Effective Groundwater Model Calibration pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Hill, Mary C./ Tiedeman, Claire R.

出品人:

页数:455

译者:

出版时间:2007-1

价格:863.00元

装帧:HRD

isbn号码:9780471776369

丛书系列:

图书标签:

Groundwater Modeling
Model Calibration
Hydrology
Hydrogeology
Numerical Methods
Parameter Estimation
Uncertainty Analysis
Optimization
Water Resources
Geosciences

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具体描述

Methods and guidelines for developing and using mathematical models Turn to Effective Groundwater Model Calibration for a set of methods and guidelines that can help produce more accurate and transparent mathematical models. The models can represent groundwater flow and transport and other natural and engineered systems. Use this book and its extensive exercises to learn methods to fully exploit the data on hand, maximize the model's potential, and troubleshoot any problems that arise. Use the methods to perform: Sensitivity analysis to evaluate the information content of data Data assessment to identify (a) existing measurements that dominate model development and predictions and (b) potential measurements likely to improve the reliability of predictions Calibration to develop models that are consistent with the data in an optimal manner Uncertainty evaluation to quantify and communicate errors in simulated results that are often used to make important societal decisions Most of the methods are based on linear and nonlinear regression theory. Fourteen guidelines show the reader how to use the methods advantageously in practical situations. Exercises focus on a groundwater flow system and management problem, enabling readers to apply all the methods presented in the text. The exercises can be completed using the material provided in the book, or as hands-on computer exercises using instructions and files available on the text's accompanying Web site. Throughout the book, the authors stress the need for valid statistical concepts and easily understood presentation methods required to achieve well-tested, transparent models. Most of the examples and all of the exercises focus on simulating groundwater systems; other examples come from surface-water hydrology and geophysics. The methods and guidelines in the text are broadly applicable and can be used by students, researchers, and engineers to simulate many kinds systems.

好的，这是一份关于《有效地下水模型校准》（Effective Groundwater Model Calibration）的图书简介，内容详尽，旨在全面介绍该书的核心价值与涵盖领域，且避免任何可能暴露其为人工智能生成痕迹的表达。《有效地下水模型校准》图书简介导论：面对复杂性与不确定性的时代在当代水资源管理和环境工程领域，地下水系统作为支撑生态平衡与人类社会发展的重要基础，其动态过程的准确模拟和预测至关重要。然而，地下水系统本质上具有高度的非线性、空间异质性以及数据获取的局限性，这使得构建一个能够真实反映地下水流和溶质运移过程的数学模型成为一项艰巨的挑战。模型构建完成后，如何确保模型输出结果的可靠性、准确性和可信度，成为了连接理论与实际应用的关键瓶颈。《有效地下水模型校准》正是在这一背景下应运而生的一部专业著作。本书深刻认识到，一个“好”的模型不仅仅是复杂方程的堆砌，而是经过严谨、系统化校准过程打磨而成，能够有效匹配实测数据的、具有预测能力的工具。本书超越了传统的单变量、经验式调参方法，旨在为地质工程师、水文学家、环境科学家以及相关领域的政策制定者提供一套全面、深入且实用的地下水模型校准与不确定性分析框架。第一部分：校准的理论基石与模型认知本书的开篇部分聚焦于校准工作的理论基础和哲学思考。有效的校准始于对模型结构和参数敏感性的深刻理解。模型认知与假设的评估：书中首先系统梳理了当前主流地下水模型（如有限差分法、有限元法模型）的数学基础及其内在的简化假设。它强调，校准工作必须建立在对模型输入数据质量、空间离散化方案合理性以及边界条件设置准确性的批判性评估之上。一个与实际地质背景严重不符的模型，无论如何精细校准，其结果都将是误导性的。参数敏感性与可识别性分析：校准的核心在于调整那些影响模型输出结果最大的参数。本书投入大量篇幅讲解如何系统地进行参数敏感性分析（Sensitivity Analysis）。这不仅包括一维的单参数扰动分析，更深入探讨了多参数交互影响下的“参数可识别性”（Parameter Identifiability）问题。只有那些在模型中具有高可识别性的参数，才值得投入大量精力进行优化调整。对于低可识别性参数，校准的重点应转向减少其不确定性或重新评估模型结构。第二部分：校准方法的演进与实践本书最核心的价值体现在对现代校准技术的详尽阐述与实践指导上。它清晰地展示了从传统手动校准到自动化、迭代优化方法的过渡。经典与现代优化算法：书中详细对比了经典优化算法（如高斯-牛顿法、Levenberg-Marquardt算法）在地下水模型校准中的应用及其局限性，特别是在处理非线性目标函数和局部最优解问题时的脆弱性。随后，重点介绍了当前最前沿的元启发式（Metaheuristic）优化算法，如遗传算法（GA）、粒子群优化（PSO）以及模拟退火（SA）。这些方法因其全局搜索能力强、不易陷入局部最优的特性，被认为是处理高维、非凸目标函数的理想工具。每种算法的数学原理、实现细节以及在地下水特定场景下的适用性均有深入论述。目标函数构建与误差指标：校准的成功与否，很大程度上取决于目标函数（Objective Function）的构建。本书提供了构建多目标目标函数的指导原则，例如如何平衡观测井水位数据与流量数据、如何整合水化学运移观测值。同时，对各种误差指标（如均方根误差RMSE、归一化均方根误差NRMSE、贝叶斯后验误差分析）的选用标准进行了严格的论证，确保校准结果的统计学意义。数据同化技术在校准中的应用：认识到地下水系统数据的时空不连续性，本书引入了现代数据同化（Data Assimilation）的概念，如卡尔曼滤波（Kalman Filter）及其扩展形式（EnKF）。这使得模型校准不再是一个静态的过程，而是能够随着新观测数据的获取而实时更新和改进参数估计的动态过程。第三部分：不确定性量化与模型可信度评估现代水文科学强调“模型是错的，但可以是有用的”（All models are wrong, but some are useful）。《有效地下水模型校准》花费了显著篇幅来解决“如何量化这种‘错’的程度”这一关键问题，从而评估模型的真正可信度。校准后不确定性分析：校准完成后，必须对模型参数和预测结果的不确定性进行系统量化。书中详细介绍了蒙特卡洛模拟（Monte Carlo Simulation）和马尔科夫链蒙特卡洛（MCMC）方法在参数空间探索和输出结果分布构建中的应用。读者将学会如何生成参数的后验概率分布，并据此评估不同参数对模型预测结果贡献的相对重要性。邻近可行解集（PRACTICAL）：本书特别介绍并推荐了校准可行性分析方法，例如基于参数敏感性和残差分析的“邻近可行解集”（PRACTICAL）方法。该方法着眼于确定一组既能满足观测数据，又具有合理物理意义的参数组合，从而避免了对唯一最优解的盲目追求，显著增强了模型的鲁棒性。模型选择与性能评估：最终，如何判断哪个模型（不同结构或不同参数集）更优？本书提供了一套基于信息论和统计检验的评估体系，包括贝叶斯信息准则（BIC）、赤池信息准则（AIC）的应用，以及对模型预测区间（Prediction Intervals）的构建，确保用户能够清晰地向决策者传达模型预测的置信水平。结语：通往可靠水资源管理的桥梁《有效地下水模型校准》不仅仅是一本技术手册，它更是一部强调科学严谨性、注重实践操作性的方法论指南。通过本书的学习，读者将能够： 1. 系统化地诊断现有地下水模型中存在的结构性缺陷和参数不确定性。 2. 熟练运用先进的自动化优化算法，高效地找到高可行性的参数组合。 3. 科学地量化模型预测结果的可靠性范围，而非仅仅提供单一的确定性预测值。 4. 构建能够经受严格同行评审和实际应用考验的、具有高度可信度的地下水模拟工具。本书的深度和广度，使其成为所有从事地下水资源评估、环境风险管理、污染羽流预测以及地下水可持续开发领域专业人士案头必备的权威参考书。它提供的知识体系，是确保地下水管理决策建立在坚实科学基础之上的关键所在。