饱和-非饱和水分及溶质运移双重迭代耦合方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供饱和

【技术实现步骤摘要】
饱和
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非饱和水分及溶质运移双重迭代耦合方法及装置


[0001]本专利技术属于地下水分及溶质计算领域，具体涉及区域饱和
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非饱和水分及溶质运移模型双重迭代耦合方法及装置。
技术背景
[0002]区域尺度饱和
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非饱和水分及溶质运移规律一直是地下水资源与环境的研究重点，关系到地下水污染、土壤盐碱化、地下水开采、农业灌区灌溉排水等问题，建立区域尺度饱和
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非饱和水分及溶质运移模型是一种有效的研究手段。非饱和带土壤水分是地下水系统的重要补给来源和潜层地下水的主要消耗途径，同时也是地下水污染的主要源头与缓冲区，因此需要将二者进行统一的分析与模拟。
[0003]饱和带地下水及溶质与非饱和带地下水及溶质的时空运移尺度存在较大差异，因此研究中常采用拟三维方法予以处理。基于拟三维方法的区域尺度饱和
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非饱和水分及溶质模型目前仍然较少，仅有UZF
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MODFLOW
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MT3D、HYDRUS
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MODFLOW...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.区域饱和
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非饱和水分及溶质运移模型双重迭代耦合方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.收集研究区的水文地质气象数据资料；将研究区中非饱和带离散为L个分区，饱和带离散为m
×
n个有限差分网格；根据研究区数据资料确定离散后各区域网格的参数信息；将这些参数信息作为输入参数，采用以下步骤2至11计算得到各应力期各时间步下的饱和
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非饱和水分及溶质运移情况；步骤2.设置非饱和带厚度：设当前正处于第t个计算时间步的第p个迭代步，应力期长度为ΔT，上一时间步计算得到的非饱和带厚度为上一个迭代步计算得到的非饱和带厚度为在第t个计算时间步第p次迭代中，第l个子区域的非饱和带厚度：式中，S
l
为第l个子区域非饱和带的面积；根据各子区域的非饱和带厚度能够得到整个研究区非饱和带的厚度研究区非饱和带的厚度为L维数组；步骤3.运行非饱和带水分运移模块：运行非饱和带水分运移模块，计算时间段为从t时刻至t+ΔT时刻；步骤4.判断非饱和带水分运动模块的计算结果是否满足溶质运移计算的需求：计算非饱和剖面的所有时刻的Courant数，记为Cr，若Cr＞1，则折减时间步长并返回步骤3重新计算非饱和带水分运移模型，直至满足Cr≤1；步骤5.计算ΔT时段内的地下水平均补给速率R：式中，r代表区域l中非饱和带水分运移模型每个时刻计算得到的地下水补给量；依次对各区域中地下水补给量进行计算，得到该应力期中整个研究区的地下水补给速率，将之写为与地下水有限差分网格一一对应的m
×
n维数组形式，记为R
t,p
；步骤6.运行饱和带地下水运动模块：将地下水补给速率R
t,p
传递给地下水运动模型，并在t时刻至t+ΔT时刻运行该模型，获得地下水位H
t,p
和地下水埋深均为m
×
n维数组；步骤7.进行水分运动模块收敛性判断：max(|H
t，p
‑
H
t，p
‑1|)＜ε
w
,式中，ε
w
为容忍误差；若两个公式同时满足，则判断为收敛，进入步骤8，进行溶质运移模块的计算；否则返回至步骤2开始该时间步的下一个迭代过程计算非饱和带水分模块，直至满足该收敛条件；步骤8.设置非饱和带溶质下边界条件：
设当前正处于第t个计算时间步的第q个迭代步，上一时间步计算得到的饱和带潜水含水层地下水浓度为上一个迭代步计算得到的饱和带潜水含水层地下水浓度为第t个计算时间步第q次迭代中，第l个子区域的非饱和带溶质下边界条件为：式中，S
l
为第l个子区域非饱和带的面积；根据各子区域的非饱和带溶质下边界条件能够得到整个研究区非饱和带溶质的下边界条件够得到整个研究区非饱和带溶质的下边界条件为L维数组；步骤9.运行非饱和带溶质运移模块：运行非饱和带溶质运移模块，计算时间段为从t时刻至t+ΔT时刻，得到地下水补给量的浓度步骤10.运行饱和带溶质运移模块：将地下水补给浓度传递给溶质运动模型，并在t时刻至t+ΔT时刻运行该模型，获得饱和带潜水含水层地下水浓度为水浓度为为m
×
n维数组；步骤11.进行溶质运移模块收敛性判断：步骤11.进行溶质运移模块收敛性判断：式中，ε
s
为容忍误差；若两个公式同时满足，则判断为收敛，进入下一个时间步的计算；否则返回至步骤8开始该时间步的下一个迭代过程计算非饱和带溶质模块，直至满足该收敛条件。2.根据权利要求1所述的区域饱和
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非饱和水分及溶质运移模型双重迭代耦合方法，其特征在于：其中，在步骤1中，研究区的水文地质气象数据资料包括：水文地质数据、气象数据、土地利用类型数据、河渠水位数据资料；根据研究区数据资料确定的参数信息为：包含地表高程、底板高程、河渠位置及水位空间的地理信息，和地下水位、地下水浓度的初始条件信息，以及地下水饱和渗透系数、土壤水水力参数、溶质纵向弥散度信息。3.根据权利要求1所述的区域饱和
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非饱和水分及溶质运移模型双重迭代耦合方法，其特征在于：其中，在步骤2中，对于第一个应力期的第一个时间步，采用根据步骤1获取的输入参数所确定的初始条件进行计算；若为第一个迭代步，则采用上一个时间步计算得到的结果作为非饱和带厚度。4.根据权利要求1所述的区域饱和
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非饱和水分及溶质运移模型双重迭代耦合方法，其特征在于：其中，在步骤6中，地下水运动模型为MODFLOW模型。5.根据权利要求1所述的区域饱和
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非饱和水分及溶质运移模型双重迭代耦合方法，其特征在于：
其中，在步骤8中，于第一个应力期的第一个时间步，采用根据步骤1获取的输入参数所确定的初始条件进行计算；若为第一个迭代步，则采用上一个时间步计算得到的结果作为饱和带潜水含水层地下水浓度。6.根据权利要求1所述的区域饱和
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非饱和水分及溶质运移模型双重迭代耦合方法，其特征在于：其中，在步骤10中，溶质运动模型为MT3DMS模型。7.区域饱和
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【专利技术属性】
技术研发人员：毛威，朱焱，杨洋，赵天兴，杨金忠，伍靖伟，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：