一种基于水文地质和水动力学的地下水盐分分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于水文地质和水动力学的地下水盐分分析方法，包括以下步骤：S1、勘探待测区域的水文地质构造，建立待测区域水文地质结构模型；S2、对待测区域水文地质结构模型进行网格划分，并针对每一网格，建立水盐分运移模型；S3、通过钻孔取样，获得待测区域地下水历史数据；S4、根据待测区域地下水历史数据率定每一网格的水盐分运移模型参数；S5、通过水盐分运移模型，预测待测区域的地下水的盐分含量；本发明专利技术解决了现有水盐分运移模型存在模型难以求解的问题。型难以求解的问题。型难以求解的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于水文地质和水动力学的地下水盐分分析方法


[0001]本专利技术涉及地下水盐分分析领域，具体涉及一种基于水文地质和水动力学的地下水盐分分析方法。

技术介绍

[0002]地下水是人类经济社会发展中不可或缺的物质条件，由于工业化和农业高度集中化的发展，垃圾填埋、污水排放、废弃物质堆积、施药施肥、有机污染物与石油泄漏等活动可能使大量污染物质和盐分入渗到地下水中，对地下水水质造成严重风险。而地球上只有不到1％的淡水可为人直接利用，这些淡水主要分布在湖泊、河流、水库和浅层地下水中。因此，为了协调好资源利用与生态环境之间的关系，通过构建水盐分运移模型，建立数值模型，进而分析地下水盐分，得到地下水中盐分浓度，对于保护地下水资源至关重要。
[0003]现有水盐分运移模型众多，但均存在模型求解精度不理想，难以进行实际的预测操作。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种基于水文地质和水动力学的地下水盐分分析方法解决了现有水盐分运移模型存在模型难以求解的问题。
[0005]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于水文地质和水动力学的地下水盐分分析方法，包括以下步骤：
[0006]S1、勘探待测区域的水文地质构造，建立待测区域水文地质结构模型；
[0007]S2、对待测区域水文地质结构模型进行网格划分，并针对每一网格，建立水盐分运移模型；
[0008]S3、通过钻孔取样，获得待测区域地下水历史数据；
[0009]S4、根据待测区域地下水历史数据率定每一网格的水盐分运移模型参数；
[0010]S5、通过水盐分运移模型，预测待测区域的地下水的盐分含量。
[0011]进一步地，步骤S1中采用超宽带穿墙探测雷达UWB
‑
TWDR对待测区域的水文地质构造进行勘探。
[0012]进一步地，步骤S2中通过有限元法或有限差分法对待测区域水文地质结构模型进行网格划分，所用剖分工具包括：GMS、FEFLOW、Visual MODEFLOW和Visual Groundwater。
[0013]进一步地，步骤S2中水盐分运移模型为：
[0014][0015][0016][0017][0018]其中，C为对象网格的地下水盐分浓度，x为对象网格的横坐标，y为对象网格的纵坐标，t为时间，α1为对象网格的水盐第一扩散系数，α2为对象网格的水盐第二扩散系数，α3为对象网格的水盐第三扩散系数，ε1为对象网格x方向渗透影响因子，ε2为对象网格y方向渗透影响因子，v
x
为对象网格的地下水渗透流速x方向分量，v
y
为对象网格的地下水渗透流速y方向分量，κ1为对象网格的地下水x方向渗透系数，κ2为对象网格的地下水y方向渗透系数，h为对象网格的单位质量地下水的机械能，θ为对象网格含水层厚度，γ为对象网格非渗透水流入量，μ为对象网格的水量时空变化系数。
[0019]上述进一步方案的有益效果为：
[0020]1、在单个对象网格中，小范围内系数与对象网格的横坐标x和对象网格的纵坐标y几乎无关，相当于是将待测区域水文地质结构模型进行无线细分，那么在小的对象网格中，α1、α2、α3、ε1、ε2、κ1和κ2可当作常数，通过上述水盐分运移模型，可看出该模型结构简单，运算量较小，且其水盐分运移模型参数为常数，便于通过率定方法将水盐分运移模型参数率定出来。
[0021]2、本模型还考虑了地下水的机械能使得渗透流入流出带来的渗透变化和非渗透水的变化。
[0022]进一步地，步骤S4中采用GA遗传算法对水盐分运移模型进行参数率定。
[0023]进一步地，GA遗传算法包括以下分步骤：
[0024]A1、根据水盐分运移模型参数，构建水盐分运移模型参数向量；
[0025]A2、设定水盐分运移模型参数向量中元素初始值，并作为GA遗传模型的第i代种群个体，i的初值为1；
[0026]A3、根据待测区域地下水历史数据，计算第i代种群个体的适应度；
[0027]A4、判断第i代种群个体的适应度是否小于适应度阈值，若是，则得到水盐分运移模型参数；若否，则跳转至步骤A5；
[0028]A5、根据第i代种群个体的适应度，计算交叉概率和变异概率；
[0029]A6、根据交叉概率和变异概率，对第i代种群个体进行交叉和变异，得到下一代种群个体，即i自加1代种群个体，并跳转至步骤A3。
[0030]进一步地，步骤A5中交叉概率的公式为：
[0031][0032]其中，P1为交叉概率，P0为交叉概率初值，θ为调节参数，t为迭代次数，ω1、ω1为权重系数，为种群个体中最大的适应度，为种群个体的平均适应度，为两个未交叉个体间较大的适应度。
[0033]上述进一步方案的有益效果为：在不断的迭代过程中，适应参数在不断的变动，使得交叉概率随着迭代次数和适应参数进行自适应变换，并对和赋予不同的权重值，进而让未交叉个体间能获得更大的交叉概率，随着迭代次数的增加，交叉概率是越来越小的，避免在迭代后期出现很大的扰动。
[0034]进一步地，步骤A5中变异概率的公式为：
[0035][0036]其中，X1为变异概率，X0为变异概率初始值，θ为调节参数，t为迭代次数，为种群个体中最大的适应度，为种群个体中最大的适应度，为种群个体的平均适应度，为待变异个体的适应度。
[0037]上述进一步方案的有益效果为：待变异个体的适应度较小时，采用初始的变异概率进行变异，在待变异个体的适应度较大时，采用较大变异概率，进而使得能出现较大的扰动，并且，其变异概率与待变异个体的适应度和种群个体的平均适应度均有关，尽量保留优良个体，使得变异概率随着迭代次数和适应参数也能进行自适应变换。
[0038]综上，本专利技术的有益效果为：本专利技术通过建立待测区域水文地质结构模型，并将待测区域水文地质结构模型进行网格划分，从而建立每一网格的水盐分运移模型，在每个网格中水盐分运移模型参数为常数，使得模型便于求解，设计了一种能用于预测待测区域的地下水的盐分含量的水盐分运移模型。
附图说明
[0039]图1为一种基于水文地质和水动力学的地下水盐分分析方法的流程图。
具体实施方式
[0040]下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。
[0041]如图1所示，一种基于水文地质和水动力学的地下水盐分分析方法，包括以下步骤：
[0042]S1、勘探待测区域的水文地质构造，建立待测区域水文地质结构模型；
[0043]步骤S1中采用超宽带穿墙探测雷达UWB
‑
TWDR对待测区域的水文地质构造进行勘探。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于水文地质和水动力学的地下水盐分分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、勘探待测区域的水文地质构造，建立待测区域水文地质结构模型；S2、对待测区域水文地质结构模型进行网格划分，并针对每一网格，建立水盐分运移模型；S3、通过钻孔取样，获得待测区域地下水历史数据；S4、根据待测区域地下水历史数据率定每一网格的水盐分运移模型参数；S5、通过水盐分运移模型，预测待测区域的地下水的盐分含量。2.根据权利要求1所述的基于水文地质和水动力学的地下水盐分分析方法，其特征在于，所述步骤S1中采用超宽带穿墙探测雷达UWB
‑
TWDR对待测区域的水文地质构造进行勘探。3.根据权利要求1所述的基于水文地质和水动力学的地下水盐分分析方法，其特征在于，所述步骤S2中通过有限元法或有限差分法对待测区域水文地质结构模型进行网格划分，所用剖分工具包括：GMS、FEFLOW、Visual MODEFLOW和Visual Groundwater。4.根据权利要求1所述的基于水文地质和水动力学的地下水盐分分析方法，其特征在于，所述步骤S2中水盐分运移模型为：于，所述步骤S2中水盐分运移模型为：于，所述步骤S2中水盐分运移模型为：于，所述步骤S2中水盐分运移模型为：其中，C为对象网格的地下水盐分浓度，x为对象网格的横坐标，y为对象网格的纵坐标，t为时间，α1为对象网格的水盐第一扩散系数，α2为对象网格的水盐第二扩散系数，α3为对象网格的水盐第三扩散系数，ε1为对象网格x方向渗透影响因子，ε2为对象网格y方向渗透影响因子，v
x
为对象网格的地下水渗透流速x方向分量，v
y
为对象网格的地下水渗透流速y方向分量，κ1为对象网格的地下水x方向渗透系...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯保灯，曹国亮，王嗣晨，刘军，孙青言，肖伟华，佟浩旭，陈晓清，刘洪财，
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：