基于多源数据同化的含水层异质性刻画

发布时间：2024-03-25 05:55

　　空间异质性是含水层的固有特性。含水层的异质性显著影响着地下水流及相关的物质运移与能量传输过程。河床作为含水层的一部分,其异质性控制着河水与地下水之间交互水流的形态,进而对河床内的生物地球化学循环产生深远影响。准确量化含水层的空间异质性对区域水资源的管理与调控及水文生态系统的保护至关重要。含水层水力参数的空间变异性可以借助小尺度的岩芯采样分析,抽/微水试验等传统方法确定。但是,这些方法费时费力,成本较高。最近的研究热点倾向于借助数据同化算法根据相对容易获取的间接状态变量(如水头,温度及示踪溶质浓度)对水力参数进行反演。大量研究表明,和基于传统方法获取的水力参数相比,由数据同化算法反演得到的水力参数能更准确地预测水流运动及溶质迁移。为了准确量化含水层水力参数的空间异质性,进一步提升对水流及相关过程的模拟精度,我们在本论文中开展了以下四方面研究:(1)我们借助一种应用较为广泛的数据同化算法——迭代集合平滑器(iterative ensemble smoother,IES)来同化河床的水头和温度数据,以量化河床异质性及其影响下的二维(2-D)交互水流场。我们一共设置了四种数据同化情境,分别对应...

【文章页数】：148 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１－２含水层年际与日际温度包囊面示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?Ｃｏｎｃｅｐｔ?ｏｆ?ａｎｎｕａｌ?ｏｒ?ｄａｉｌｙ?ｓｅｄｉｍｅｎｔ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｄｅｐｔｈ?ｅｎｖｅｌｏｐｅｓ?ｗｉｔｈ??

最早给出了该条件下热运移方程的解析解，其能够描述交互水流对含水层垂向温??度剖面的影响。Ｌａｐｈａｍ［８６］首次将该方法引入到近地表系统，并根据季节性温度??包囊面反演出地表水与地下水交互量。温度包囊面（如图１－２）是由连续监测得??到的一系列随深度和时间变化的含水层温度剖面［８....

图１－３?（Ａ）河床不同深度处的测温装置，（Ｂ）不同深度处温度时间序列的振??幅衰减（Ｍ）及相位滯后（Ａ０）示意图??

当河床上边界温度呈现一定规律的变化（如正弦波动）时，Ｓｔａｌｌｍａｎ?［９２］最??早给出了该条件下一维热量运移方程的解析解。该瞬态解析解方法能够根据河床??不同深度处温度时间序列的振幅比（Ｍ）和相位滞后信息（Ａ０）（如图１－３）来??反演垂向交互水流速度。Ｈａｔｃｈ等［９３］和....

图２－１?（ａ）沙箱实验系统的框架图，圆圈代表测量位点；（ｂ）沙箱和传感器的照片??

Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?（ａ）?Ｓｋｅｔｃｈ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓａｎｄｂｏｘ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｓｙｓｔｅｍ，?ｒｏｕｎｄ?ｃｉｒｃｌｅｓ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｓａｎｄｂｏｘ??ｒｅｐｒｅｓｅｎｔ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｌｏｃａｔｉｏｎｓ；?（ｂ）?ｐｉｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?....

图２－４数值案例中的真实流场和反演所得流场，这里取向上和向右的方向为正??Ｆｉｇｕｒｅ?２－４?Ｔｈｅ?ｒｅ?

情境知＾和＾＾给出相似的预测结果（相似的和值），情境的预??测结果最差。??反演所得Ｉｎ尺场及对应的流场分别展示在图２－３和图２－４中。从图２－３中可??以看出，由情境％７＾反演得到的Ｉｎｆ场和真实场的相似度最高，且参数场对应的??方差值也最小，而情境明显低估了参数值，且给出最大....

本文编号：3938638