一种基于地下水模型的坎儿井数值模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种基于地下水模型的坎儿井数值模拟方法，涉及水文水资源技术领域，其将坎儿井段分为暗渠、明渠和漫流区三个部分，每个部分均输入对应的坎儿井模拟参数；根据坎儿井模拟参数建立坎儿井概念模型；根据坎儿井概念模型，采用有限差分矩阵方程对坎儿井与地下水动态关系进行模拟，通过水量平衡方程对收敛的模拟结果水头值进行水均衡检验计算，最终输出所有时段的水均衡误差、坎儿井概念模型中的参数值以及收敛后的水头值，完成坎儿井数值模拟。该方法能够实现对坎儿井水流从集水到蓄水全过程的系统性模拟，提供了在农业季节性需水要求下的坎儿井水量分析途径，建立了分析坎儿井农业用水量和生态用水量之间关系的模型。

A numerical simulation method of Karez based on groundwater model

【技术实现步骤摘要】
一种基于地下水模型的坎儿井数值模拟方法
本专利技术涉及水文水资源
，具体而言，涉及一种基于地下水模型的坎儿井数值模拟方法。
技术介绍
坎儿井主要由竖井、暗渠、明渠、涝坝(蓄水池)等组成，其布局一般顺地下潜流流向，与地下潜流平行或斜交。竖井具备两个功能，一是起集水作用,截取收集地下水；二是供开挖暗渠时定位、下井、排土和通风等，便于在后期运行管理过程中检查、岁修和维护。暗渠一般分为集水段和输水段，当周围的潜水位高出暗渠时，暗渠截取和汇集地下水；当周围的潜水位低于暗渠时，暗渠便作为输水通道，把集水段汇集的地下水引出地面。明渠是直接引水区，将从暗渠出来的地下水引入储水涝坝。涝坝一般建于明渠末端，主要功能就是蓄水，调配坎儿井水，使坎儿井水得到充分利用。近年来，坎儿井数量呈衰减之势，对此目前专家学者对坎儿井做了大量的研究，包括坎儿井的使用对社会经济发展、居民生活方式、生态环境价值等方面的研究；坎儿井的利用现状、衰败原因、保护措施方面的探讨；坎儿井使用过程中的创新等方面。目前的种种研究大多都是基于田野考察、访谈、查阅历史文献、设计指标权重等方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于地下水模型的坎儿井数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、将坎儿井段分为暗渠、明渠和漫流区三个部分，每个部分均输入对应的坎儿井模拟参数；/nS2、根据坎儿井模拟参数建立当前时段的坎儿井概念模型，所述坎儿井概念模型包括暗渠概念模型、明渠概念模型和漫流区概念模型；/nS3、根据坎儿井概念模型，采用有限差分矩阵方程对坎儿井与地下水动态关系进行模拟，并求解后得到模拟结果，所述模拟结果为水头值；/nS4、若所述模拟结果收敛，则继续执行步骤S5，否则跳转至步骤S3；/nS5、通过水量平衡方程对收敛后的模拟结果进行水均衡检验计算，得到水均衡误差，之后输出水均衡误差、坎儿井概念模型中的参...

【技术特征摘要】
1.一种基于地下水模型的坎儿井数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将坎儿井段分为暗渠、明渠和漫流区三个部分，每个部分均输入对应的坎儿井模拟参数；
S2、根据坎儿井模拟参数建立当前时段的坎儿井概念模型，所述坎儿井概念模型包括暗渠概念模型、明渠概念模型和漫流区概念模型；
S3、根据坎儿井概念模型，采用有限差分矩阵方程对坎儿井与地下水动态关系进行模拟，并求解后得到模拟结果，所述模拟结果为水头值；
S4、若所述模拟结果收敛，则继续执行步骤S5，否则跳转至步骤S3；
S5、通过水量平衡方程对收敛后的模拟结果进行水均衡检验计算，得到水均衡误差，之后输出水均衡误差、坎儿井概念模型中的参数值以及收敛后的水头值；
S6、重复步骤S2～S5，直至输出所有时段的水均衡误差、坎儿井概念模型中的参数值以及收敛后的水头值后，完成坎儿井数值模拟。


2.根据权利要求1所述基于地下水模型的坎儿井数值模拟方法，其特征在于，所述步骤S1中，坎儿井模拟参数包括坎儿井基础数据、蒸发数据以及人工取水数据；所述坎儿井基础数据包括坎儿井编号、坎儿井属性数据、流入量和流出量，所述坎儿井属性数据指坎儿井的长度、宽度、地面坡降、坎儿井底部高程、底部厚度以及曼宁糙率系数；所述蒸发数据包括蒸发强度；所述人工取水数据包括取水方式和取水量。


3.根据权利要求2所述基于地下水模型的坎儿井数值模拟方法，其特征在于，所述步骤S2中，
所述暗渠概念模型通过水渗流量Q1构建，其构建方法是将暗渠沿其长度方向依次剖分成若干段，然后构造各暗渠段与地下含水层之间的水交换量的函数模型，暗渠段与地下含水层之间的水交换量的函数模型如公式(1)所示，
Qcon1＝Q1(1)
其中，Qcon1为坎儿井暗渠段与地下含水层之间的水交换量；
所述明渠概念模型通过水渗流量Q2、水蒸发量Qeta2和用水量Qu构建，其构建方法是将明渠沿其长度方向依次剖分成若干段，然后构造各明渠段与地下含水层之间的水交换量的函数模型，明渠段与地下含水层之间的水交换量的函数模型如公式(2)所示，
Qcon2＝Q2+Qeta2+Qu(2)
其中，Qcon2为坎儿井明渠段与地下含水层之间的水交换量；
所述漫流区概念模型通过水渗流量Q3和水蒸发量Qeta3构建，其构建方法是将漫流区沿其长度方向依次剖分成若干段，然后构造各漫流段与地下含水层之间的水交换量的函数模型，漫流段与地下含水层之间的水交换量的函数模型如公式(3)所示，
Qcon3＝Q3+Qeta3(3)
其中，Qcon3为坎儿井漫流段与地下含水层之间的水交换量。


4.根据权利要求3所述基于地下水模型的坎儿井数值模拟方法，其特征在于，暗渠段的水渗流量Q1、明渠段的水渗流量Q2和漫流段的水渗流量Q3的计算方法相同，并包括以下步骤：
a1、根据曼宁公式计算目标水流区的水位Hs，如公式(4)所示，



其中，Q为目标水流区的入流量；n为目标水流区的曼宁糙率系数；C为目标水流区与...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆垂裕，曹国亮，李天辰，孙青言，严聆嘉，秦韬，李泽鹏，赵勇，王建华，张博，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11