公开了基于海岸线变迁对滨海湿地地下水影响的测量方法及其处理装置。基于海岸线变迁对滨海湿地地下水影响的测量方法包括:构建基于海岸线变迁的地下水流模型，利用Visual MODFLOW构建海岸线变迁的地下水流模型，采集地下水流所在区域的原始数据，所述原始数据包括所述区域的水文地质数据、地下水位数据、海流水位数据及气象数据，建立所述模型的三维非稳定流数学模型公式，基于公式对地下水流数值求解，利用Visual MODFLOW得出地下水流流场图。
【技术实现步骤摘要】
海岸线变迁对湿地地下水影响的测量方法及其处理装置
本专利技术涉及水处理领域，特别是一种基于海岸线变迁对滨海湿地地下水影响的测量方法及其处理装置。
技术介绍
湿地是地球上水陆相互作用形成的独特生态系统，是自然界最富生物多样性的生态景观和人类最重要的生存环境之一，其功能和价值巨大。但受气候变化和人类活动的双重影响，湿地面积锐减，功能退化严重。湿地沟流、短流、死区等问题日益突出，基质利用率逐年下降，并由此引发处理效率低下、堵塞及服务年限缩短等一系列问题，成为湿地进一步推广使用的瓶颈问题。在此情况下，研究发现传统湿地的构建仍停留在经验化建造阶段，缺乏行之有效的设计方法，造成了沟流、短流、死区等流场分布不均匀现象的普遍发生。上述缺陷的关键在于湿地地下水的分布和流量的测量，而这是现有技术中没有解决的难题，特别是有外界影响，如海岸线变迁等重大环境变化带来的地下水变化使得湿地的构建、维护均缺乏数据支持和技术参照。专利文献1公开的一种基于流场分布的潜流人工湿地基质结构设计方法，所针对的潜流人工湿地结构包括进水口、布水区、分层填充的主体填料区、集水区、出水口；污水由进水口流入，经布水区后，水平流过主体填料区中各填料层，在主体反应区末端汇入集水区，最后由出水口流出系统；潜流人工湿地单个池体单元长度范围为1‐56米，长宽比例为1:1‐2:1；布水区长度与人工湿地池体总长度的比例范围为1：8‐1：15；集水区长度与人工湿地池体总长度的比例范围为1：8‐1：15；床体填料有效填充深度为0.5‐1.0米；单个池体总长度小于12米时，主体填料划分为4‐6层，单个池体总长度大于12米时，主体填料划分为3‐6层；布水区和集水区选用填料的渗透系数为500‐1000m/d；若单元池体长度大于56米，则根据地形将土地划分为若干个池体单元，保证每个单元池体长度在1‐56米范围内；(2)各层填料渗透系数的设计：潜流人工湿地主体填料区各层填料的选择与人工湿地单元池体尺度相关，不同尺度人工湿地各层填料渗透系数的具体设计如下：①当池体长在1m‐6m时，各层渗透系数计算公式如(1)所示：式中：kn‐第n层填料的渗透系数，n为2，3，4，5，6；n‐从上到下的层数取值(2，3，4，5，6)；a‐系数，其计算公式如(2)所示：a＝0.0002k13.0537‐‐‐(2)式中：k1‐第一层(表层)的渗透系数取值，取值范围为10‐80m/d；②当池体长在6m‐12m时，各层渗透系数计算公式如(3)所示：kn＝a[n2‐(0.0762a+5.3485)n+36.927a‐0.3828](3)式中：kn‐第n层填料的渗透系数，n为2，3，4，5，6；n‐从上到下的层数取值(2，3，4，5，6)；a‐系数，其计算公式如(4)所示：a＝0.0009k12.0052‐‐‐(4)式中：k1‐第一层(表层)的渗透系数取值，取值范围为10‐120m/d；③当池体长在12m‐56m时，各层渗透系数计算公式如(5)所示：kn＝a[n2‐(0.0998a+5.6559)n+58.653a‐0.4483](5)式中：kn‐第n层填料的渗透系数，n为2，3，4，5，6；n‐从上到下的层数取值(2，3，4，5，6)；a‐系数，其计算公式如(6)所示：a＝0.0003k12.0578(6)式中：k1‐第一层(表层)的渗透系数取值，取值范围为10‐140m/d；(3)潜流人工湿地主体填料区各层填料的选取：采用达西渗透试验对基质填料进行测量，筛选出各层所需粒径的填料。该专利利用地下水渗流理论对不同尺度的潜流人工湿地的床体结构参数进行定量化设计，实现流场均匀分布的目的，以提升人工湿地水力效率及床体填料的利用率，但该专利无法对海岸线变迁等环境变化对地下水带来的影响且测量误差大，无法对多种地形下的对下水进行测量。专利文献2公开的一种地下水流量的计算方法包括以下步骤：1)利用三角形连续Galerkin有限单元法求解地下水流数值模型，形成原始三角形单元网格并获得地下水的水头场数据；2)将所述原始三角形单元网格进行细化，从而构造局部均衡域；3)计算所述局部均衡域的相关流量值。该专利提高基于三角形连续Galerkin有限单元法的地下水流速场及其相关计算的精度，但该专利无法对海岸线变迁等环境变化对地下水带来的影响，无法对多种地形下的对下水进行测量。专利文献3公开的一种地下水环境的建模及数值模拟方法包括以下步骤：1)前处理：设置两个属性文件，一是模拟区土壤属性文件，包括研究区边界、X与Y方向网格间距、区域土壤渗透系数、土壤有效孔隙度、污染物在此种土壤中的纵向和横向的弥散度、土壤非饱和带扩散系数和溶质吸附系数；二是地表高程与地下水水位属性文件；2)二维水流模型计算3)建立非饱和带一维溶质运移模型；4)建立饱和带溶质迁移二维数值模型，实时输出地下水流场，该专利基于IDL平台，可高效、快速、简便地模拟地下水环境，但该专利无法对海岸线变迁等环境变化对地下水带来的影响且测量误差大，无法对多种地形下的对下水进行测量。现有技术文献专利文献专利文献1：中国专利公开CN103570137A号专利文献2：中国专利公开CN105160088A号专利文献3：中国专利公开CN101908100A号
技术实现思路
专利技术要解决的问题提供一种基于海岸线变迁对滨海湿地地下水影响的测量方法及处理装置，其能够考虑海岸线变迁等环境变化对地下水带来的影响，对多种地形下的对下水进行测量且测量精度高。解决问题的方案本专利技术人等为了达成上述目的而进行了深入研究，具体而言，在本专利技术的第一方面，本专利技术提供了一种基于海岸线变迁对滨海湿地地下水影响的测量方法，基于海岸线变迁对滨海湿地地下水影响的测量方法步骤包括:在第一步骤中：构建基于海岸线变迁的地下水流模型，利用VisualMODFLOW构建海岸线变迁的地下水流模型，地下水流包括含水层和潜水含水层，所述潜水含水层为一层非均质、各向异性的潜水含水层；在第二步骤中：采集地下水流所在区域的原始数据，所述原始数据包括所述区域的水文地质数据、地下水位数据、海流水位数据及气象数据，基于所述原始数据获得区域的第一类边界数据、第二类边界数据和/或源汇项数据，所述第一类边界数据包括通用水头边界、海流边界数据，所述第二类边界数据包括零流量边界数据、流量边界数据、水量交换边界数据和隔水边界数据。在第三步骤中：建立所述模型的三维非稳定流数学模型公式，地下水三维非稳定流数学模型公式如下：其中，Ω为渗流区域；h为含水层水位标高(m)；Kx、Ky、Kz分别为x、y、z方向的渗透系数(m/d)；μd为潜水含水层给水度(1/m)；ε为源汇项(1/d)；h0(x,y,z)为含水层的初始水头(m)；h1(x,y,z)为第一类边界的水头值(m)；q(x,y,z,t)为第二类边界的单宽流量(m3/d)；t为时间(d)；S1和S2分别表示第一类边界和第二类边界，在第四步骤中：基于公式对地下水流数值求解，其中，基于水文地质数据对所述区域进行分区，模型边界处理，用Wall程序包模拟零流量边界，源汇项计算与处理，将栅格图像运用Arcgis进行地理配准、数据矢量化后获取包气带岩性分布图进行源汇项处理，初始流场，利用已有的地下水位数据的均值获取初始流场，时空离散，模本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于海岸线变迁对滨海湿地地下水影响的测量方法，其步骤包括:在第一步骤(S1)中：构建基于海岸线变迁的地下水流模型，利用Visual MODFLOW构建海岸线变迁的地下水流模型，地下水流包括含水层和潜水含水层，所述潜水含水层为一层非均质、各向异性的潜水含水层；在第二步骤(S2)中：采集地下水流所在区域的原始数据，所述原始数据包括所述区域的水文地质数据、地下水位数据、海流水位数据及气象数据，基于所述原始数据获得区域的第一类边界数据、第二类边界数据和/或源汇项数据，所述第一类边界数据包括通用水头边界、海流边界数据，所述第二类边界数据包括零流量边界数据、流量边界数据、水量交换边界数据和隔水边界数据，在第三步骤(S3)中：建立所述模型的三维非稳定流数学模型公式，地下水三维非稳定流数学模型公式如下：
【技术特征摘要】
1.一种基于海岸线变迁对滨海湿地地下水影响的测量方法，其步骤包括:在第一步骤(S1)中：构建基于海岸线变迁的地下水流模型，利用VisualMODFLOW构建海岸线变迁的地下水流模型，地下水流包括含水层和潜水含水层，所述潜水含水层为一层非均质、各向异性的潜水含水层；在第二步骤(S2)中：采集地下水流所在区域的原始数据，所述原始数据包括所述区域的水文地质数据、地下水位数据、海流水位数据及气象数据，基于所述原始数据获得区域的第一类边界数据、第二类边界数据和/或源汇项数据，所述第一类边界数据包括通用水头边界、海流边界数据，所述第二类边界数据包括零流量边界数据、流量边界数据、水量交换边界数据和隔水边界数据，在第三步骤(S3)中：建立所述模型的三维非稳定流数学模型公式，地下水三维非稳定流数学模型公式如下：其中，Ω为渗流区域；h为含水层水位标高(m)；Kx、Ky、Kz分别为x、y、z方向的渗透系数(m/d)；μd为潜水含水层给水度(1/m)；ε为源汇项(1/d)；h0(x,y,z)为含水层的初始水头(m)；h1(x,y,z)为第一类边界的水头值(m)；q(x,y,z,t)为第二类边界的单宽流量(m3/d)；t为时间(d)；S1和S2分别表示第一类边界和第二类边界，在第四步骤(S4)中：基于公式对地下水流数值求解，其中，(S4‐1)基于水文地质数据对所述区域进行分区，(S4‐2)模型边界处理，用Wall程序包模拟零流量边界，(S4‐3)源汇项计算与处理，将栅格图像运用Arcgis进行地理配准、数据矢量化后获取包气带岩性分布图进行源汇项处理，(S4‐4)初始流场，利用已有的地下水位数据的均值获取初始流场，(S4‐5)时空离散，模型模拟时间为采用1年为一个应力期，水平方向上其划分成145行和145列，垂直方向上其概化为从地表向下60m的一层潜水含水层，网格大小为500m×500×60m，在第五步骤(S4)中：基于第四步骤(S4)的求解结果，利用VisualMODFLOW得出地下水流流场图。2.根据权利要求1所述的基于海岸线变迁对滨海湿地地下水影响的测量方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘强，牟夏，蔡宴朋，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
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