吉林大学学报(地球科学版) ›› 2015, Vol. 45 ›› Issue (3): 886-891.doi: 10.13278/j.cnki.jjuese.201503203

• 地质工程与环境工程 • 上一篇    下一篇

三种地下水位动态预测模型在吉林西部的应用与对比

王宇, 卢文喜, 卞建民, 侯泽宇   

  1. 吉林大学环境与资源学院, 长春 130021
  • 收稿日期:2014-09-05 发布日期:2015-05-26
  • 通讯作者: 卢文喜(1956),男,教授,主要从事地下水数值模拟与优化管理等方面的研究,E-mail:luwenxi@jlu.edu.cn。 E-mail:luwenxi@jlu.edu.cn
  • 作者简介:王宇(1988),女,博士研究生,主要从事地下水数值模拟方面的研究,E-mail:chair19881224@126.com
  • 基金资助:

    吉林省科技厅科技发展计划项目(20130206011SF)

Comparison of Three Dynamic Models for Groundwater in Western Jilin and the Application

Wang Yu, Lu Wenxi, Bian Jianmin, Hou Zeyu   

  1. College of Environment and Resources, Jilin University, Changchun 130021, China
  • Received:2014-09-05 Published:2015-05-26

摘要:

准确而可靠地预测地下水埋深对生态环境保护和水资源规划管理具有重要意义。针对吉林西部浅层地下水位动态变化的复杂性和非线性,提出了基于小波分析与人工神经网络相结合的预测方法小波神经网络(WA-ANN)模型。将研究区2002年1月2009年12月当月降水量、蒸发量、人工开采量和前月平均地下水埋深4个参数作为输入,当月平均地下水埋深作为输出,建立浅层地下水埋深预测模型,并与BP神经网络(BP-ANN)模型和自回归移动平均(ARIMA)模型进行比较,对比分析了三者的建模过程及其模拟精度。结果显示:相比两种ANN模型,ARIMA模型建模过程更为简单,计算效率更高;但WA-ANN模型的拟合精度高于BP-ANN和ARIMA模型,预测效果更好。总体来看,WA-ANN模型在浅层地下水埋深预测中具有一定的应用推广价值。

关键词: 小波转换, BP神经网络模型, 小波神经网络模型, 自回归移动平均模型, 人工神经网络, 地下水埋深, 预测, 吉林西部

Abstract:

Accurate and reliable groundwater depth forecasting model is important to ecological environment protection and water resource planning and management. To minimize the interference of the nonlinear and complicated kinetic changes in the shallow water depth forecasting in western Jilin, a model for prediction is established based on the combination of wavelet analysis and artificial neural network,the wavelet network (WA-ANN) model: The parameters inputted in the models are monthly precipitation, evaporation, labor exploitation, and pre-monthly groundwater depth recorded from January 2002 to December 2009; and output was monthly groundwater depth in the study area. A comparison is made to BP artificial neural network (BP-ANN) model and autoregressive integrated moving average (ARIMA) model. The results show that ARIMA model processes more simple, but WA-ANN model predicted more accurate than both the BP-ANN and ARIMA models. In conclusion, the wavelet neural network model is more applicable for monthly average shallow groundwater depth forecasting.

Key words: wavelet transforms, BP-ANN model, WA-ANN model, ARIMA model, artificial neural networks, groundwater depth, forecasting, westorn Jilin

中图分类号: 

  • P641.12

[1] 安乐生,赵全升,徐颖.黄河三角洲浅层地下水位动态特征及其成因[J].环境科学与技术,2013,36(9): 51-56. An Lesheng,Zhao Quansheng,Xu Ying. Dynamic Characteristics of the Shallow Groundwater Table and Its Genesis in the Yellow River Delta[J]. Environmental Science & Technology,2013,36(9): 51-56.

[2] 刘博,肖长来,梁秀娟.SOM-RBF神经网络模型在地下水位预测中的应用[J].吉林大学学报:地球科学版,2015,45(1): 225-231. Liu Bo,Xiao Changlai,Liang Xiujuan. Application of Combining SOM and RBF Neural Network Model for Groundwater Levels Prediction[J]. Journal of Jilin University: Earth Science Edition,2015,45(1): 225-231.

[3] 高翠萍,杜新强,郭中小,等.桦南县地下水数值模拟研究[J].人民黄河,2014,36(1): 78-81. Gao Cuiping,Du Xinqiang,Guo Zhongxiao,et al. Application of Visual MODFLOW in Groundwater Numerical Simulation of Huanan County[J]. Yellow River,2014,36(1): 78-81.

[4] 杨耀,张枝梅,张国晓.随机模型在地下水资源评价中的应用研究[J].北方环境,2013,29(4): 80-84. Yang Yao,Zhang Zhimei,Zhang Guoxiao. Application Study on the Stochastic Models in Groundwater Resource Evaluation[J]. Northern Environment,2013,29(4): 80-84.

[5] 卢文喜,杨磊磊,龚磊,等.基于时间序列分析改进法的地下水位动态预报:以吉林省桦甸市为例[J].吉林大学学报:地球科学版,2012,42(1): 367-372. Lu Wenxi,Yang Leilei,Gong Lei,et al. Dynamic Forecasting of Groundwater Table Based on the Improved Time Series Analysis Method: A Case Study of Huadian City,Jilin Province,China[J]. Journal of Jilin University: Earth Science Edition,2012,42(1): 367-372.

[6] 李娜,周维博,董起广.基于ARIAM模型的灌区地下水动态预报[J].人民长江,2014,45(9): 43-47. Li Na,Zhou Weibo,Dong Qiguang. Groundwater Dynamic Prediction in Irrigation Area Based on ARIAM Model[J]. Yangtze River,2014,45(9): 43-47.

[7] 张斌,刘俊民.基于BP神经网络的地下水动态预测[J].水土保持研究,2012,19(5): 235-237. Zhang Bin,Liu Junmin. Prediction of Groundwater Dynamics Based on the BP Neural Network[J]. Research of Soil and Water Conservation,2012,19(5): 235-237.

[8] 严其芳,王卫光,王志平,等.小波网络耦合模型在地下水位动态预测中的应用[J].水电能源科学,2012,30(5): 16-20. Yan Qifang,Wang Weiguang,Wang Zhiping,et al. Application of Wavelet Network Coupling Model to Groundwater Level Forecasting[J]. Water Resources and Power,2012,30(5): 16-20.

[9] Jan A. A Wavelet Neural Network Conjunction Model for Groundwater Level Forecasting[J]. Journal of Hydrology,2011,407: 28-40.

[10] 陈社明.吉林西部浅层地下水系统对旱改水工程的响应研究[D]. 长春: 吉林大学,2013. Chen Sheming. Response of Shallow Groundwater System to Dryland Changed into Paddy Field Project in Western of Jilin Province[D]. Changchun: Jilin University,2013.

[11] 杜强,贾丽艳.SPSS统计分析从入门到精通[M].2版. 北京: 人民邮电出版社,2009. Du Qiang,Jia Liyan. SPSS Statistical Analysis from Entry to the Master[M]. 2nd ed. Beijing: People Post Press,2009.

[12] 傅荟璇,赵红.MATLAB神经网络应用设计[M]. 2版.北京:机械工业出版社,2010. Fu Huixuan,Zhao Hong. Application and Design of Neural Network in MATLAB[M]. 2nd ed. Beijing: Machinery Industry Press,2010.

[1] 王振军. 油气储层裂缝预测进展[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(2): 469-482.
[2] 张文静, 涂志鹏, 贾媛媛. 矿区重金属的释放迁移与污染预测研究进展[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(6): 2001-2027.
[3] 张万仁, 吴保祥, 韦枫, 杨维刚, 刘杰. 甘肃省宕昌—崖湾地区水系沉积物地球化学特征与锑找矿预测[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(5): 1462-1480.
[4] 孙振兴, 杨忠年, 辛泽宇, 王荣昌, 张莹莹, 凌贤长 . 橡胶纤维加筋膨胀土的剪切强度与强度预测模型[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(5): 1644-1654.
[5] 李洋洋, 张延军, 李晓燕, 王笑萌, 曹姝雯 . 基于土地利用转型的农牧交错区生境质量时空演变:以吉林西部为例[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(3): 862-878.
[6] 曹成刚, 谭 俊, 贾玉山, 方永坤, 石凯章, 黄碧云, .

沙丘覆盖区深部三维可视化找矿预测应用——以祁漫塔格那陵郭勒河西铁多金属矿为例 [J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(2): 417-437.

[7] 巴忠臣, 秦军, 华美瑞, 张宗斌, 秦赛赛, 张稳. 隐蔽性微小断裂智能识别技术在准噶尔盆地MH1井区的应用[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(2): 612-626.
[8] 张科, 窦松江, 高欢欢, 石石, 李涛, 汤戈, 杨冰.  频谱恢复和波形反演在大宁—吉县区块薄储层预测中的应用[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(6): 2142-2153.
[9] 陈浩, 左名圣, 王红平, 王朝锋, 徐程浩, 杨柳, 刘希良, 袁志文, . 高含CO2凝析气藏成藏过程中的流体相行为及油环体积预测[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(5): 1506-1518.
[10] 李建光, 孙超, 蔡来星, 屈少波, 童雪瑞, 窦中浩, 姜志海. 煤系岩石电性特征与含水饱和度定量关系实验——以山西宁武榆树坡为例[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(5): 1724-1735.
[11] 许凤鸣.

受油源断裂控制的不同层位油气运聚空间分布部位预测方法及其应用 [J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(2): 461-469.

[12] 赵忠海, 崔晓梦, 孙景贵, 陈俊, 乔锴, 梁杉杉, Manirambona Alain Jospin .

基于三维地质-地球物理建模的深部成矿预测——以黑河地区永新金矿床为例 [J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(2): 498-515.

[13] 冯若琦, 刘正伟, 孟越, 蒋丽婷, 韩作为, 刘林玉.

烃源岩有机碳测井预测模型优选及应用——以鄂尔多斯盆地安塞地区延长组长9为例 [J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(2): 688--700.

[14] 于子望, 郑天琪, 程钰翔. 基于PSO-XGB混合优化技术的浅层地下温度预测:以长春市为例[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2023, 53(6): 1907-1916.
[15] 赵玉岩, 于千晴, 汤肖丹, 宋美彤, 李兵. 吉林省农田温室气体N2O减排潜力预测[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2023, 53(6): 1917-1927.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 尤敏鑫,刘建民. 同位素地球化学在峨眉山大火成岩省研究中的应用现状与进展[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2014, 44(4): 1231 -1243 .
[2] 杨春梅, 李洪奇,陆大卫,张方礼,高 原,邵英超. 不同驱替方式下岩石电阻率与饱和度的关系[J]. J4, 2005, 35(05): 667 -671 .
[3] 祝洪臣,张炯飞,权 恒. 大兴安岭中生代两期成岩成矿作用的元素、同位素特征及其形成环境[J]. J4, 2005, 35(04): 436 -0442 .
[4] 朱建伟, 赵刚, 刘博, 郭巍, 成俊. 油页岩测井识别技术及应用[J]. J4, 2012, 42(2): 289 -295 .
[5] 陈力,梁海安,张文娟,荣帆. 模糊数学方法在城市工程地质环境区划中的应用--以抚顺市城区为例[J]. J4, 2008, 38(5): 837 -0840 .
[6] 高桂梅,苏 克,王文颖,甘树才,刘招君. 吉林省桦甸油页岩中稀土元素和微量元素的研究[J]. J4, 2006, 36(6): 974 -0979 .
[7] 吴孔运,蒋忠诚,叶 晔. 不同植物群落对灰岩试块溶蚀速率的影响[J]. J4, 2007, 37(5): 967 -0971 .
[8] 周彦章,迟宝明,刘中培. 山东夏甸金矿床充水机理构造控制模式[J]. J4, 2008, 38(2): 255 -0260 .
[9] 张渊,刘连登,孙景贵,陈国华,张洪喜,闫复传,杨开春. 胶东西北部黄埠岭金矿床两期次叠加成矿[J]. J4, 2008, 38(1): 21 -0026 .
[10] 鲁程鹏, 束龙仓, 苑利波, 张蓉蓉, 黄币娟, 王彬彬. 基于示踪试验求解岩溶含水层水文地质参数[J]. J4, 2009, 39(4): 717 -721 .