基于智能算法的水文地质参数优化计算

论文摘要

在非稳定流抽水试验中,人工配线法与直线图解法求解水文地质参数是工程实际中应用十分广泛的两种方法,有严格的数学推导和证明过程,有着快捷、方便的特点。但是,两者都过分依赖于配线人员的经验。在曲线拟合时,位置有些许的变化就会导致结果变化,不够精确。针对此问题,本文提出了利用智能算法全局寻优配线以及MATLAB拟合函数拟合观测点,从而实现了精确地参数求解。由于在配线计算中涉及到不同种类井函数的计算,因此,本文使用的MATLAB软件作为运行环境,其强大的数值计算和符号运算功能,解决了井函数数值求解的问题。另一方面,本文基于曲线拟合的基本原理,即最小二乘法拟合理论,在地下水非稳定流、纽曼模型以及弥散系数理论下,构建出了进行曲线拟合的优化方程。利用智能算法,在整个标准曲线或者标准曲线族的范围内,寻找能与原始数据拟合最好的位置和标准曲线,进而精确的求解出水文地质参数。通过对比分析得出:(1)基本粒子群算法可以高精度、快速的拟合出原始数据在单一标准曲线的配线计算,但是对于高维度的寻优问题,例如纽曼模型下的曲线族的配线,其全局寻优能力不强,容易导致算法陷入局部最优,原始数据拟合不到最优的标准曲线,移动不到最优的位置,影响最终的求解精度。鉴于此,对于标准曲线族的智能化寻优,建议采用改进型的粒子群算法,例如随机权重粒子群,其强大的全局寻优能力保证了拟合曲线的准确性和最终计算结果的精度。(2)在弥散系数智能优化配线法中,相比于蚁群算法和差分进化算法,标准粒子群算法的寻优性能足以保证结果的精确和稳定。(3)在本文使用到的智能算法中,对算法寻优性能影响最大的是群体规模、最大迭代次数以及惯性权重,因此为保证算法能寻优至全局最好,需要根据具体方程的复杂程度来设置合适的参数值。(4)运用MATLAB中的拟合函数与人为设定拟合直线斜率变化的容许值,可以实现最大化保留原始数据的求参过程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究问题的提出及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 水文地质参数求解方法发展
•     1.2.2 井函数计算研究进展
•   1.3 本文的研究内容
• 第2章 水文地质参数求解及智能算法理论
•   2.1 承压完整井非稳定流配线法
•     2.1.1 泰斯公式（Theis）计算理论
•     2.1.2 承压完整井非稳定流人工配线法
•   2.2 定降深承压完整井非稳定流配线法
•     2.2.1 G（λ）-λ配线法原理
•     2.2.2 G（λ）-λ人工配线法
•   2.3 第一类越流系统非稳定流配线法
•     2.3.1 第一类越流系统非稳定流配线法理论
•     2.3.2 第一类越流系统非稳定流人工配线法步骤
•   2.4 基于纽曼模型的人工配线法
•     2.4.1 纽曼模型理论
•     2.4.2 纽曼人工配线法
•   2.5 基于弥散系数理论的人工配线法
•     2.5.1 弥散系数配线法原理
•     2.5.2 弥散系数人工配线法步骤
•   2.6 直线图解法
•     2.6.1 降深—时间直线图解法
•     2.6.2 降深—距离直线图解法
•     2.6.3 降深—时间距离直线图解法
•   2.7 智能算法理论
•     2.7.1 粒子群算法及其改进型算法
•     2.7.2 蚁群算法
•     2.7.3 差分进化算法
•   2.8 本章小结
• 第3章 地下水非稳定流智能优化配线求参
•   3.1 承压完整井非稳定流智能优化配线
•     3.1.1 泰斯井函数W（u）求解
•     3.1.2 基于最小二乘法建立W（u）优化方程
•     3.1.3 基于粒子群PSO算法的降深-时间智能优化配线
•     3.1.4 标准粒子群PSO算法预设参数的影响分析
•     3.1.5 带压缩因子粒子群YSPSO算法的降深-距离智能优化配线
•     3.1.6 线性递减权重粒子群LinWPSO降深-时间距离智能优化配线
•   3.2 定降深承压完整井非稳定流智能优化配线
•     3.2.1 G（λ）井函数计算
•     3.2.2 基于最小二乘法建立G（λ）优化方程
•     3.2.3 基于自适应权重粒子群算法的G（λ）-λ智能优化配线
•   3.3 第一类越流系统非稳定流智能优化配线
•     3.3.1 W（u,r/B）井函数求解
•     3.3.2 基于最小二乘法建立W（u,r/B）优化方程
•     3.3.3 基于随机权重粒子群RandWPSO智能优化配线
•   3.4 本章小结
• 第4章 纽曼模型下的智能优化配线求参
•   4.1 纽曼井函数的计算
•   4.2 基于最小二乘法建立优化方程
•   4.3 基于随机权重粒子群RandWPSO智能优化配线
•   4.4 本章小结
• 第5章 基于弥散系数理论的智能优化配线求参
•   5.1 弥散系数参数求解
•   5.2 基于最小二乘法建立优化方程
•   5.3 基于不同智能算法的弥散系数智能优化配线
•   5.4 本章小结
• 第6章 直线图解法求解水文地质参数
•   6.1 基于直线图解法的MATLAB编程
•   6.2 降深—时间直线图解法计算实例
•   6.3 降深—距离直线图解法计算实例
•   6.4 降深—时间距离直线图解法计算实例
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简介、硕士学位期间发表的成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 东栋

导师: 张勇

关键词: 配线法,直线图解法,水文地质参数,智能算法

来源: 河北工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学,地球物理学

单位: 河北工程大学

分类号: P641.7

总页数: 98

文件大小: 3991K

下载量: 121