Interpreting the cross sectional flow field in a river bank based on a genetic algorithm two dimensional heat transport method (GA VS2DH)
Interactions between surface waters and groundwater are of great significance for evaluating water resources and protecting ecosystem health. Heat as a tracer method is widely used in determination of the interactive exchange with high precision, low cost and great convenience. The flow in a river bank cross section occurs in vertical and lateral directions. In order to depict the flow path and its spatial distribution in bank areas, a genetic algorithm (GA) two dimensional (2 D) heat transport nested loop method for variably saturated sediments, GA VS2DH, was developed based on Microsoft Visual Basic 6.0. VS2DH was applied to model a 2 D bank water flow field and GA was used to calibrate the model automatically by minimizing the difference between observed and simulated temperatures in bank areas. A hypothetical model was developed to assess the reliability of GA VS2DH in inverse modeling in a river bank system. Some benchmark tests were conducted to recognize the capability of GA VS2DH. The results indicated that the simulated seepage velocity and parameters associated with GA VS2DH were acceptable and reliable. Then GA VS2DH was applied to two field sites in China with different sedimentary materials, to verify the reliability of the method. GA VS2DH could be applied in interpreting the cross sectional 2 D water flow field. The estimates of horizontal hydraulic conductivity at the Dawen River and Qinhuai River sites are 1.317 and 0.015 m/day, which correspond to sand and clay sediment in the two sites, respectively.ResumeLes interactions entre les eaux de surface et les eaux souterraines sont tres importantes pour l'evaluation des ressources en eau et pour la protection de la sante des ecosystemes. La chaleur en tant que methode de tracage est couramment utilisee pour determiner les echanges interactifs avec une grande precision, un faible cout et une grande facilite. L'ecoulement dans une section transversale riviere berge se produit dans des directions verticales et laterales. Afin de representer le cheminement de l'ecoulement et sa distribution spatiale dans les zones des berges, une methode de transport de chaleur en boucle imbriquee basee sur un algorithme genetique (GA) en deux dimensions (2 D) pour des sediments a saturation variable, GA VS2DH, a ete developpee sous Microsoft Visual Basic 6.0. VS2DH a ete applique pour modeliser un champ d'ecoulement eau berge en 2D et GA a ete utilise pour etalonner automatiquement le modele en minimisant la difference entre les temperatures observees et simulees dans les zones des berges. Un modele hypothetique a ete developpe pour evaluer la fiabilite de GA VQ2DH dans une modelisation inverse d'un systeme riviere berge. Certains tests d'evaluation ont ete menes pour reconnaitre la capacite de GA VS2DH. Les resultats indiquent que la vitesse d'infiltration simulee et les parametres associes a GA VS2DH sont acceptables et fiables. Puis, GA VS2DH a ete applique a deux sites en Chine avec differents materiaux sedimentaires, afin de verifier la fiabilite de la methode. GA VS2DH pourrait etre applique pour l'interpretation du champ d'ecoulement hydrique selon une coupe transverse en 2D. Les estimations de la conductivite hydraulique horizontale au niveau des sites des rivieres de Dawen et Qinjuai sont de 1.317 m/jour et 0 .015 m/jour, ce qui correspond a des sediments sableux et argileux dans les deux sites, respectivement.ResumenLas interacciones entre las aguas superficiales y las aguas subterraneas son de gran importancia para la evaluacion de los recursos hidricos y la proteccion de la salud de los ecosistemas. El calor como un metodo trazador es ampliamente utilizado en la determinacion del intercambio interactivo con una alta precision, bajo costo y gran conveniencia. El flujo en una seccion transversal en la margen de un rio se produce en sentido vertical y lateral. Con el fin de describir la trayectoria de flujo y su distribucion espacial en las zonas de margenes, se desarrollo un metodo de algoritmo genetico (GA) de dos dimensiones (2 D) de ciclo anidado para el transporte de calor en los sedimentos variablemente saturados, GA VS2DH, sobre la base de Microsoft Visual Basic 6.0. VS2DH se aplico para modelar un campo de flujo bidimensional 2 D de una margen y GA se utiliza para calibrar el modelo de forma automatica al minimizar la diferencia entre las temperaturas observadas y las simuladas en la zona de las margenes. Se desarrollo un modelo hipotetico para evaluar la fiabilidad de GA VS2DH en el modelado inverso en un sistema de margenes del rio. Se llevaron a cabo algunas pruebas de referencia para reconocer la capacidad de GA VS2DH. Los resultados indicaron que la velocidad de filtracion simulada y de parametros asociados con GA VS2DH eran aceptables y fiables. Entonces GA VS2DH se aplico a dos sitios de campo en China con diferentes materiales sedimentarios, para verificar la fiabilidad del metodo. GA VS2DH podria aplicarse en la interpretacion del campo de flujo de agua 2 D en la seccion transversal. Las estimaciones de la conductividad hidraulica horizontal en los sitios Dawen River y Qinhuai River son 1.317 m/dia y 0.015 m/dia, que corresponden a sedimentos arenosos y arcillosos, respectivamente.Zhai Yao Yan Jiu Di Biao Shui Yu Di Xia Shui Jiao Huan Dui Ping Gu Shui Zi Yuan Liang He Bao Hu Sheng Tai Xi Tong Jian Kang Ju You Zhong Yao Yi Yi Re Zhui Zong Fa Ping Jie Qi Gao Jing Du Di Cheng Ben Yi Ji Jian Dan Fang Bian De Te Dian Cheng Wei Yan Jiu Di Biao Shui Yu Di Xia Shui Jiao Huan De Zhu Liu Fang Fa Zhi Yi He An Heng Duan Mian De Shui Liu Yun Dong Fang Xiang Bao Gua Chui Xiang He Ce Xiang Wei Liao Jing Que Mo Ni Chu He An Heng Duan Mian Shui Liu De Liu Chang Fen Bu ,Ben Wen Ji Yu Microsoft Visual Basic 6.0Kai Fa Liao Yi Tao Jie He Yi Chuan Suan Fa (GA)Yu Bian Bao He Duo Kong Jie Zhi Shui Liu Re Liang Yun Yi Mo Ni Ruan Jian (VS2DH)De Qian Tao Mo Ni Fang Fa GA VESDH. Qi Zhong ,Li Yong VS2DHMo Xing Jian Li Er Wei He An Dai Shui Liu Yun Dong Mo Xing ,Tong Guo GASuan Fa Shi He An Guan Ce Wen Du Yu Mo Ni Wen Du Wu Chai Da Dao Zui Xiao Cong Er Shi Xian Mo Xing De Can Shu Zi Dong Hua Lu Ding Ben Wen Shou Xian Jian Li Liao Yi Ge Li Xiang Mo Xing ,Tong Guo Yi Xi Lie Ji Zhun Ce Shi Ping Gu GA VS2DHZai He Liu He An Xi Tong Zhong De Can Shu Fan Yan Xing Neng Jie Guo Biao Ming GA VS2DHMo Ni De Shen Liu Liu Su Yu Can Shu Zhi Jun Jiao Wei Ke Kao Qi Ci ,Xuan Qu Liao Wei Yu Zhong Guo De Liang Ge Ju You Bu Tong Jie Zhi Lei Xing De He An Chang Di ,Dui GA VS2DHFang Fa Jin Xing Liao Shi Ji Ying Yong Jie Guo Biao Ming ,Gai Fang Fa Dui He An Heng Duan Mian De Er Wei Shui Liu Yun Dong Liu Chang Mo Ni Ju You Jiao Hao De Gua Yong Xing Gu Suan De Dao De Da Wen He Yu Qin Huai He Chang Di De He An Shui Ping Shen Tou Xi Shu Fen Bie Wei 1.317 He 0.015 m/day,Gai Zhi Fen Bie Yu Liang Ge Chang Di De Sha Tu He Nian Tu Xiang Dui Ying ResumoInteracoes entre aguas superficiais e subterraneas sao de grande significancia para avaliar os recursos hidricos e proteger a saude ecossistemica. Calor como um metodo tracador e amplamente utilizado na determinacao do intercambio interativo com alta precisao, baixo custo e grande conveniencia. O fluxo transversal na bancada de um rio ocorre na direcao vertical e horizontal. A fim de descrever o percurso do escoamento e sua distribuicao espacial nas bancadas, um algoritmo genetico (AG) bidimensional (2D) de transporte de calor de loop aninhado (nested loop) para variabilidade de sedimentos saturados, GA VS2DH, foi desenvolvido baseado no Microsoft Visual Basic 6.0. O VS2DH foi aplicado para modelar um campo fluxo 2D na bancada e GA foi usado para calibrar o modelo automaticamente para minimizar a diferenca entre as temperaturas observadas e simuladas nas bancadas. Um modelo hipotetico foi desenvolvido para aferir a confiabilidade do GA VS2DH na modelagem inversa em um sistema de bancadas do rio. Alguns testes de referencia foram conduzidos para identificar a capacidade do GA VS2DH. Os resultados indicam que a velocidade da infiltracao simulada e os parametros associados com o GA VS2DH foram aceitaveis e seguros. Entao, o GA VS2DH foi aplicado em duas areas de estudo na China com diferentes materiais sedimentares, para verificar a precisao do metodo. O GA VS2DH pode ser aplicado na interpretacao do campo de fluxo transversal bidimensional. As estimativas de condutividade hidraulica horizontal na area dos Rios Dawen e Qinhuai e de 1.317 m/dia e 0.015 m/dia, que corresponde aos sedimento de areia e argila nos dois locais, respectivamente.
Hydrogeology Journal