Bayesian Poroelastic Aquifer Characterization from InSAR Surface Deformation Data. Part I: Maximum A Posteriori Estimate
确定地下水含水层的特性对于预测含水层响应和管理地下水资源至关重要。在这项工作中，我们开发了一个高维的可扩展贝叶斯反演框架所管辖的三维准静态线性孔隙弹性模型来表征地下水含水层的横向渗透率变化。我们确定的最大后验（MAP）点的后渗透率分布从厘米级表面水准面变形测量干涉合成孔径雷达（InSAR）。我们的方法的可扩展性，以高参数维数是通过使用伴随的衍生工具，不精确的牛顿方法来确定MAP点，和Matérn类稀疏先验精度算子。总之，这些保证MAP点被发现的成本，测量的数量向前/伴随孔隙弹性解决方案，这是独立的参数尺寸。我们将我们的方法应用到测试案例中，在内华达州梅斯基特市，在InSAR和GPS地表变形数据。我们解决了多达320，824个状态变量自由度（DOF）和16，896个参数DOF的问题。采用一致的处理噪声水平，使含水层表征结果不依赖于表面变形数据的像素间距。我们的研究结果表明，使用InSAR数据显着提高表征的横向含水层的异质性，和基于InSAR的含水层表征恢复复杂的横向位移趋势观察到独立的每日GPS测量。
2020-02-25 cs.CE physics.geo-ph
Establishment of earth tides effect on water level fluctuations in an unconfined hard rock aquifer using spectral analysis
在海得拉巴附近NGRI校园的无压结晶岩含水层中，使用自动水位记录仪在深井中进行短间隔水位测量，显示水位周期性波动。观测值清楚地表明，由于降雨补给的主要趋势。通过频谱分析，研究了周期性波动与人工固体潮和地下水开采量时间序列的相关性。结果发现，这些波动有相当高的相关性与固体潮，而地下水抽水没有表现出任何显着的相关性与地下水位波动。结果表明，固体潮是引起地下水位波动的主要原因。这些波动在更长时间间隔的人工观测中迄今未被观测到。这表明，潜水含水层的特点是孔隙度低。
2010-02-20 physics.geo-ph
Multi-Tracer Groundwater Dating in Southern Oman using Bayesian Modelling
在评估淡水稀缺地区的含水层系统时，估算过境时间是量化抽取地下水影响的一个重要步骤。不同形状的渡越时间分布、平均停留时间和贡献被用来代表含水层系统中的水文地质条件，并且通常通过逆模型从测量的示踪剂浓度推断。在这项研究中，多示踪剂采样活动进行了在塞拉莱平原在阿曼南部，包括CFCs，SF6，39 Ar，14 C，和4 He。基于三个示踪剂的数据，一个两个组件的分散模型（DMmix）和一个非参数模型，六个年龄段的假设和评估使用贝叶斯统计。在马尔可夫链蒙特卡罗方法中，确定了极大似然参数估计及其不确定性。使用贝叶斯因子和留一交叉验证评估模型性能。这两个模型都表明，在塞拉莱平原的地下水是由一个非常年轻的组件低于30年和一个非常古老的组件超过1,000年，与非参数模型的表现略好于DMmix模型。除一个孔外，所有孔均表现出合理的拟合优度。我们的研究结果支持贝叶斯水文建模的相关性和潜在的非参数模型含水层动态的充分代表。
2022-09-05 physics.atom-ph physics.geo-ph stat.AP
A vertically integrated model with phase change for aquifers in cold firn
Princeton University（普林斯顿大学）
本文提出一个用于冷冰碛含水层的多维垂直积分模型，结合相变和残余捕获机制，揭示了冰碛含水层形成和扩展的物理过程，为冰川融化对海平面上升的影响提供新见解。
2026-03-30 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Mapping groundwater potential zones in Cilongok Area, Banyumas, Central Java using 2D geoelectrical resistivity
本研究的目的是调查是否存在潜在的含水层，这些含水层将被用作Cilongok分区居民的清洁水源。我们在该分区的两个地点，即Cikidang村和Kalisari村进行了地下水潜力调查。在每个位置，采用Wenner配置和900米的水平距离进行地电测量，以便我们可以估计可能储存地下水至$\pm 100$米深度的岩性层。然后利用Res2DInv软件对测量结果进行处理，得到岩层的二维电阻率图像。在电阻率估算和区域地质条件观测的基础上，对该区具有经济打水井潜力和作为居民清洁水源的潜在岩性层进行了二维解释。根据对岩性的解释，已知具有作为清洁水源的潜力的含水层是由火山喷发产物的粗多孔凝灰岩组成的层，其可以容易地排出Cikidang村平均约28至45米深和Kalisari村约45至60米深的地下水。
2018-12-10 physics.geo-ph
Modeling groundwater levels in California's Central Valley by hierarchical Gaussian process and neural network regression
California Institute of Technology（加州理工学院）；Jet Propulsion laboratory（喷气推进实验室）
针对加州中央谷地井数据稀疏含噪导致地下水位建模困难的问题，提出结合高斯过程与深度神经网络的分层回归方法，有效量化不确定性并揭示2017和2019丰水年未能有效补充干旱期地下水损失。
2024-10-12 cs.LG physics.geo-ph
Heterogeneous Wettability Alters Methane Migration and Leakage in Shallow Aquifers
University of Cincinnati（辛辛那提大学）；The Ohio State University（俄亥俄州立大学）；University of Southern California（南加州大学）
该研究构建跨尺度框架，结合分子动力学模拟与连续尺度多相流模拟，揭示接触角非均质性对浅层含水层甲烷迁移、圈闭及泄漏的影响，为地下水保护、风险评估及更可靠的排放估算提供物理依据，且可推广至其他地下气体输运问题。
2025-10-29 physics.flu-dyn physics.geo-ph
One million year old groundwater in the Sahara revealed by krypton-81 and chlorine-36
用一种新的激光原子计数法测量了埃及努比亚含水层深层地下水中的~（81）Kr/Kr。~（81）Kr年龄范围为2x10^5 ~1x10^6年，与~（36）Cl/Cl比值相关，与埃及西南部Uweinat Udalam附近补给区地下水的侧向流动一致。低三角洲-2H值的81氪定年地下水揭示了经常性的大西洋水分来源在更新世洪积期。这些结果表明，81 Kr法测老地下水是强大的，这样的测量现在可以应用于广泛的水文问题。
2004-02-18 physics.atom-ph physics.geo-ph
Using 81Kr and Noble Gases to Characterize and Date Groundwater and Brines in the Baltic Artesian Basin on the One-Million-Year Timescale
分析$^{81}$氪和惰性气体对地下水从最深的含水层系统的波罗的海盆地（BAB）进行确定地下水年龄和揭示系统的流动动力学的时间尺度上的几十万年。我们发现，该系统是由三个不同的水团的混合控制：间冰期或最近的大气降水$(δ^{18}\text{O} \approx -10.4\unicode{x2030})$的化学和惰性气体的签名，冰川融水$(δ^{18}\text{O} \leq -18\unicode{x2030})$与升高的惰性气体浓度，和一个老的，高盐度的盐水组分$(δ^{18}\text{O} \geq -4.5\unicode{x2030}, \geq 90 \text{g Cl}^{-}/\text{L})$强烈耗尽大气惰性气体浓度。在此混合框架内解释的$^{81}$ Kr测量端元的年龄估计。间冰期或近代大气降水和冰川融水的去卷积$^{81}$ Kr年龄范围为300 ka ~ 1.3 Ma。对于卤水组分，年龄超过了ATTA 3仪器1.3 Ma的定年范围。放射性惰性气体成分$^{4}$ He* 和$^{40}$ Ar* 不太确定，但也支持卤水的年龄大于1 Ma。根据化学和惰性气体浓度和测年结果，我们得出结论，卤水起源于蒸发的海水已被后期水-岩相互作用的修改。由于所获得的示踪剂年龄涵盖了几个冰川循环，我们讨论了冰川循环对所研究的含水层系统中的流动模式的影响。
2017-01-21 physics.geo-ph
Investigating Steady Unconfined Groundwater Flow using Physics Informed Neural Networks
一种称为物理信息神经网络（PINNs）的新型深度学习技术适用于研究非承压含水层中的稳定地下水流。该技术利用了以偏微分方程（PDE）形式表示的基础物理信息以及从物理观测获得的数据。在这项工作中，我们考虑了基于Dupuit-Forchheimer近似的Dupuit-Boussinesq方程，以及Di Nucci（2018）最近推导的更完整的模型作为基础模型。然后，我们训练PINN从稳态的分析解决方案和实验室为基础的实验获得的数据。使用PINNs，我们预测不同的输入流条件下的潜水面轮廓和恢复估计的水力传导率从实验观察。我们表明，PINNs可以消除固有的无法预测的Dupuit-Boussinesq方程的渗流面流量。此外，包含来自Di Nucci和Dupuit-Boussinesq模型的物理信息限制了解空间，并产生比单独训练数据更好的预测。基于PINN的预测非常稳健，并且几乎不受训练数据中添加的噪声的影响。此外，我们比较了使用两种不同的流动模型获得的PINN，以检查高阶流动项的影响，这是被忽略的Dupuit Forchheimer近似。我们发现了一个无量纲参数$Π$，这是垂直流与水平流的影响之比。对于$Π\leq 0.1$，Dupuit-Boussinesq近似被发现是适用的，但不是其他。最后，我们讨论了使用PINN检查地下水流的有效性。
2021-12-27 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Natural Groundwater Systems Can Display Chaotic Mixing at the Darcy Scale
虽然稳定的各向同性达西流本质上是层流和非混合的，但众所周知，通过工程泵送方案的瞬态强迫可以引起地下水中的快速混沌混合。在这项研究中，我们探讨了这种混合的倾向，出现在自然地下水系统的周期性强迫，如潮汐或季节性影响。使用传统的线性地下水流模型的潮汐强迫，我们表明，在一定条件下，这些流量产生拉格朗日运输和混合现象（混沌平流）的潮汐边界附近。我们发现，含水层的异质性，storativity，和强迫的大小造成逆转的流动方向的强迫循环，反过来，产生连贯的拉格朗日结构和混乱。这些功能显着增强流体的混合和运输，导致异常的停留时间分布，流动分离，并深刻改变反应动力学的潜力。我们定义的无量纲参数组，管理这种现象，并探讨这些群体与一组特征良好的沿海系统。在现场研究中，必须认识到拉格朗日混沌在放电边界附近存在的可能性并进行评估。
2018-08-10 nlin.CD physics.app-ph physics.flu-dyn
Gradual Variation Analysis for Groundwater Flow
University of the District of Columbia（哥伦比亚特区大学）
针对华盛顿特区地下水流问题，提出基于渐变函数的数据体重建数学模型，无需严格边界条件，适用于任意形状含水层。
2010-01-19 cs.NA math.AP math.NA
On the biases affecting water ages inferred from isotopic data
地下水年龄已成为地下水水文学中的一个基本概念，但同位素分析得出的年龄仍然不明确，而且使用的模型有时不切实际。如果平流和弥散对水年龄的影响已经得到广泛确认，则很少有研究涉及使用同位素数据得出的放射性年龄来估计含水层特性（如平均速度）的可靠性。使用简单的一维和二维的单网站和两个网站的移动-不动系统的解析解，我们比较的辐射年龄的平均年龄（或停留时间）推导出一个直接的，基于物理的模拟方法（使用平均年龄方程），并显示同位素衰变率和驱散系数之间的竞争可以产生重要的差异，这两种类型的年龄。此外，还提供了由表观同位素年龄引起的平均视速度校正。最后给出了一个算例，说明了考虑更复杂和非均质含水层系统的分析。我们的研究结果表明，年龄定义的同位素的放射性的基础上，可能不代表样品的平均年龄或在给定位置的地下水流速，并不总是适合约束水文地质模型的校准。
2011-11-11 physics.geo-ph
Backward similarity solution of the Boussinesq groundwater equation
Graduate School of Agriculture, Kyoto University（京都大学农学院）
本文提出Boussinesq方程的逆幂律水位条件下的逆相似解，通过二次多项式假设推导出近似解析解，并利用有限元方法验证其准确性。
2025-12-29 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Modelling and optimisation of water management in sloping coastal aquifers with seepage, extraction and recharge
我们考虑倾斜，长而薄，沿海含水层的管理。首先，我们开发了一个简单的数学模型，基于达西流动的多孔介质，它给出了地下水位高度，流速作为地下渗透率，补给率和提取率的函数，忽略了海水入侵。然后，我们验证了该模型与最近的数据，从Germasogeia含水层，满足大部分的水需求，在塞浦路斯利马索尔地区。这些数据由塞浦路斯水资源开发部（WDD）提供，该部门是管理含水层的政府部门。此外，基于我们的模型，我们随后开发了一个优化的补给策略，并确定了所需的提取水量的最佳补给率，同时地下水位高度保持在可接受的水平。我们研究了几个方案的实际利益，我们发现，我们可以实现相当大的节水，相比，目前的经验策略，其次是WDD。此外，我们模拟的情况下，意外泄漏的污染物在含水层中的传输，使用平流-扩散方程。我们发现，在未被发现和不受阻碍的污染情况下（最坏的情况），含水层将在大约三年内受到污染。此外，我们发现，双补给率冲洗出的含水层的污染物更快。最后，将海水入侵的可能性，这可能使含水层无法使用，我们开发了一个新的，瞬态的二维模型的地下水流的基础上的Darcy-Brinkman方程，并确定的位置的水位和海水-淡水界面的条件下，干旱，中等降雨量和洪水。新的海水入侵建模方法的验证已通过与广泛接受的代码进行比较。
2019-01-28 physics.geo-ph
Petrophysical Characterization of Fractured Limestone from Beauce Aquifer Vadose Zone (O-ZNS Observatory, France)
针对法国博斯含水层包气带石灰岩多尺度非均质性导致的储层属性预测不确定性问题，结合微观结构与岩石物理分析16块样品，识别出两类岩相以改进储层与流动模型，同时指出后续需量化大孔隙与风化的关联及评估电法渗透率模型。
2024-06-24 physics.geo-ph
CO2 storage in deep saline aquifers: evaluation of geomechanical risks using integrated modeling workflow
本文耦合MUFITS与FLAC3D建立顺序流体–地质力学工作流，模拟含构造断层咸水层中的CO2注入，并通过合成与真实模型评估断层滑移、塑性变形及泄漏风险。
2023-12-05 physics.flu-dyn physics.geo-ph
CO$_2$ dissolution in a background hydrological flow
本文研究了在背景水流存在下，CO $_{2}$在深层盐水中的长时间稳态溶解。在稳定状态下，CO $_2$在含水层上游地下水中的分布涉及三种竞争效应之间的平衡：（i）CO $_2$饱和水的浮力驱动流;（ii）CO $_2$从饱和水向欠饱和水的扩散;以及（iii）与迎面而来的背景流相关的平流。这导致了三个限制制度。在扩散非常缓慢的极限下，致密流体的几乎静态侵入可能向上游延伸有限的距离，由与迎面而来的背景流相关的压力梯度平衡。在相对于水流的快速扩散的限制下，可能会建立一个梯度区，在该梯度区中，沿含水层的扩散通量平衡了与背景流相关的平流。然而，如果浮力驱动的流速超过背景水文流速，则可以建立第三中间状态。在这个制度中，对流再循环的发展上游的背斜涉及CO $_2$的垂直扩散从上游传播流的密集CO $_2$饱和的水到下游传播流的CO $_2$不饱和的水。对于每个限制的情况下，我们找到解析解CO $_2$上游的背斜分布，并测试我们的分析与完整的数值模拟。一个关键的结果是，虽然可能有非常不同的控制CO $_2$轴承水上游的背斜的分布和范围，在每种情况下的溶解速率是由本底体积通量和CO $_2$饱和水和原始含水层水上游之间的浓度差的产品。
2015-10-16 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Benchmark for numerical solutions of flow in heterogeneous groundwater formations
本文对模拟非均质含水层稳态流动的几种数值方法的准确性和收敛性进行了数值研究。有限差分，有限元，不连续伽辽金，频谱和随机游走方法进行了测试，一维和二维基准流问题。实现的对数正态水力传导率场产生的Kraichnan算法在封闭形式的随机周期模式，允许直接代码验证与制造的参考解决方案进行比较的有限总和。质量的方法进行评估，增加数量的随机模式和增加方差的对数水力传导率场与高斯和指数相关。实验的收敛顺序计算从连续细化的网格。数值方法得到进一步验证的统计推断从Monte Carlo合奏的数值解和理论一阶微扰结果之间的比较。据发现，虽然高斯相关的对数电导率场的所有方法都表现良好，在指数的情况下，其精度恶化，并为大的方差和模式的数量，基准问题实际上是不听话的合理大的计算资源，在这项研究中考虑的所有方法。
2020-03-03 cs.CE cs.NA math.NA
Modeling cross-hole slug tests in an unconfined aquifer
一个修改后的版本公布的段塞测试模型，适用于无压含水层的跨孔段塞测试在瑞士的加宽网站进行的现场测试中收集的数据。该模型占地下水位的影响，使用线性化的运动条件。该模型还考虑了源井和观测井的惯性效应。这项工作的主要目的是证明这种半解析模式的适用性，多井和多级气动段塞测试。在源井中以离散的间隔施加气动扰动，并在观测井中以离散的垂直间隔进行监测。源井和观测井对之间的距离最多为4米。分析产生了垂直剖面的水力传导率，比存储，并在观察井的位置比产量。水力参数估计值进行比较，从以前的抽水和单井段塞试验在现场进行的结果，以及从粒径分析的沉积物收集在钻井安装过程中的估计。结果与先前的测试结果基本一致，表明存在砂和砾石含水层。敏感性分析表明，单产模型识别能力在后期最强。然而，由于低的信噪比，后期数据的有用性受到限制。
2016-07-07 physics.geo-ph
Monitoring of water volume in a porous reservoir using seismic data: Validation of a numerical model with a field experiment
University of Eastern Finland（东芬兰大学）；LIAG Institute for Applied Geophysics（汉诺威应用地球物理研究所）；KTH Royal Institute of Technology（皇家理工学院）；University of Helsinki（赫尔辛基大学）；Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；Geological Survey of Finland（芬兰地质调查局）；Nokia Solutions and Network（诺基亚解决方案与网络）
本文通过现场实验验证了利用地震数据估计多孔储层中水体积的数值模型，采用神经网络直接估算水体积，提高了地下水管理的精度。
2025-12-21 physics.comp-ph physics.geo-ph
An integrated assessment of the impact of precipitation and groundwater on vegetation growth in arid and semiarid areas
对水资源的需求增加，加上气候变化的影响，使世界许多地方，特别是干旱和半干旱地区赖以生存的水条件退化。本研究建立了一个综合框架，以评估中国北方西辽河平原的降水和地下水对植被生长的影响。该综合框架系统地将遥感技术与包气带水流模拟和野外数据分析相结合。利用遥感数据，通过归一化植被指数（NDVI）和模拟的植物吸水速率对植被生长进行定量评价。利用Pearson相关方程研究了降水量、地下水埋深和植被指数之间的相关关系。研究结果为理解降水和地下水之间的相互作用及其对植被生长的贡献提供了见解。地下水埋深，植物吸水量和植被指数之间的强相关性被发现在部分研究区域在十年干旱期。数值模拟结果表明，地下水埋深与植被生长之间的相关性增强，在长期干旱期，地下水对维持植被生长所需的有效土壤水分具有重要作用。因此，在长期干旱期间，地下水位下降可能对植被的生存构成巨大威胁。
2014-12-11 physics.ao-ph physics.geo-ph
Machine learning surrogates for efficient hydrologic modeling: Insights from stochastic simulations of managed aquifer recharge
Stanford University（斯坦福大学）；University of Nevada, Las Vegas（内华达大学拉斯维加斯分校）
针对基于过程的水文模型计算成本高、难以支持需数百次模拟的分析这一问题，提出混合建模工作流，用机器学习替代模型加速模拟，其误差低于10%且运行时间节省一个数量级，并明确了关键建模选择的影响。
2025-02-09 cs.LG physics.geo-ph
Climate change impacts on supra-permafrost soil and aquifer hydrology: broader, deeper, and longer activity
The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；Utah State University（犹他州立大学）；University of Michigan（密歇根大学）
研究显示气候变化导致冰缘含水层动态变化，夏季和冬季变暖加剧了永久冻土碳-气候反馈。
2025-12-22 physics.comp-ph physics.geo-ph
Inferring transport characteristics in a fractured rock aquifer by combining single-hole GPR reflection monitoring and tracer test data
裂隙岩体含水层中溶质运移的研究往往依赖于在有限数量的观测点获得的示踪试验数据。这些数据本身并不能详细评估注入的示踪剂羽流的扩散情况。为了更好地了解在花岗岩含水层中的输运行为，我们将示踪剂测试数据与单孔探地雷达（GPR）反射监测数据相结合。在不同的实验条件下，在相距6 m的两个钻孔之间进行了五次成功的示踪试验。对于每个实验，将盐水示踪剂注入到先前确定的封隔的透射性裂缝中，同时反复采集单孔GPR反射剖面以及泵送钻孔中的电导率测井。通过分析深度偏移的GPR差分图像以及示踪剂穿透曲线和相关的简化流动和输运模型，我们估计（1）有助于示踪剂输运的裂缝的数量、连通性和几何形状，（2）沿着每条流动路径携带的示踪剂的速度和质量，以及（3）所识别的流动路径的有效输运参数。我们发现一个定性的协议时，比较GPR反射率强度的时间演变在战略位置的形成与所产生的模拟运输。这些差异与流出位置处观察到的和模拟的穿透曲线之间的差异处于相同的量级。相当微妙的和可重复的GPR信号提供有用的和补充的信息，示踪剂测试数据采集的流出位置，并可能帮助我们描述运输现象的断裂岩石含水层。
2017-01-07 physics.geo-ph
Physics-Informed Convolutional Decoder (PICD): A novel approach for direct inversion of heterogeneous subsurface flow
本文提出物理信息卷积解码器（PICD）框架，将卷积解码器与Karhunen-Loève展开相结合，在无需重复正演模拟的情况下直接反演非均质地下水流水力传导系数并预测水头分布，稀疏观测下仍表现良好。
2024-01-12 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Head-Independent Time-Invariant Infiltration Rate in Aquifer Recharge with Treated Municipal Wastewater
针对土壤含水层处理(SAT)入渗率难预测的问题，研究以色列Shafdan项目50个池十年数据，发现入渗率恒定且与水头无关，简化了淹水周期预测并有助于其他含水层补给方法。
2024-03-12 physics.geo-ph
Scale-free distribution of Dead Sea sinkholes--observations and modeling
目前，以色列死海沿岸有5500多个天坑。这些是由于超咸地下水被新鲜的微咸地下水取代，导致地下盐层溶解而形成的。这一过程与死海海水水位急剧下降有关，目前每年下降一米多，导致地下水位下降，使较新鲜的咸水侵入。我们研究了天坑大小的分布，发现它是无标度的幂律指数接近2。我们构建了一个随机元胞自动机模型来理解所观察到的无标度行为和天坑面积随时间的增长。该模型由一个较低的盐层和一个上部的土壤层，其中的空腔，在较低层的发展导致在上层的崩溃。该模型再现所观察到的幂律分布，而不涉及阈值行为通常与临界。
2017-03-29 physics.geo-ph
Long-term propagation of CO2 plume below the seal accounting for chemical reactions and water counter-flow
本研究提出一种考虑化学反应和水反向流动的分析框架，通过自相似解研究CO2羽流在盖层下的长期运移，发现反应系数延迟首次到达但加速最终到达，上倾水流速度缩短捕集时间，从而提升封存预测能力。
2025-02-25 physics.geo-ph
Combining Physically-Based Modeling and Deep Learning for Fusing GRACE Satellite Data: Can We Learn from Mismatch?
Bureau of Economic Geology, Jackson School of Geosciences, The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校杰克逊地质科学学院经济地质学局）；State Key Laboratory of Geodesy and Earth’s Dynamics, Institute of Geodesy and Geophysics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院测量与地球物理研究所大地测量与地球动力学国家重点实验室）；Texas Advanced Computing Center, The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校德克萨斯高级计算中心）；Department of Geology and Geophysics, Indian Institute of Technology Kharagpur（印度理工学院卡格普尔分校地质与地球物理系）
全球水文和陆面模型越来越多地用于跟踪陆地总蓄水量（TWS）动态，但现有模型的实用性受到与各种代表性不足和未代表的过程（如地下水储存）相关的概念和/或数据不确定性的阻碍。重力恢复和气候实验（GRACE）卫星任务为在区域和大陆尺度上跟踪TWS提供了宝贵的独立数据源。人们对将GRACE数据融合到全球水文模型中以提高其预测性能有着浓厚的兴趣。在这里，我们开发并应用深度卷积神经网络（CNN）模型来学习从GRACE导出的TWS异常（TWSA）与NOAH（一种广泛使用的地表模型）模拟的TWS异常之间的时空模式。一旦经过训练，我们的CNN模型可以用于校正NOAH模拟的TWSA，而不需要GRACE数据，可能填补GRACE及其后续任务GRACE-FO之间的数据差距。我们的方法是证明了印度，这经历了显着的地下水枯竭，在最近几十年，但没有被捕获的NOAH模型。结果表明，CNN模型显著提高了与GRACE TWSA的匹配，国家平均相关系数为0.94，Nash-Sutcliff有效系数为0.87，比原NOAH TWSA分别提高了14%和52%.在局部范围内，学习的不匹配模式与印度大部分地区观察到的原位地下水储存异常数据相关性很好，这表明深度学习模型有效地补偿了该研究区域NOAH中缺失的地下水成分。
2019-01-31 cs.LG physics.geo-ph stat.ML
A Comprehensive Review of Pre-Darcy Flows in Low-Permeability Porous Media
本文综述了低渗透多孔介质中前达西流的理论、实验和建模方法，揭示了其非线性特征与影响因素，为页岩油气开采和核废料处置等应用提供指导。
2024-01-10 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Determining effective permeability at reservoir scale: Numerical simulations and theoretical modeling
确定地质构造的有效渗透率（keff）在场地修复、含水层排放或补给、碳氢化合物生产和提高石油采收率方面具有广泛的应用。本研究的目的是：（1）探索一种使用关键路径分析（CPA）在油藏规模上估计keff的方法，（2）通过将估计的keff与数值模拟的有效渗透率进行比较来评估这种新方法的准确性，以及（3）将keff的CPA估计值与其他三种模型的估计值进行比较，微扰理论（PT）、有效介质近似（EMA）和重整化群理论（RGT）。我们构建二维和三维随机（不相关）的地质构造的基础上，从博登网站的渗透率测量，并假设渗透率分布符合对数正态概率密度函数在很大范围内的手段和标准差。比较keff估计通过CPA的keff值来自数值流模拟表明，CPA提供了准确的估计，在二维和三维在很大范围内的异质性水平，类似于RGT。模型间比较表明，虽然PT和EMA提供了合理的keff估计，而均匀的地层，他们大大高估了有效渗透率在高度非均质地层。
2021-09-28 physics.geo-ph
Numerical modeling of carbon dioxide sequestration on the rate of pressure solution creep in limestone: Preliminary results
当二氧化碳（CO2）被注入含水层或枯竭的地质储层时，其溶解到溶液中导致孔隙水酸化。因此，孔隙水变得更活泼，这导致增强的溶解-沉淀过程和岩石的机械和水文性质的修改。考虑到碳酸盐的溶解度和反应性强烈依赖于pH和CO2的分压，这种效应对于石灰石尤其重要。耦合溶解、沉淀和岩石基质变形的主要机制通常被称为粒间压溶蠕变（IPS）或普适压溶蠕变（PSC）。该过程涉及在受到高应力的粒间颗粒接触处的溶解、溶解的材料在粒间流体中的扩散以及在受到低应力的孔隙空间中的沉淀。这导致由于孔隙中的颗粒压痕和沉淀而导致孔隙率的全面和普遍降低。富CO2流体的渗流可能会影响由于压力溶解而进行的压实，因此可能会影响储层及其长期CO2储存能力。我们的目标是量化这种效果，通过使用二维数值模型来研究溶解-沉淀过程，局部传质和变形的岩石在长时间尺度之间的耦合。我们发现，高分压的溶解CO2（高达30 MPa）显着增加了压实率的一个因素~ 50 ~ 75，也导致在伴随的岩石基质的粘度下降。
2008-01-03 physics.geo-ph
