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水文地质学是研究地下水的科学,在人类从事开发利用地下水活动的漫长过程中,通过长期?#23548;?#32463;验和认识的不断积累,逐渐形成和充实、发展了有关地下水的知识,按其内涵范畴涵盖水文学、土壤学、地质学与流体力学等学科。
随着水文地质科学的发展,它的研究内容越来越广泛,主要研究内容可归纳为六个方面:
⑴地下水的形成与转化:阐述地下水起?#20174;?#24418;成的基本知识(包括地下水的赋存条件),并探讨大气水、地表水、土壤水与地下水相互转化、交替的基本规律。
?#39057;?#19979;水的类型与特征:阐述地下水的储存条件及其基本类型,包括地下水的主要理化特性。
⑶饱水带及包气带中水分和溶质的运动:主要研究地下水流的基本微分方程,包括地下水向井、渠的流动,?#36234;?#31034;地下水位和水量的时空变化规律。同时探讨包气带水与地下水溶质运移的基本方程。
⑷地下水动态与水均衡:?#33268;?#22312;不同的天然因素和人为因素影响下的地下水动态变化规律,以及不同条件下的地下水水均衡方程。
⑸地下水资源计算与评价:分别?#33268;?#23616;部开采区和区域性大面积开采区地下水资源评价的主要方法,并具体介绍有关含水层参数测定及地下水补给量和排泄量的计算方法。同时,阐述地下水水质评价的有关知识。
⑹地下水资源系统管理:阐述地下水资源管理与保护方面的基本知识,着重?#33268;?#22320;下水资源系统管理模?#22270;?#20854;应用。

8计算方法

1.应用的技术手段:⑴调查、钻探、地球物理勘探和遥感技术;?#32856;?#31181;观测和试验技术(水位、流量等的观测;抽水试验、示踪试验和弥散试验等);⑶各种地下水模拟技术(数?#30340;?#25311;用的较多);⑷同位素技术等。
随着科学技术水平的不断提高,水文地质计算方法也不断发展。水文地质计算方法大致有?#33322;?#26512;解法,物理模拟法,数值解法,系统分析方法,概率统计方法等等。
解析解法
60年代以前,解含水层地下水的水?#27867;土?#37327;问题,多偏重于解析解法。如“地下水动力学”课程中所述,无论是以稳定流为基础的裘布衣公式,还是以非稳定流为基础的泰斯公式,它们的?#39057;级加行?#22810;假设,在水文地质条件满足这些假设时,当然没?#24418;?#39064;。但要解决大范围的地下水系统计算时,由于水文地质条件的复?#26377;裕?#35299;析解法就无能为力了。
物理模拟法
物理模拟有电模拟、水力模拟、粘?#22303;?#27169;拟、薄膜模拟等等,以电模拟应用较多。早在本世纪的20年代,苏联的?#36879;?#27931;夫斯基提出了电解液模拟(arn A),它成为当时研究水工建筑物地区渗?#27573;?#39064;的重要手段。以后叉发展到电阻网模拟,在50年代和60年代,R-C网络和R-R阿络模拟也得到发展。60年代中期叉出现了与计算机结合在一起的混合机。
数值解法
60年代后期随着电子计算机的发展,人们把数?#30340;?#25311;应用到水文地质计算中来。由于电模拟制作和参数调试都比数值法麻烦,所以应用更多的是数值解法。
在水文地质计算中应用的数值方法可大致归纳为5类。①有限差分法(简称有限差法);②有限单元法(简称有限元法);@边界单元法(简称边界元法);④特征线法}⑥有限分
析法。
有限差分法从60年代初就开?#21152;?#29992;于水文地质计算。最初多用正规网格和松弛解法,1968年引入交替方向豫式差分法,以后又引入强隐式法,1973年被推广?#22870;?#26684;距情况,兰马特f Lemard)于1D79年提出了上游加权有限拦分法。
有限单元法从1968年开?#21152;?#29992;于水史地质计算,1 972年弓1八等参数有限单元法,1977年休延康(Huyakorn)和尼尔康卡(lxlilkuka)等提出了上风有限单元法。
有限差分法和有限单元法是水一_?#31995;?#36136;汁箅中最常用的数?#23548;?#31639;方法。
边界单元法是70年代中期发展起来的一种新的数值方法,浚J6法不需要对整个计算区域进行刚格剖分,而n要剖分区域边界(见罔1)。在求出边界.I‘_的物理量以舌,计算区域内部?#25105;?#28857;的未知量町通过边界L的已知量求出。因此,所需准备的输入数据比柯限差分法和有限单元法少,不易出错,边界单元剖分图
n-计算区域4厂…计算区域的边界
在水文地质汁算中,常常会遇到无限边界的情况,液情况下若带有限差分或有限单元法计算·都需要人为地划出一条不受开采(或补给)影响的边界,但划出的这条边界常与?#23548;是?#20917;有所差异,而且在地F水资源评价时要计算流量,有限单元怯?#23721;灾?#25509;算出流?#21208;?#30028;一匕的c?/抽值,所算出的流量只是一个近似值,和?#23548;手?#26377;一定的出入。边界单元法处理这些问题则比较容易,冈而求得的流量也比较准确。
边界单元法对于求懈均?#26159;?#22495;的稳定流问题(拉普拉斯方程,泊松方程)比较快速,?#34892;А?#20294;当非均?#26159;?#24456;多时,尤其是非均?#26159;?#22495;的非稳定流问题,计算会变得相当复杂,优越性
就不明显丁。
特征线法用来解双曲型偏微分疗程比较?#34892;А?#23558;特征线法和有限单元法相结合的特征有限元法以及和有限差分法相结合的特征有限差法是求解水质模型的一种?#34892;?#26041;法,尤其是用?#36766;?#35299;对流?#21152;?#21183;的污染物运移问题极为方便。
所有卜述的数?#23548;?#31639;方法,部首先是把渗流匮(解区域)进行离散化,然后认为每一单元内含水层是均质的,具有同一参数。同时.把原米的偏微分方程化为结点方程(组),这一方程组?#35805;?#36275;线性的。求解这个线性方崔组.即可得到每一结点的水?#26041;?#20284;值,进而可算出流世或其他项F1。
有限分析法是80年代发展起来的‘种新的数?#23548;?#31639;方法。它也是一种区域离散方法,它是通过某种解析途径进行离散化,得?#25581;?#19968;组方程,然后求得每一结点的水?#26041;?#20284;值和进一
步算出流量。
其它方法
系统分析方法,是结合数学模?#22270;?#35745;算机技术米进行分析的一种方法,在地下水资源管理中得到迅速发展。许多国?#36965;?#21486;i在用此方法实行大规模和大范围的河水调用,?#28304;?#21040;地下水和河水资源瓦相调剂,统一运行。系统方法叮以根据所在地区的气象、地质、地貌等自然地理条件与系统的关系以及经济、政治等社会环?#31243;?#20214;,根据需要与可能,为该系统确定—个最优解。
随机模型也在地下水资源管理中广泛应用。如时间序列分析,也开?#21152;?#29992;于地下水计算中。随着计算机科学的发展,将使更多更新的方法应用于?#23548;?#29983;产中去。
脚注信息
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