一种傍河水源地优化布井方法技术

本发明专利技术提供一种傍河水源地优化布井方法，所述傍河水源地优化布井方法包括：根据水源地常规布井法设置初始布井方案；根据所述研究区实际水文地质条件，建立地下水水流模型和污染物迁移转化模型；结合研究区实际水文地质条件，利用地下水水流模型和污染物迁移转化模型设置开采井个数目标函数、布井方式目标函数、井间距目标函数和约束条件；结合所述约束条件依次对开采井个数目标函数、布井方式目标函数和井间距目标函数进行优化得到傍河水源地优化布井方案。通过建立地下水水流模型和污染物迁移转化模型，能够在约束条件下对傍河水源地开采井个数、布置形式、井间距等因素进行优化，以获取最优布井结果。

Optimized well layout method for river near water source area

The invention provides a riverside well field well location optimization method, the optimization of water near the river, including well method: according to the initial drilling scheme setting water conventional wells method; according to the actual hydrogeological conditions in the study area, the groundwater flow model and pollutant transport model; combined with the actual hydrogeological conditions the study area, the groundwater flow model and pollutant transport model set wells number of objective function, well pattern, well spacing is the objective function of objective function and constraint conditions; combined with the constraints of the number of wells in the objective function, the objective function well pattern and well spacing objective function is optimized by river water source to optimize the drilling scheme. Through the establishment of a groundwater flow model and pollutant transport model, which under the constraint conditions to optimize the wellfields nearby river wells number, arrangement form, well spacing and other factors, in order to obtain optimal results well.

【技术实现步骤摘要】
一种傍河水源地优化布井方法
本专利技术涉及水源利用治理
，特别是指一种傍河水源地优化布井方法。
技术介绍
近年来，傍河水源地取水具有明显的优势：傍河水源地不会发生因河流河床摆动所引发引水口的脱流断水危机城市供水安全的问题；河岸带过滤系统对河流水质具有净化作用，使得水源地水质得到保证。鉴于傍河水源地水量稳定、水质优越等特点，在国内傍河水源地得到了广泛应用，是我国比较常见的地下水开发类型。其中东北地区傍河水源地建设和使用历史最为悠久，早在1950前后东北地区已经将傍河区域纳入到了水文地质勘查范围之内，并在这一时期建立了国内第一批具有一定开采规模傍河水源地，以解决当地工农业及生活用水需求。统计资料显示的我国1243处地下水水源地中，傍河水源地大约有300多个，占地下水水源地总数的24％左右，在我国供水系统中起着不可替代的重要作用。如黄河、海河、滦河等以地下水作为供水水水源地的城市及工业基地均以傍河水源地作为主要供水水源。综合以上研究状况不难看出，傍河水源地在我国有大量的建设实践，并且在整个供水系统中占据重要的位置，这表明傍河水源地在我国的建设具有很强大的适用性。但是也存在一部分问题，比如布井数量、布井方式、井间距设置不合理等问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种傍河水源地优化布井方法，能够全面准确优化的确定傍河水源地布井方式。为解决上述技术问题，本专利技术的实施例提供一种傍河水源地优化布井方法，所述傍河水源地优化布井方法包括：根据水源地常规布井法设置初始布井方案；根据所述研究区实际水文地质条件，建立地下水水流模型和污染物迁移转化模型；结合研究区实际水文地质条件，利用地下水水流模型和污染物迁移转化模型设置开采井个数目标函数、布井方式目标函数、井间距目标函数和约束条件；结合所述约束条件依次对开采井个数目标函数、布井方式目标函数和井间距目标函数进行优化得到傍河水源地优化布井方案。优选的，所述常规布井法为平均布井法，所述初始布井方案包括布井数量、布井方式和井间距。优选的，所述地下水水流模型如下：W＝ε(x,y,z,t)-∑QLδ(x-xL,y-yL,z-zL)其中，QL为计算区域，Г为区域边界，Г1为一类边界，Г2为二类边界，q(x,y,z,t)为单位宽度补给量，ε(x,y,z,t)为单元补给强度，QL为第L口井开采量(L＝1,2…υ)，δ(x-xL,y-yL,z-zL)为点(xL,yL,zL)处的δ函数，h(x,y,z,t)为区内任一点水头标高，b为含水层底板标高；所述污染物迁移转化模型如下：其中，θ为表示含水层的孔隙度，R为延迟因子；t为时间，Γ为柯西边界；Ω为模拟渗流区，c为溶液中硝酸盐氮浓度值；为溶质组分的浓度，Dij为是水动力弥散系数张量，v为是孔隙中实际水流速度，qs为表示单位时间从单位体积含水层流入或流出的水量，c0为初始溶质浓度，cs为是源汇项溶质的浓度，cq为是边界流量所对应的溶质的浓度。优选的，所述开采井个数目标函数如下：其中，yi为水源地备选井i在稳定开采条件下的开启或关闭，若开采井开启则yi＝1，否则yi＝0，N为开采井数目；所述布井方式目标函数如下：其中，Qi为水源地开采井i在稳定开采条件下的开采量，N为开采井数目；所述井间距目标函数如下:优选的，所述约束条件包括降深约束、水量约束、井间距约束和水质约束中的至少一种。优选的，所述结合所述约束条件依次对开采井个数目标函数、布井方式目标函数和井间距目标函数进行优化得到傍河水源地优化布井方案，包括：判断目标函数的函数值是否满足约束条件，并评估目标函数；当各目标函数的函数值超出约束条件，通过遗传算法等对决策变量进行处理，产生新的决策变量组；结合新的决策变量组依次评价状态变量和目标函数，确定最优的决策变量，得到傍河水源地优化布井方案。优选的，所述结合新的决策变量组依次评价状态变量和目标函数，包括：结合新的决策变量组依次评价状态变量和目标函数，使得状态变量和目标函数且能够满足约束条件和成本最低目标函数的要求。优选的，所述结合新的决策变量组依次评价状态变量和目标函数，包括：根据地下水水流模型和污染物迁移转化模型结合所述约束条件和开采井个数目标函数对开采井个数进行优化分析，得到开采井个数优化结果。优选的，所述结合新的决策变量组依次评价状态变量和目标函数，包括：选取不同布井方案，据地下水水流模型和污染物迁移转化模型结合布井方式目标函数，以最大抽水量为布井方案的评判依据，对不同布井方案在相同约束条件下进行优化分析，得到布井方式优化结果。优选的，所述结合新的决策变量组依次评价状态变量和目标函数，包括：在水源地位置不变，开采井个数相同，布井方式相同的条件下，根据地下水水流模型和污染物迁移转化模型结合所述约束条件和井间距目标函数对井间距进行优化分析，得到井间距优化结果。本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：上述方案中，通过建立地下水水流模型和污染物迁移转化模型，能够在约束条件下对傍河水源地开采井个数、布置形式、井间距等因素进行优化，以获取最优布井结果。附图说明图1为本专利技术实施例的傍河水源地优化布井方法流程图。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。如图1所示，本专利技术实施例的一种傍河水源地优化布井方法，所述傍河水源地优化布井方法包括：步骤101：根据水源地常规布井法设置初始布井方案；其中，所述常规布井法为平均布井法，所述初始布井方案包括布井数量、布井方式和井间距。平均布井法可以包括：矩形布井、三角形布井、梅花形布井，开采井的供水总量必须满足设计需水量，本着技术上合理、经济上安全的原则确定水井(井组)的数量与井间距离。取水地段范围确定之后，井数主要决定于该地段的允许开采量或设计总需水量和井间距离，以及单井出水量的大小。具体的，可以根据研究区的规划开采量、单井涌水量及平均布井条件下开采井经群干扰系数等三个指标确定开采井个数：其中，qi——为单井涌水量；Qp——为规划开采量；N——为开采井个数；α——井群干扰系数。集中式供水水井井间距的确定，采用解析法井流公式计算，通常状况下井间干扰强度即井群干扰系数需保证在20％-25％之间，可以取干扰系数为25％条件下开采井的井间距离作为水源井初步布设井间距，将傍河水源地潜水含水层中井确定r-a曲线用到的计算公式列出：在仿泰斯公式的基础上，采用映射迭加原理，得到i井以定流量Q单独抽水时，f时刻在距i井rm处的降深计算公式为：s'(r,t)为修正降深，且有式中，s(r,t)为f时刻距i井rm处的水位降深；H为潜水含水层的厚度；K为潜水含水层的渗透系数im潜水含水层的给水度；hcp为t时刻降落漏斗范围内潜水含水层的平均厚度rw为抽水井半径；r为计算点到i井的距离；r'为计算点到i井的映射井的距离。再在仿泰斯公式的基础上，采用映射迭加原理，推导出排井各以不同的定流量抽水时,t时刻任一点处的降深计算公式为：修正降深：可以首先计算当第i口井单独以定流量Q抽水时t时刻在i井井壁凡rw处的降深值s(rw，t)，再计算：井排的N口井各以不等的定流量Q，抽水，限定t时刻各井井壁处均达到s(r,1,t)值时，各井的定流量Q值。每改变一次井距离ri，则N口井均得到各自的Qi本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种傍河水源地优化布井方法，其特征在于，所述傍河水源地优化布井方法包括：根据水源地常规布井法设置初始布井方案；根据所述研究区实际水文地质条件，建立地下水水流模型和污染物迁移转化模型；结合研究区实际水文地质条件，利用地下水水流模型和污染物迁移转化模型设置开采井个数目标函数、布井方式目标函数、井间距目标函数和约束条件；结合所述约束条件依次对开采井个数目标函数、布井方式目标函数和井间距目标函数进行优化得到傍河水源地优化布井方案。

【技术特征摘要】
1.一种傍河水源地优化布井方法，其特征在于，所述傍河水源地优化布井方法包括：根据水源地常规布井法设置初始布井方案；根据所述研究区实际水文地质条件，建立地下水水流模型和污染物迁移转化模型；结合研究区实际水文地质条件，利用地下水水流模型和污染物迁移转化模型设置开采井个数目标函数、布井方式目标函数、井间距目标函数和约束条件；结合所述约束条件依次对开采井个数目标函数、布井方式目标函数和井间距目标函数进行优化得到傍河水源地优化布井方案。2.根据权利要求1所述的傍河水源地优化布井方法，其特征在于，所述常规布井法为平均布井法，所述初始布井方案包括布井数量、布井方式和井间距。3.根据权利要求1所述的傍河水源地优化布井方法，其特征在于，所述地下水水流模型如下：W＝ε(x,y,z,t)-∑QLδ(x-xL,y-yL,z-zL)其中，QL为计算区域，Г为区域边界，Г1为一类边界，Г2为二类边界，q(x,y,z,t)为单位宽度补给量，ε(x,y,z,t)为单元补给强度，QL为第L口井开采量(L＝1,2…υ)，δ(x-xL,y-yL,z-zL)为点(xL,yL,zL)处的δ函数，h(x,y,z,t)为区内任一点水头标高，b为含水层底板标高；所述污染物迁移转化模型如下：其中，θ为表示含水层的孔隙度，R为延迟因子；t为时间，Γ为柯西边界；Ω为模拟渗流区，c为溶液中硝酸盐氮浓度值；为溶质组分的浓度，Dij为是水动力弥散系数张量，v为是孔隙中实际水流速度，qs为表示单位时间从单位体积含水层流入或流出的水量，c0为初始溶质浓度，cs为是源汇项溶质的浓度，cq为是边界流量所对应的溶质的浓度。4.根据权利要求3所述的傍河水源地优化布井方法，其特征在于，所述开采井个数目标函数如下：

【专利技术属性】
技术研发人员：左锐，孟利，李仙波，关鑫，滕彦国，王金生，杨洁，翟远征，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：北京,11