水位预测算法
㈠ 预测方案中井内水位的计算
解析法计算出的井水位降深值是井壁水位降深，井内水位降深值还应把按式（6-1-1）或（6-1-2）计算出的井损值加上。
有限元法计算出的节点水位（是该节点小均衡域的平均水位）减去用Prickett公式计算出的校正降深（即内阻）后得出的也是井壁水位，再用井壁水位减去按式（6-1-1）或（6-1-2）计算出的井损值才得出井内水位值。
㈡ 地下水水位预测统计模型
地下水水位是影响土壤盐分动态最为活跃、最为直接的因素，因而进行土壤盐分动态的预测必然涉及地下水水位的预测，同时地下水水位又是土壤水盐运移数学模型的下边界条件，因此进行土壤盐分动态的预测，首先要对地下水位作出相应的预测。根据实际观测资料，地下水位动态规律在年内主要随季节的变化而变化。一般来说，春夏季地下水位较高，埋深较小，秋冬季地下水位较低，埋深较大。但是夏季，当水面蒸发量大于降水量时，地下水水位常常较低，埋深较大（图2.6.1）。
图2.6.1是寅阳监测断面地下水位埋深与降水量、水面蒸发量关系图，从图可见三个测点的地下水位埋深通常在1m上下波动，波动幅度的大小与降水量和水面蒸发量的大小密切相关。蒸发量与降水量相比，当蒸发量大于降水量时，地下水位明显地下降，埋深增大，特别是持续出现蒸发量大于降水量的情况下，地下水位将大幅度下降；当降水量大于蒸发量时，地下水位上升，埋深减小。就整个监测断面来看，三个测点的地下水位随时间的升降变化趋势具有非常的一致性，且各测点间地下水位的动态变幅相差不大。其他两个监测断面地下水位的动态变化规律与寅阳断面地下水位的动态变化规律相似。由于河口地区地处滨海，地下水位埋藏较浅，通常在1m左右，毛细作用强烈，因此，随着季节的变化，气象因素成为影响地下水位动态的主要因素，也就是说地下水位的升降变化主要受降水和蒸发控制，降水是地下水接收补给的主要来源，蒸发是地下水向外排泄的主要去路，地下水以垂直运动为主。根据（1997～1999年）观测和收集到的地下水位埋深与气象等数据，结合影响地下水位动态的主要因素进行多元回归，结果表明地下水位埋深与降水量和水面蒸发量相关显着，地下水水位埋深随降水量的增加而减小，随水面蒸发量的增加而增大，这种制约关系与实际情况是完全吻合的。各监测断面地下水位预测统计模型见第二章表2.2.1至表2.2.3。
图2.6.1 寅阳监测断面地下水水位埋深与降水量、水面蒸发量关系
㈢ 基坑降水水位计算理论
影响基坑降水水位的因素主要有以下几方面：
（1）基坑所处位置的地层条件，这由一系列的水文地质参数来体现如渗透系数、给水度、越流补给系数等。
（2）降水井群的数目、布置、设计等，这是基坑地段水位变化的直接和主要原因，也是基坑降水工程中的可控因素。
（3）基坑降水与附近的地表水体联系，以及其他侧向补、径、排条件，可概化为基坑的水文边界条件，边界的性质和特征不仅影响抽水过程中水位下降的速度、幅度、漏斗的形态，而且决定着基坑降水达到稳定所需的时间或能否达到稳定，特殊的是基坑降水还会遇到需要处理隔渗帷幕这样的边界条件。
（4）自然、气候和其他的人为影响因素，地下水位自身会随季节周期性变化，或者基坑附近还存在其它的降水工程等。
典型的降水水位预测主要有解析模型、统计模型和数值模型，具体如下：
（1）解析模型
解析模型是利用地下水运动的原理，结合实际问题的边界条件和初值条件进行适当的简化后，求解解析表达式，得到问题的精确解。
现有的基坑降水设计实际做法基本也是采用解析模型。具体的做法：首先，对基坑地段进行降水工程勘察，取得必要的水文参数；然后，依据基坑稳定、施工的要求结合地层特点确定降水范围、水位降深要求等；最后，采用“大井法”等方法计算所需总涌水量，进行适当的井型选择、设计、布井、试算，至抽水井群中受干扰最小的井满足降深要求，最终确定降水方案。所谓的“大井法”是供水生产实践中产生的。由于实际井分布面积、布局形状是多变的，形成了井位分布的复杂平面形状，当这些分布面积不规则的井抽水后，在外围逐渐形成一个统一的降落漏斗，将形状不规则的布井概化成一个理想的“大井”，再将不规则井系统所占的面积视为一个理想“大井”的面积，于是整个井系统的出水量就相当于理想“大井”的出水量（周健，1995）。在基坑降水工程中，对于窄长基坑一般不采用“大井法”估算基坑涌水量。
（2）统计模型
统计模型一般是建立在大量的统计资料的基础上的，可以是多项式或某种函数形式，主要参数大多为回归求得的系数，预测模型较为简单，方便使用，但预测精度较低。
（3）数值模型
数值模型是近些年来发展较快的一种基坑降水水位预测方法，常用的有有限元法、边界元法等，往往和解析模型的计算结果相互验证、对比使用。
㈣ 水位监测预警系统能解决哪些问题
水位监测报警系统基于智能视频分析，自动对视频图像信息进行分析识别，无需人工干预；对水面监控区域中的水位进行检测，以最快、最佳的方式进行预警，有效的协助管理人员处理，并最大限度地降低误报和漏报现象；同时还可查看现场录像，方便事后管理查询。智能视频分析系统内置智能算法，能排除气候与环境因素的干扰，有效弥补人工监控的不足，减少视频监控系统整体的误报率和漏报率。
2.实时识别报警
基于智能视频分析和深度学习神经网络技术对监控区域内的湖泊水面水位实时识别预警，报警信息可显示在监控客户端界面，也可将报警信息推送到移动端。
3.全天候运行 稳定可靠
智能视频监控系统可对监控画面进行7×24不间断的分析，大大提高了视频资源的利用率，减少人工监控的工作强度。
4.告警存储功能
对监控区域内湖泊水面的水位实时识别预警，并将报警信息存储到服务器数据库中，包括时间、地点、快照、视频等。水位监测报警系统: 水位监测报警器使用5V低压直流电源（也可以用3节5号电池代替）就可以对5~15厘米的水位进行监测，用LED显示和数码管显示水位，并可以对不再此范围内的水位发出报警。主要采用CD4066、74LS86、74LS32、CD4511芯片，再加上数码管、蜂鸣器、发光二极管、电阻这些器件组成一个简单而灵敏的监测报警电路，操作简单，接通电源即可工作。因为大部分电路采用数字电路，所以本水位监测报警器还具有耗能低、准确性高的特点。
㈤ 求算法算出水位
1000斤=500千克=500立方米
水位高度h=500立方米/（长170m*宽150m）
㈥ 吴淞口水位的计算方法
我国的水文计算中的水位是以上海吴淞口标尺为0为标准的；但是陆地上的标高是以黄海高程标尺点为0为标准的.
㈦ 请教如何计算某河道20年、50年一遇的洪水位
百年一遇洪水，实际上是指发生概率为1%的洪水，那么百年一遇洪水是怎么计算的呢？这篇，我们将为大家介绍。
百年一遇既然是概率，那第一步我们需要收集足够多的实测数据。表现在洪水上呢，就是足够多年份的洪水数据调查。这些数据资料大多数来自于水文站每日的实测数据，但是最后我们所选取的一般是一年中洪水量最大的值作为一年的代表。在没有记录的年代，我们一般是依靠当事人的回忆或者洪痕记号来估算洪水量。下图左侧就是连续实测洪水记录，右侧是不连续记录。
当我们有了实测的洪水数据之后，我们需要对这些数据由大到小排序。即下表中1、2列数据变为3、4列数据。
接着就要计算经验频率。总的数据年份是n年，当年的数据序列为m则当年的洪水频率p=m/(n+1)。比如上图1956-1975年共20年数据，而1961年洪水数据最大排序为第一即m=1，经公式计算得到p=4.76%。按照这种算法我们可以得到所有数据的出现概率。
㈧ 地下水水位预报
地下水位预报是将规划的地下水开采量和预测的地下水源汇项水量加入经过识别和检验的数值模型，通过数值模型的运算得到未来某一时刻的地下水位空间变化特征，即利用数值模型预测出预报年份的地下水位变化。由于模型精度有限，水位预测结果仅作为未来地下水位变化的一种趋势。
一、预报方案的确定
根据预测的2010年和2020年需水量开采地下水进行水位预报。根据现状开采量和预测的2010年和2020年的需水量，计算得到从2004年到2010年的全区用水量年增长率为6.07%，从2010年到2020年增长率为2.64%，地下水的开采量按相应的比例增加。各地下水系统预测开采量见表7—6。
表7—6 预测地下水开采量一览表
二、地下水位预报的条件及源汇项的确定
（一）地下水位预报的初始条件和预报时段
以2004年10月（枯水末期）的潜水、承压水等水位线图作为地下水位预报的初始流场。根据国民经济发展的远景规划，地下水位预报期限近期为5 a，即2005～2010年；远期为15 a，即2010～2020年的水位。
（二）地下水位预报的边界条件
对于潜水含水层边界和承压含水层边界，选取具有长期水位动态观测资料的结点井，按地下水位与年降水量的相关方程或地下水位随时间（年际）变化的回归方程进行预报时段内各年份水位值预测，其相关系数均在0.75以上。水位预测边界结点井之间的节点预测年份水位值，则按插值方法确定。
（三）预报时段内各种源汇项水量的预测与处理
潜水和承压水水位预报时段内的源汇项量，按多年平均值在各月内的分配进入模型，开采量按前述的预报方案分别给定分区、分层的数量值。
三、地下水位预报结果分析
在保证现状开采量的情况下，将每个井群的开采量每年按6.07%（2010年前）和2.64%（2010年以后）的比率幅度增加，到2010年地下水开采量达到79.3429×108m3,2020年达到100.2953× 108m3，基本达到可开采量的水平。水位预测结果见图7—30至图7—33。
随着开采量的增加，全区潜水位普遍缓慢下降，2010年以前潜水水位下降幅度一般小于3 m，没有出现潜水含水层被疏干现象；到2020年潜水和承压水流场的整体形态和地下水流均不同程度地发生了变化，在个别地区出现了较大的水位降深，地下水位下降幅度一般在3～6 m，局部可达到6～10 m，其中榆树市东部、铁力、海伦等黄土台地区因含水层厚度小，出现局部疏干现象。
第四系承压水水位整体变化较大，水位下降幅度各地不一，低平原区承压水位下降幅度不大，多数小于3 m，长岭一带、扶余松拉河间地块、哈尔滨、绥化、铁力等承压水盆地的承压水位下降幅度较大，一般在3～6 m，局部大于6 rn，主要城镇开采量较大的地段出现地下水位下降漏斗。
按照预测的需水量开采地下水，应注意在开采强度大的地区潜水开采井的合理布局，防止潜水位下降幅度过大，将潜水位埋深控制在某一个合理的范畴。这样既可以减少潜水的蒸发量，又可以减轻土壤盐渍化，并且能够保障生态需水。潜水位下降过大，会导致地表植被生长受到影响，或导致地表土壤沙化加重。第四系承压水位出现呈整体下降的趋势，说明承压含水层的水量均衡处于负均衡状态，因此应对该地区承压水进行合理规划，加强管理。
综上所述，到2020年地下水开采量基本达到地下水可开采资源，比较符合区内地下水开发利用实际情况，并没有导致地下水水位的大规模持续下降，因此可以作为本区地下水的开采方案。
图7—30 2010年潜水水位预测图
图7—31 2020年潜水水位预测图
图7—32 2010年第四系承压水水位预测图
图7—33 2020年第四系承压水水位预测图
㈨ 开采后的地下水水位如何预测
开采前需要做不少工作，严谨地来应当做水文地质调查，搜集开采区第水文地质条件信息，尤其是气象、含水层、地下水补给条件、水位、水头，地下水变幅等等。
㈩ 地下水水量演化预测
为了分析研究区地下水水量的演化趋势，并使该区域地下水资源能够进一步统一合理的调度管理，本次研究建立了该区的地下水水量模型，在对模型进行识别和验证之后，对不同开采方案下地下水位的变化进行了预测预报。
10.2.2.1 水文地质概念模型
(1)计算区范围
研究区在丰润区中北部，北部边界为到七树庄镇，南部边界为到三女河乡，西部边界为到燕子河乡，东部边界为到丰润镇，地理坐标为东经117°52'～118°14'，北纬39°43'～39°51'，面积为429.1km2。研究区位于一个比较完整的地下水系统内，包括石各庄镇、燕子河乡及三女河乡、新庄子乡的北边部分地区、丰润镇西边部分地区、七树庄镇及白官屯镇大部分地区。在垂向上，由于裂隙、岩溶发育不普遍，断裂在分布上也有其局限性，基岩的地下水丰富程度远不及第四系地下水，而且在深度110m左右有一稳定的相对隔水层(厚度3～4m的亚黏土层)，所以本次垂向计算范围上起潜水面，下至-110m深度的第四系孔隙潜水。
(2)含水层
本次研究的含水层包括第四系松散沉积物孔隙含水层，包括第四系上更新统、中更新统、下更新统的砂层和卵砾石层，主要分布在东部，由北向南厚度和埋深变大。研究区主要含水介质为卵砾石层，单层厚度可达60m，且分布稳定，构成系统地下水最主要的储存和运移场所。在各含水层组之间缺乏稳定连续的隔水层，加上打井混合开采各含水层间水力联系密切，具有统一的地下水流场。系统东北部，含水层颗粒粗单位涌水量可达100m3/(h·m)，渗透系数为260～300m/d。向西南颗粒渐细，释水与导水能力渐弱，近西南边界地段，单位涌水量为15～20m3/(h·m)，渗透系数为10～25m/d。因此，将含水层概化为单层非均质各向同性含水层。
(3)边界条件
1)侧向边界。北部为蓟县系白云岩，地下水位观测资料表明，山麓地带岩溶裂隙潜水与第四系孔隙水之间水力联系甚微，故视其与第四系的分界线为隔水边界;东西两侧西北部沙流河镇及东北部还乡河出山口垂直于地下水流线方向的断面，为补给边界。西南部为透出边界。其余边界顺流线方向的为隔水边界。
2)垂向边界。顶部，系统通过包气带接受大气降水、农业灌溉回渗、河流入渗等补给，作为透水边界。底部，在深浅含水组之间有一稳定的相对隔水层(厚度3～4m的亚黏土层)，深度在110m左右，视为隔水边界。
(4)源汇项的确定
地下水系统的补给包括大气降水入渗、井灌回渗、地表水灌溉渗漏、渠系渗漏、河流渗漏及地下水侧向径流补给。地下水系统的排泄包括地下水开采、潜水蒸发及侧向径流排泄。地下水总体流向由东北向西南。由于水力坡度较小，含水层厚度变化不大，将其视为平面二维非稳定流地下潜水系统。系统内的开采井概化为点井，在剖分时放在节点上进行处理。参照前面地下水资源计算的成果确定2010年10月～2011年9月地下水系统源汇项(表10.23)。
表10.23 源汇项统计表
(5)参数分区及参数初值
1)参数分区。根据含水层成因时代、岩性特征、岩石的水理性质进行分区，划分为17个参数分区(图10.18)。
图10.18 含水层参数分区图
2)参数初值。根据前人研究成果及本次有关研究成果，通过综合分析确定，区内井灌回渗系数为0.16、渠系利用系数为0.71、渠系渗漏系数为0.50和白官屯灌区的田间灌溉入渗系数为0.16，其他参数初值见表10.24。
表10.24 研究区各分区参数初值表
10.2.2.2 地下水流数学模型
(1)数学模型的建立
根据前面所述的水文地质概念模型，研究区地下水流数学模拟的数值模型可概化为非均质各向同性的潜水的非稳定流模型，其地下水的数学模型如下:
变环境条件下的水资源保护与可持续利用研究
变环境条件下的水资源保护与可持续利用研究
变环境条件下的水资源保护与可持续利用研究
变环境条件下的水资源保护与可持续利用研究
式中:K为潜水含水层渗透系数，m/d;h、h0、h1、H0、H 为地下水位、初始水位、一类边界点的水位、潜水初始水位、潜水水位(高程);B为含水层底板标高，m;ε为含水层的源汇项;μ为含水层给水度;q为二类边界单宽流量，m3/h·m;x、y为坐标;t为时间;Ω为研究区范围;n-为边界上的内法线;qn为单位流量在垂直Г上的分量;Г1、Г2为一类及二类流量边界。
(2)数学模型的求解方法选择
地下水模拟系统(Groundwater Modeling System 简称 GMS)，是美国 Brigham Young University的环境模型研究试验室和美国军队排水工程试验工作站在综合Modflow、FEMWATER、MT3DMS等已有地下水模型的基础上开发出的三维地下水流数值模拟的图形界面软件[57～60]。GMS软件具有良好的使用界面，强大的前处理、后处理功能及优良的三维可视效果。GMS软件是一个集各类软件于一体的，不仅具有地下水流模拟、地下水溶质运移模拟的功能，其在实现水文地质结构可视化方面功能亦同样突出。
本次计算采用三维地下水流数值模拟系统软件GMS6.0进行求解。在研究区域Ω上采用矩形剖分和线性插值，应用迦辽金有限差分法将上述数学模型离散为有限单元方程组，编制程序然后求解。同时应用软件对计算区进行单元自动剖分和数据的自动采集，包括各结点的含水层顶板、底板高程，水位等数据，在确保计算精度的基础上，有效地提高了工作效率。
(3)空间离散
研究区面积为429.1km2，采用GMS6.0进行自动矩形剖分，剖分单元12846个，每个单元格为180m×185.556m，面积为0.0334km2(图10.19)。
图10.19 研究区网格剖分图
(4)时间离散
在综合分析原始资料的基础上，选定2010年10月～2011年9月为模型识别期，以月为应力期共划分11个应力期，每期分6个时间步长。依据统测资料确定2010年10月31号研究区地下含水层的初始流场(图10.20)。
图10.20 研究区地下含水层的初始流场图
10.2.2.3 模型的识别和验证
(1)模型的识别
通过模型校正可以深化对研究区水文地质条件的认识，确定出能够反映地下水系统实际情况的水文地质参数，从而为正确地对未来条件下地下水系统的渗流状态进行预测奠定基础。在综合分析原始资料的基础上，选择2010年10月～2011年5月为模型识别期，该时段为枯水期，源汇项相对较少，但是流场特征也可以较好的反映出含水层系统的特征，以2010年10月31号研究区的地下流场为模型的初始流场进行拟合(图10.21)。
图10.21 研究区含水层识别期流场拟合图
在研究区地下水水位与实测水位拟合校正过程中，以实际观测孔的监测资料作为模型识别的依据。对模型拟合误差进行统计，表明水位拟合相对误差小于10%的节点占已知水位节点数的85%以上，从研究区含水层流场拟合图上看出，计算水位与实测水位等值线的整体拟合程度良好，模拟结果基本符合实际观测情况，模型具有较高的可信度。
(2)模型的验证
为了检验模型的“仿真”程度，利用2002年1月到2011年9月的长时间序列地下水位统测资料对模型进行检验，通过不断的调整修改后，得到验证后的各分区参数值(表10.25)及研究区含水层验证期流场拟合图(图10.22)。
表10.25 渗透系数和给水度分区初值表
图10.22 研究区含水层验证期流场拟合图
模型拟合误差进行统计分析，表明水位拟合相对误差小于10%的节点占已知水位节点数的74%以上。说明研究区含水层结构、边界条件的概化、水文地质参数的选取是合理的，所建立的数学模型能比较真实地反映出研究区地下水系统特征，可以利用该模型对地下水位的变化进行预测预报。
10.2.2.4 地下水开采预测
利用已建立的地下水系统模拟模型，通过以下三个预报方案对地下水位的动态变化进行预测预报。
第一方案:未来地下水开采按照2011年开采现状条件，预测2020年的地下水位。
第二方案:参考丰润区社会发展情况，按照农业开采量减少10%，工业及生活开采量增加20%，预测2020年的地下水位。
第三方案:按照农业开采量减少10%，工业及生活开采量增加20%的基础上，在丰润区石各庄镇建立开采量5万m3/d的唐山市后备水源地，预测2020年的地下水位。
各预报方案的补排量计算统计结果见表10.26。
表10.26 各预报方案补排量对比表
(1)第一方案
2011年地下水开采量为3.4787亿m3，假设未来都以2011年的开采量开采，得到2020年地下水位的预测图(图10.23)。
图10.23 第一方案2020年地下水位预测图
从图10.23可知，到2020年研究区潜水地下水位呈整体下降趋势，约3m，地下水水量均衡处于负均衡状态，对该地区的地下水资源应加强规划管理。
(2)第二方案
按照农业开采量减少10%，工业及生活开采量增加20%，假设未来都以3.6279亿m3/a地下水开采量开采，得出2020年的地下水位预测图(图10.24)。
图10.24 第二方案2020年地下水位预测图
从图10.24可知，到2020年研究区潜水地下水位呈整体下降趋势，约3m左右，地下水水量均衡处于负均衡状态，由于地下水位下降在丰润镇南部开始出现水位下降漏斗的趋势。如果以第二方案开采，将会对漏斗周边地区的地下水环境产生影响，所以应合理规划地下水资源，经济生态环境和谐发展。
(3)第三方案
按照农业开采量减少10%，工业及生活开采量增加20%的基础上，在丰润区石各庄镇建立开采量5万m3/d的唐山市后备水源地，假设未来都以3.8104亿m3/a地下水开采量开采，得到2020年的地下水位预测图(图10.25)。
图10.25 第三方案2020年地下水位预测图
从图10.25可知，到2020年研究区潜水地下水位呈整体下降趋势，约5m左右，地下水水量均衡处于负均衡状态，由于地下水位下降在丰润镇南部开始呈现水位下降漏斗。如果以第三方案开采，将会对漏斗周边地区的地下水环境产生影响，损坏地下水系统循环利用，应结合利用周边的地表弃水进行人工回灌补充地下水资源。