本文引入PINNs硬约束方法,提出了一种同时考虑定水头边界和隔水边界条件的PINNs硬约束算法,并以二维承压含水层的渗透系数场反演为例,对比分析了硬约束PINNs相较于软约束PINNs在提高渗透系数场反演精度方面的优势。结果表明,所提出的硬约束PINNs方法的反演平均相对误差相比软约束PINNs降低了75%,且相较于仅考虑定水头边界的硬约束PINNs反演平均相对误差减少了60%。此外,该方法能够有效减少训练所需样本数量和超参数数量,降低人为因素对模型训练的影响,提升了训练效率。因此,该硬约束PINNs方法在含水层渗透系数场反演中展现出良好的精度与效率,具有良好的推广应用前景。 展开更多
关键词 物理信息神经网络 硬约束PINNs 渗透系数场反演 地下水建模 承压含水层
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裂缝周围损伤区对有效基质扩散系数的影响
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作者 魏媛媛 吴辉 《北京大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第1期125-131,共7页
根据现场示踪剂试验的统计结果,裂隙介质中的有效基质扩散系数会随着观测尺度的增加而增加。为了研究其背后的机制,建立考虑裂缝周围损伤区的三维裂缝-基质模型,利用溶质运移过程的数值模拟结果,分析损伤区厚度、渗透率以及孔隙度对有... 根据现场示踪剂试验的统计结果,裂隙介质中的有效基质扩散系数会随着观测尺度的增加而增加。为了研究其背后的机制,建立考虑裂缝周围损伤区的三维裂缝-基质模型,利用溶质运移过程的数值模拟结果,分析损伤区厚度、渗透率以及孔隙度对有效基质扩散系数的影响。结果表明,当损伤区具有较大的厚度和孔隙度时,会使得更多溶质进入岩石基质,导致测得的有效基质扩散系数增大。对于天然裂缝来说,损伤区内部岩石的渗透率及孔隙度会随着与裂缝面距离的减小而增大。当裂缝尺度增大时,损伤区的厚度增加,岩石的渗透率和孔隙度也整体上增大。不同观测尺度下的模拟结果表明,有效基质扩散系数的尺度因子与观测尺度间存在正向的关系。该研究结果可以解释有效基质扩散系数尺度效应的部分机制,有助于了解复杂裂隙-基质系统中的溶质运移过程。 展开更多
关键词 基质扩散 尺度效应 损伤区 溶质运移 裂隙介质
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陇东甜水堡煤矿小流域地下水环境现状调查、多情景演化预测与污染防控技术研究
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作者 仲浩 王建红 《地下水》 2026年第1期63-67,共5页
为破解干旱半干旱区域小流域矿产开发引发的地下水生态环境难题,以陇东甜水堡煤矿所处的苦水河小流域(流域面积39.63 km^(2))为研究靶区,构建“勘察诊断-综合评估-模拟预测-治理修复”四阶段闭环技术框架,开展地下水环境系统性研究。首... 为破解干旱半干旱区域小流域矿产开发引发的地下水生态环境难题,以陇东甜水堡煤矿所处的苦水河小流域(流域面积39.63 km^(2))为研究靶区,构建“勘察诊断-综合评估-模拟预测-治理修复”四阶段闭环技术框架,开展地下水环境系统性研究。首次建立“污染源强度-污染源总量-污染源浓度”三维污染信息清单,同步研发“裂隙-孔隙-溶隙”多通道耦合模拟模型;创新提出“开采规模-开采方式-资源储量-地下水水质-植被覆盖度”五维熵权-TOPSIS综合评价方法,设置基准开采(S_(1))、产能削减30%(S_(2))、充填开采(S3)三种开发情景,通过DRASTIC模型与Visual MODFLOW软件的耦合应用,实现地下水环境定量预测。结果表明,研究区地下水质量以Ⅳ-Ⅴ类为主,硫酸根离子(SO_(4)^(2-))、氯离子(Cl^(-))等指标超标问题突出;充填开采(S_(3))是平衡资源开发与生态保护的最优技术路径,预计至2035年,该情景下地下水环境综合指数可达0.71(等级为良),地下水位回升5~10 m,区域植被覆盖度将超30%。基于研究成果,形成“源头管控-路径阻断-末端治理”全链条污染防治技术体系,应用后年节约治理成本400万元,生态修复面积达1.8 km^(2),为陇东地区乃至全国相似矿区的地下水环境治理提供了可借鉴、可复制的技术方案。 展开更多
关键词 小流域 煤矿开采 地下水环境 多情景预测 熵权-TOPSIS 污染防治
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鲁西北深层地下水回灌试验与水位恢复模拟
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作者 孟莹 仕玉治 +3 位作者 李福林 黄继文 黎明扬 赵立杰 《济南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第1期56-64,共9页
为了解决深层地下水超采问题,以鲁西北深层地下水超采区为研究区,开展实地深井回灌试验,探究地下水位对持续回灌的响应,并结合研究区水文地质概念模型构建有限元地下水流动系统数值模型,设置不同回灌方式、不同回灌量的4种回灌方案,开... 为了解决深层地下水超采问题,以鲁西北深层地下水超采区为研究区,开展实地深井回灌试验,探究地下水位对持续回灌的响应,并结合研究区水文地质概念模型构建有限元地下水流动系统数值模型,设置不同回灌方式、不同回灌量的4种回灌方案,开展地下水位恢复的情景模拟。结果表明:深井回灌试验对深层地下水位抬升有一定正向作用,回灌量与水位抬升幅度呈正相关,试验期间观测井的地下水位累计抬升2.4 m;不同回灌方案的地下水位恢复模拟效果不同,其中采用群井、大回灌量的方案对地下水流场的影响最大,地下水位恢复效果最为显著;鲁西北平原区在减少地下水开采的同时开展地下水人工回灌补给,可实现深层地下水位恢复。 展开更多
关键词 深层地下水 地下水回灌 地下水位 鲁西北
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地下水有机污染物扩散模拟与精准防控策略研究
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作者 李鹏飞 《中文科技期刊数据库(全文版)自然科学》 2026年第3期154-158,共5页
随着工业化进程不断推进,地下水有机污染问题日益凸显,对生态环境和公众健康构成严重威胁,亟需开展科学有效的模拟与防控研究。本文聚焦地下水系统中有机污染物的迁移转化规律,系统分析了污染物在地下环境中的扩散机理,并构建了基于数... 随着工业化进程不断推进,地下水有机污染问题日益凸显,对生态环境和公众健康构成严重威胁,亟需开展科学有效的模拟与防控研究。本文聚焦地下水系统中有机污染物的迁移转化规律,系统分析了污染物在地下环境中的扩散机理,并构建了基于数值模拟的预测模型,能够较为准确地刻画污染物在复杂地质条件下的时空分布特征。方法 层面,研究结合水文地质参数与污染物反应动力学,建立了适用于多情景的模拟框架,提升了模拟结果的可靠性。针对防控需求,本文进一步提出以“精准阻控—分区治理—动态监测”为核心的技术体系,并通过典型案例验证了该策略在污染阻滞、风险削减方面的显著效果。研究表明,将模拟预测与工程实践深度融合,可实现从被动治理到主动防控的转变,为区域地下水污染防治提供了一条具有可操作性的路径。未来应加强跨学科协作,推动智能化监测技术与防控手段的集成创新,以提升地下水环境管理的系统性和前瞻性。 展开更多
关键词 地下水污染 有机污染物 数值模拟 污染扩散 精准防控
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Simulating Groundwater Levels Responses to Precipitation and Withdrawal:A Lag-time Deep Learning Model
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作者 LI Shuai ZHU Lin +3 位作者 GAO Lei GONG Huili LI Xiaojuan SU Xiaosi 《Chinese Geographical Science》 2026年第2期351-364,共14页
Groundwater level(GWL)is a key indicator used to accurately assess groundwater resources and form the foundation for ef-fective groundwater management.This paper integrates a Gate Recurrent Unit(GRU)model with a Multi... Groundwater level(GWL)is a key indicator used to accurately assess groundwater resources and form the foundation for ef-fective groundwater management.This paper integrates a Gate Recurrent Unit(GRU)model with a Multi-head Self-attention mechan-ism(MSAM-GRU)to simulate GWLs in both confined and unconfined aquifers simultaneously.The model innovatively captures the lag times between GWLs in the unconfined aquifer and precipitation,as well as between GWLs in the confined aquifer and the upper aquifer.We have assessed the effectiveness of the proposed model using a case study in the Beijing Plain,China from January 2005 to December 2020.With the consideration of lag times,the results indicated that the MSAM-GRU model exhibits a maximum 67%and 73%reduction in RMSE compared to the Attention mechanism-GRU(AM-GRU)and GRU model,respectively.MSAM-GRU model exhibited a 31%reduction in RMSE and a 0.12 increase in R^(2) compared to the same model that do not account for lag time.In Region I,the shortest lag time of GWL in the unconfined aquifer was two months,while that in the confined aquifer was three months,indicating a longer delayed response in the confined aquifer.MSAM-GRU model considering lag time,was then applied to simulate the GWLs in the unconfined aquifer under different scenarios and to analyze whether GWL fluctuations affect subway operations.The simulation res-ults showed that under the scenario 1,the GWL in the unconfined aquifer would rise above the depth of subway station floor,threaten-ing the operation of subways.This study can provide reliable technical support for the accurate simulation of GWLs in multi-aquifer systems. 展开更多
关键词 groundwater level(GWL) Multi-head Self-attentionmechanism-Gate Recurrent Unit(MSAM-GRU) PRECIPITATION unconfined aquifer and confined aquifer Beijing Plain China
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基于地下水数值模拟对引观入本工程受渗滤影响研究
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作者 王鑫 《东北水利水电》 2026年第2期54-57,共4页
以“引观入本”供水工程为例,为准确判断输水隧洞受上部垃圾填埋场渗滤液的影响程度,对隧洞沿线地质条件进行分析,综合考虑隧洞周边地下水流网、水文地质与工程地质特征,确定区域地下水边界条件,建立地下水数值模型并求解。结果表明,垃... 以“引观入本”供水工程为例,为准确判断输水隧洞受上部垃圾填埋场渗滤液的影响程度,对隧洞沿线地质条件进行分析,综合考虑隧洞周边地下水流网、水文地质与工程地质特征,确定区域地下水边界条件,建立地下水数值模型并求解。结果表明,垃圾场扩建对输水隧洞运行期间地下水构成渗滤污染风险,需对隧洞原设计进行优化并采取钢衬与灌浆联合防渗措施,以满足工程百年运营的标准。本文所建立的地下水数值模型与方法可供类似工程提供参考。 展开更多
关键词 水质安全 渗滤 边界条件 地下水流态 数值模拟
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农业活动驱动下长江下游圩区地下水化学演化与适宜性评价
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作者 杨志龙 郭伟 +1 位作者 杨力伟 李雪珍 《地下水》 2026年第1期68-72,共5页
本研究以长江下游典型圩区为研究对象,采用水文地球化学分析方法,系统研究了地下水化学特征、形成机制及其适用性。通过地下水样品的水化学测试和多维分析,揭示了研究区地下水化学演化规律及其环境意义。结果表明:研究区地下水呈弱碱性... 本研究以长江下游典型圩区为研究对象,采用水文地球化学分析方法,系统研究了地下水化学特征、形成机制及其适用性。通过地下水样品的水化学测试和多维分析,揭示了研究区地下水化学演化规律及其环境意义。结果表明:研究区地下水呈弱碱性,总溶解固体(TDS)含量介于333.00~1 280.00 mg/L之间。Piper三线图显示水化学类型以HCO_(3)-Ca型和HCO_(3)-Ca·Mg型为主。Gibbs图和端元分析表明,水化学演化主要受硅酸盐岩(长石等)和碳酸盐岩(方解石等)风化溶解控制,并存在明显的阳离子交换作用(CAI指数为负值)。水质评价显示,基于WQI指数的生活用水适宜性存在空间分异:64.3%区域水质为优级(WQI<50),14.3%为良好(50≤WQI<100 ),但21.4%区域(D01 、D03 、D06点位)因NH_(3)-N超标和耗氧量升高导致水质劣化(WQI > 300 )。灌溉适宜性评价表明,所有采样点地下水均满足农业用水标准(SAR<18、Na%<60、KR<1、MR<50),但需关注长期灌溉可能引发的盐分累积风险(TDS > 1 000 mg/L点位占14.28%)。本研究为长江下游圩区地下水资源的可持续利用和管理提供了科学依据。 展开更多
关键词 圩区 地下水 水文地球化学过程 水质评价
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