水文地質(zhì)計(jì)算

圖書目錄

目 錄

前 言

符號及量綱索引

緒 論

第一章 矩陣運(yùn)算及線性代數(shù)方程組的常用解法簡介

第一節(jié) 與數(shù)值法有關(guān)的矩陣運(yùn)算

第二節(jié) 線性代數(shù)方程組的常用解法簡介

第二章 有限差分法及其在水文地質(zhì)計(jì)算中的應(yīng)用

第一節(jié) 概述

第二節(jié) 有限差分法在水文地質(zhì)計(jì)算中的應(yīng)用

第三節(jié) 邊界條件的處理

第四節(jié) 有限差分計(jì)算實(shí)例

第三章 有限單元法及其在水文地質(zhì)計(jì)算中的應(yīng)用

第一節(jié) 變分有限單元法在解地下水穩(wěn)定流問題中的應(yīng)用

第二節(jié) 非穩(wěn)定流問題的有限單元法

第三節(jié) 水文地質(zhì)參數(shù)反分析

第四節(jié) 計(jì)算實(shí)例

第四章 邊界單元法及其在水文地質(zhì)計(jì)算中的應(yīng)用

第一節(jié) 穩(wěn)定流問題的邊界單元法

第二節(jié) 非穩(wěn)定流問題的邊界單元法

第三節(jié) 滲流問題邊界單元法中若干問題的討論

第四節(jié) 邊界單元法程序及算例

第五章 有限分析法及其在水文地質(zhì)計(jì)算中的應(yīng)用

第一節(jié) 有限分析法的基本原理

第二節(jié) 滲流問題的有限分析法

第三節(jié) 計(jì)算機(jī)程序及算例

參考文獻(xiàn)

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對于非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算，作者在本《水文地質(zhì)參數(shù)智能優(yōu)化計(jì)算》提出了基于智能優(yōu)化理論的配線計(jì)算方法，并論述了承壓水完整井、非完整井、邊界附近完整井、越流補(bǔ)給含水層、非完整井流、潛水Boulton模型、Neuman模型等水文地質(zhì)參數(shù)智能優(yōu)化配線計(jì)算方法及例題。特點(diǎn)是采用智能優(yōu)化配線替代傳統(tǒng)的人工配線法計(jì)算水文地質(zhì)參數(shù)，彌補(bǔ)了人工配線存在配線及讀數(shù)誤差的不足，解決了各種類型井函數(shù)的自動計(jì)算問題，提出了基于定點(diǎn)喂食的改進(jìn)粒子群算法，用于曲線族類井函數(shù)的多維度目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化配線計(jì)算，加快了收斂速度，提高了計(jì)算精度，免去了所有配線法制作標(biāo)準(zhǔn)曲線及人工繪制同比例試驗(yàn)曲線的麻煩和配線計(jì)算過程，使得水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算更加高效、快速、準(zhǔn)確?！端牡刭|(zhì)參數(shù)智能優(yōu)化計(jì)算》重點(diǎn)介紹了運(yùn)用粒子群算法、蟻群算法、模擬退火算法、遺傳算法、差分進(jìn)化算法等進(jìn)行優(yōu)化配線求解水文地質(zhì)參數(shù)的方法及步驟，以及智能優(yōu)化配線與人工手動配線計(jì)算實(shí)例對比分析?！端牡刭|(zhì)參數(shù)智能優(yōu)化計(jì)算》附有作者基于MATLAB開發(fā)的部分相關(guān)程序，便于在本行業(yè)推廣使用。

目錄

前言

第一章 基本概念與定義 1

第一節(jié) 基本概念 1

第二節(jié) 水文地質(zhì)參數(shù) 2

第三節(jié) 抽水試驗(yàn) 4

一、抽水試驗(yàn)的目的、分類 4

二、抽水試驗(yàn)資料的整理及水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算 5

第二章 智能算法簡介 6

第一節(jié) 粒子群優(yōu)化算法 6

一、標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法 6

二、標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法流程 7

三、參數(shù)設(shè)置 7

第二節(jié) 蟻群算法 9

一、蟻群算法概述 9

二、基本蟻群算法 9

三、蟻群算法函數(shù)極值尋優(yōu)實(shí)現(xiàn)步驟及流程 10

四、計(jì)算參數(shù)的選擇 11

第三節(jié) 模擬退火算法 11

一、模擬退火算法概述 11

二、模擬退火算法原理 12

三、模擬退火算法的基本思想 12

四、模擬退火算法流程 13

五、計(jì)算參數(shù)的選擇 13

第四節(jié) 遺傳算法 14

一、遺傳算法概述 14

二、遺傳算法基本原理 14

三、遺傳算法計(jì)算流程 15

四、計(jì)算參數(shù)的選擇 16

第五節(jié) 差分進(jìn)化算法 16

一、差分進(jìn)化算法概述 16

二、差分進(jìn)化算法原理 17

三、差分進(jìn)化算法流程 17

四、計(jì)算參數(shù)的選擇 17

第三章 承壓完整井非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn) 19

第一節(jié) 無界承壓含水層完整井流 19

一、泰斯(Theis)非穩(wěn)定流 19

二、井函數(shù)W(u)的近似解 21

三、井函數(shù)W(u)的數(shù)值解 22

第二節(jié) Theis降深-時間配線法 24

一、Theis降深-時間配線法求解水文地質(zhì)參數(shù) 24

二、計(jì)算例題3.1 26

三、標(biāo)準(zhǔn)粒子群優(yōu)化配線求解水文地質(zhì)參數(shù) 27

四、基于標(biāo)準(zhǔn)PSO算法的降深-時間優(yōu)化配線法計(jì)算實(shí)例 29

五、PSO算法參數(shù)取值影響分析 33

第三節(jié) Theis降深-距離配線法 35

一、Theis降深-距離配線法求解水文地質(zhì)參數(shù) 35

二、計(jì)算例題3.2 36

三、帶壓縮因子粒子群(YSPSO)優(yōu)化配線求解水文地質(zhì)參數(shù) 38

四、基于YSPSO算法的降深-距離優(yōu)化配線法計(jì)算實(shí)例 38

五、YSPSO算法參數(shù)取值影響分析 42

第四節(jié) Theis降深-時間距離配線法 43

一、Theis降深-時間距離配線法求解水文地質(zhì)參數(shù) 43

二、計(jì)算例題3.344

三、線性遞減權(quán)重粒子群(LinWPSO)優(yōu)化配線求解水文地質(zhì)參數(shù) 47

四、LinWPSO算法降深-時間距離優(yōu)化配線法計(jì)算實(shí)例 48

五、LinWPSO算法參數(shù)取值影響分析 55

第五節(jié) Theis降深-距離時間配線法 57

一、Theis降深-距離時間配線法求解水文地質(zhì)參數(shù) 57

二、計(jì)算例題3.4 58

三、帶壓縮因子的粒子群(YSPSO)算法實(shí)現(xiàn)降深-距離時間優(yōu)化配線 60

第六節(jié) 雅各布(Jacob)降深-時間直線圖解法 62

一、降深-時間直線圖解法求解水文地質(zhì)參數(shù) 62

二、計(jì)算例題3.5 63

三、基于最小二乘法的自動優(yōu)化Jacob降深-時間直線圖解法 64

四、基于最小二乘法的自動優(yōu)化Jacob降深-時間直線圖解法計(jì)算實(shí)例 64

第七節(jié) 雅各布(Jacob)降深-距離直線圖解法 66

一、降深-距離直線圖解法求解水文地質(zhì)參數(shù) 66

二、計(jì)算例題3.6 67

三、基于最小二乘法曲線擬合的降深-距離直線圖解法 68

四、基于最小二乘法曲線擬合的降深-距離直線圖解法計(jì)算實(shí)例 68

第八節(jié) 雅各布(Jacob)降深-時間距離直線圖解法 69

一、降深-時間距離直線圖解法求解水文地質(zhì)參數(shù) 69

二、計(jì)算例題3.7 70

三、基于最小二乘法曲線擬合的降深-時間距離直線圖解法 70

四、基于最小二乘法曲線擬合的降深-時間距離直線圖解法計(jì)算實(shí)例 70

第九節(jié) 水位恢復(fù)法 72

一、水位恢復(fù)法求解水文地質(zhì)參數(shù) 72

二、計(jì)算例題3.8 73

三、基于最小二乘法的水位恢復(fù)直線圖解法 74

四、基于最小二乘法的水位恢復(fù)直線圖解法計(jì)算實(shí)例 75

第十節(jié) 大直徑井抽水試驗(yàn)優(yōu)化配線 76

一、Papadopulos和Cooper(1967)大直徑井非穩(wěn)定流基本理論 76

二、Papadopulos和Cooper(1967)大直徑井配線法求解水文地質(zhì)參數(shù) 78

三、計(jì)算例題3.9 79

四、改進(jìn)的SAPSO算法大口井優(yōu)化配線求解水文地質(zhì)參數(shù) 79

第十一節(jié) 各向異性介質(zhì)中的完整井流 84

一、Papadopulos模型解 84

二、Papadopulos模型配線法求解水文地質(zhì)參數(shù) 85

三、計(jì)算例題3.10 86

四、標(biāo)準(zhǔn)粒子群優(yōu)化(PSO)配線求解各向異性介質(zhì)含水層水文地質(zhì)參數(shù) 88

五、SA PSO混合算法求解各向異性介質(zhì)含水層水文地質(zhì)參數(shù) 93

六、不同優(yōu)化方法分析對比 94

第四章 定降深承壓完整井非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn) 96

第一節(jié) 無越流定降深單井非穩(wěn)定流G(λ)-λ標(biāo)準(zhǔn)曲線配線法 96

一、G(λ)-λ標(biāo)準(zhǔn)曲線配線法求解水文地質(zhì)參數(shù) 96

二、井函數(shù)G(λ)的近似解 98

三、傳統(tǒng)G(λ)-λ標(biāo)準(zhǔn)曲線配線法計(jì)算實(shí)例 98

四、自適應(yīng)慣性權(quán)重粒子群(SAPSO)定降深抽水試驗(yàn)優(yōu)化配線法 101

五、自適應(yīng)慣性權(quán)重粒子群算法優(yōu)化配線法計(jì)算實(shí)例一 102

六、自適應(yīng)慣性權(quán)重粒子群算法優(yōu)化配線法計(jì)算實(shí)例二 105

第二節(jié) 直線圖解法 109

一、直線圖解法求解水文地質(zhì)參數(shù) 109

二、基于最小二乘法曲線擬合的直線圖解法 110

三、計(jì)算實(shí)例 111

第三節(jié) 第一類越流系統(tǒng)定降深非穩(wěn)定流標(biāo)準(zhǔn)曲線配線法 112

一、G(λ.rBw)-λ標(biāo)準(zhǔn)曲線配線法基本原理 112

二、RandWPSO配線法求解水文地質(zhì)參數(shù) 114

三、隨機(jī)權(quán)重粒子群G(λ.rBw)-λ.Q-t優(yōu)化配線法計(jì)算實(shí)例 115

第五章 直線邊界附近的單井非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn) 120

第一節(jié) 直線隔水邊界附近的單井非穩(wěn)定流 120

一、標(biāo)準(zhǔn)曲線配線法求解水文地質(zhì)參數(shù) 120

二、遺傳算法優(yōu)化配線求解水文地質(zhì)參數(shù) 123

三、隔水邊界遺傳算法優(yōu)化配線法計(jì)算實(shí)例分析 124

第二節(jié) 直線補(bǔ)給邊界附近的單井非穩(wěn)定流 129

一、標(biāo)準(zhǔn)曲線配線法求解水文地質(zhì)參數(shù) 129

二、基于隨機(jī)權(quán)重粒子群(RandWPSO)優(yōu)化配線求解水文地質(zhì)參數(shù) 132

三、基于RandWPSO算法的補(bǔ)給邊界降深-距離優(yōu)化配線法計(jì)算實(shí)例 132

第六章 第一類越流系統(tǒng)非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn) 136

第一節(jié) 第一類越流系統(tǒng)非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)曲線配線法 136

一、第一類越流系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)曲線配線法求解水文地質(zhì)參數(shù) 136

二、Hantush和Jacob井函數(shù)W(u.Br)近似解 139

三、Hantush和Jacob井函數(shù)W(u.Br)數(shù)值解的推導(dǎo) 141

四、學(xué)習(xí)因子同步變化粒子群(LnCPSO)優(yōu)化配線求解水文地質(zhì)參數(shù) 143

五、學(xué)習(xí)因子同步變化粒子群算法越流系統(tǒng)降深-時間配線法計(jì)算分析 144

六、LnCPSO算法參數(shù)取值影響分析 149

第二節(jié) 定點(diǎn)喂食粒子群優(yōu)化算法(LFPSO)151

一、問題的提出 151

二、定點(diǎn)喂食的思路 151

三、計(jì)算公式及實(shí)施步驟 152

四、定點(diǎn)喂食粒子群LFeHPSO算法優(yōu)化配線法計(jì)算步驟 153

五、LFeHPSO算法優(yōu)化配線計(jì)算實(shí)例 154

第三節(jié) 根據(jù)穩(wěn)定狀態(tài)抽水試驗(yàn)資料確定水文地質(zhì)參數(shù) 156

一、傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)曲線配線法求解水文地質(zhì)參數(shù) 156

二、蟻群算法優(yōu)化(ACO)配線求解水文地質(zhì)參數(shù) 159

三、基于蟻群算法的越流系統(tǒng)穩(wěn)定流優(yōu)化配線計(jì)算實(shí)例 159

四、免疫算法(Immune)的越流系統(tǒng)穩(wěn)定流優(yōu)化配線 162

五、基于隨機(jī)權(quán)重粒子群的越流系統(tǒng)穩(wěn)定流優(yōu)化配線計(jì)算分析 164

第七章 第二類越流系統(tǒng)非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn) 166

第一節(jié) 基本情況 166

第二節(jié) 根據(jù)短時間抽水試驗(yàn)資料求解水文地質(zhì)參數(shù) 167

一、配線法求解水文地質(zhì)參數(shù) 167

二、弱透水層彈性釋水越流井函數(shù)H(u.β)的數(shù)值解 169

三、自適應(yīng)慣性權(quán)重粒子群(SAPSO)優(yōu)化配線求解水文地質(zhì)參數(shù) 171

四、自適應(yīng)慣性權(quán)重粒子群算法優(yōu)化配線計(jì)算分析 172

五、基于定點(diǎn)喂食的粒子群算法(LFPSO)例題計(jì)算分析 178

第三節(jié) 根據(jù)長時間抽水試驗(yàn)資料求解水文地質(zhì)參數(shù) 181

第八章 潛水完整井非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn) 183

第一節(jié) 考慮遲后疏干的博爾頓(Boulton)模型 183

一、傳統(tǒng)博爾頓配線法 183

二、Boulton井函數(shù)的數(shù)值計(jì)算及近似處理 186

三、傳統(tǒng)博爾頓配線法計(jì)算例題8.1 187

四、基于隨機(jī)權(quán)重粒子群(RandWPSO)的Boulton模型優(yōu)化配線法 193

五、潛水非穩(wěn)定流Boulton模型RandWPSO算法優(yōu)化配線計(jì)算實(shí)例 194

六、基于定點(diǎn)喂食的隨機(jī)權(quán)重粒子群算法優(yōu)化(LFRandWPSO)配線計(jì)算流程 206

七、LFRandWPSO算法優(yōu)化配線計(jì)算分析 207

第二節(jié) 其他Boulton模型實(shí)例優(yōu)化配線計(jì)算分析 210

一、5套潛水非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)資料LFRandWPSO算法優(yōu)化配線分析 210

二、Boulton模型粒子群優(yōu)化配線算法的改進(jìn) 221

第三節(jié) 考慮含水層各向異性及遲后疏干的紐曼(Neuman)模型 232

一、Neuman配線法 232

二、Neuman井函數(shù)的求解 233

三、先配B曲線后配A曲線配線法計(jì)算步驟及計(jì)算例題245

四、先配A曲線后配B曲線配線法計(jì)算步驟及計(jì)算例題257

第四節(jié) 不同Neuman配線法求解的差異性分析 260

一、Neuman配線法的配線類型 261

二、不同Neuman配線方法計(jì)算結(jié)果分析 261

第九章 承壓非完整井非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn) 263

第一節(jié) 承壓非完整井標(biāo)準(zhǔn)曲線配線法基本原理 263

一、承壓非完整井非穩(wěn)定流基本方程 263

二、非完整井井函數(shù)的求解 264

第二節(jié) 根據(jù)抽水試驗(yàn)資料確定水文地質(zhì)參數(shù) 269

一、承壓非完整井配線計(jì)算步驟 270

二、承壓非完整井計(jì)算例題9.1 271

第三節(jié) 隨機(jī)權(quán)重粒子群非完整井優(yōu)化配線求解文地質(zhì)參數(shù) 272

一、基于隨機(jī)權(quán)重粒子群非完整井優(yōu)化配線求解水文地質(zhì)參數(shù) 272

二、基于RandWPSO算法的非完整井優(yōu)化配線計(jì)算實(shí)例 272

第十章 其他水文地質(zhì)參數(shù)智能優(yōu)化求解 278

第一節(jié) 承壓含水層微水試驗(yàn) 278

一、承壓含水層微水試驗(yàn)配線法求解水文地質(zhì)參數(shù) 278

二、基于線性遞減權(quán)重粒子群優(yōu)化(LinWPSO)配線求解水文地質(zhì)參數(shù) 282

三、線性遞減權(quán)重粒子群算法優(yōu)化配線計(jì)算實(shí)例 282

第二節(jié) 彌散系數(shù)智能優(yōu)化配線法 285

一、標(biāo)準(zhǔn)曲線配線法 285

二、蟻群算法優(yōu)化配線求解彌散系數(shù) 289

三、基于蟻群算法的彌散系數(shù)優(yōu)化配線計(jì)算分析 289

四、基于標(biāo)準(zhǔn)粒子群(PSO)的彌散系數(shù)優(yōu)化配線計(jì)算分析 293

五、基于差分進(jìn)化的彌散系數(shù)優(yōu)化配線計(jì)算分析 296

參考文獻(xiàn) 299

附錄 302

附錄1 降深-時間配線法 3 2100433B

內(nèi)容簡介

《供水水文地質(zhì)計(jì)算》是在水文地質(zhì)基本理論指導(dǎo)下，講授供水水文地質(zhì)計(jì)算方法的課程，其目的是使學(xué)生學(xué)會在水文地質(zhì)理論指導(dǎo)下利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)一系列繁瑣、復(fù)雜的供水水文地質(zhì)計(jì)算。教材涉及的主要計(jì)算問題包括多種條件下的潛水、承壓水二維流、準(zhǔn)三維流有限元水量計(jì)算問題、多種條件下的二維流解析法水量計(jì)算問題、多種條件下的抽水試驗(yàn)水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算問題、預(yù)測方案中井內(nèi)水位問題、水源地開采對環(huán)境影響的評價問題、供水水質(zhì)的有關(guān)計(jì)算與繪圖問題、地下水污染評價有關(guān)的計(jì)算與繪圖問題等。主要計(jì)算程序均逐段附有漢字注釋，方便讀者快快速閱讀、理解、甚至修改、調(diào)試源程序；大部分計(jì)算程序配套有例題的完整原始數(shù)據(jù)文件、配套有一個用于檢驗(yàn)計(jì)算是否正確的輸出數(shù)據(jù)文件，便于讀者上機(jī)練習(xí)。對于三維流數(shù)值計(jì)算，則簡要介紹了當(dāng)前在全世界使用最普遍的MODFLOW、Visual MODFLOW、FEFLOW三種軟件，結(jié)合例題重點(diǎn)介紹了其使用、操作步驟，附有例題的全部原始數(shù)據(jù)。本書既可作為研究生教材，也可供水文地質(zhì)技術(shù)人員參考。 2100433B