一种海水入侵地下水的监测预警方法及系统技术方案

本申请提出了一种海水入侵地下水的监测预警方法及系统，涉及地下水管理与工程领域。一种海水入侵地下水的监测预警方法包括：建立非饱和地下水流及热流传输模型，并绘制地下水位和海水入侵监测点的分布坐标；对海水入侵监测点的分布坐标和地下水位的变化时间进行离散分析，从而确定出检测区域内的海水入侵范围；采用RNN神经网络对非饱和地下水流及热流传输模型进行模型训练，建立预测模型，计算出每一个海水入侵监测点的分布坐标的海水入侵概率；根据每一个海水入侵监测点的分布坐标的海水入侵概率，计算出每一个海水入侵监测点的分布坐标的海水入侵预警等级。能够对地下水遭受海水入侵灾害的趋势进行预测和预警。受海水入侵灾害的趋势进行预测和预警。受海水入侵灾害的趋势进行预测和预警。

A monitoring and early warning method and system for seawater intrusion into groundwater

【技术实现步骤摘要】
一种海水入侵地下水的监测预警方法及系统


[0001]本申请涉及地下水管理与工程领域，具体而言，涉及一种海水入侵地下水的监测预警方法及系统。

技术介绍

[0002]海水入侵是由于自然或人为因素影响下导致地下水位大幅下降甚至低于海平面，造成咸淡水之间的水动力平衡被打破，引起高矿化度海水向滨海含水层侵入的现象。沿海地区不仅人口高度集中、经济发展迅速而且地下水是当地最主要的淡水水源，因此对淡水资源的过度需求导致淡水地下水位大幅下降，在咸淡水压力的共同作用下海水向淡水侧不断移动，进而引起严重的海水入侵，反过来，海水入侵也严重威胁着有限的地下淡水资源。事实上，海水入侵问题已成为全球最严重的环境问题之一，严重制约沿海地区的社会经济发展，引起了世界各沿海国家的高度重视。
[0003]但是，随着地下水系统研究的不断发展与地下水数值模型的仿真度不断提升，构建更加精细化的管理模型要求发展先进的优化技术求解复杂地下水系统的管理问题。近二十多年来，水资源管理问题由传统的单目标优化向多目标优化发展，由确定性优化问题向随机优化问题发展。而与地下水系统相关的管理模型往往又具有非线性、非凸性、随机性以及高维决策变量与多目标变量等特征。基于启发式搜索的多目标进化算法(Multi
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Objective Evolutionary Algorithm,MOEA)适用于以上复杂的地下水优化问题，已在实际管理问题中广泛应用。海水入侵问题已经成为全球海岸带地区普遍面临的地质灾害。
[0004]海水入侵过程中水岩相互作用会引起地下水咸化、土壤退化等一系列环境问题，严重影响着社会经济发展和生态环境安全，因此，海水入侵问题已经引起全球科学家的共同关注。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种海水入侵地下水的监测预警方法，其能够对地下水遭受海水入侵灾害的趋势进行预测和预警。
[0006]本申请的另一目的在于提供一种海水入侵地下水的监测预警系统，其能够运行一种海水入侵地下水的监测预警方法。
[0007]本申请的实施例是这样实现的：
[0008]第一方面，本申请实施例提供一种海水入侵地下水的监测预警方法，其包括建立非饱和地下水流及热流传输模型，并绘制地下水位和海水入侵监测点的分布坐标；对海水入侵监测点的分布坐标和地下水位的变化时间进行离散分析，从而确定出检测区域内的海水入侵范围；采用RNN神经网络对非饱和地下水流及热流传输模型进行模型训练，建立预测模型，计算出每一个海水入侵监测点的分布坐标的海水入侵概率；根据每一个海水入侵监测点的分布坐标的海水入侵概率，计算出每一个海水入侵监测点的分布坐标的海水入侵预警等级。
[0009]在本申请的一些实施例中，上述建立非饱和地下水流及热流传输模型，并绘制地下水位和海水入侵监测点的分布坐标包括：对检测区域的地下水位进行断面式站点布设，并在每一条地下水位断面上分别布设多个海水入侵监测点，并记录多个海水入侵监测点中每个监测点的坐标。
[0010]在本申请的一些实施例中，上述还包括：根据纯水、参考盐水、热量交换和空气模拟分析不同条件引起的海水入侵的效果，从而建立非饱和地下水流及热流传输模型。
[0011]在本申请的一些实施例中，上述对海水入侵监测点的分布坐标和地下水位的变化时间进行离散分析，从而确定出检测区域内的海水入侵范围包括：海水入侵监测点的分布坐标采用积分形式的求偏微分方程和方程组定解问题的数值解的方法进行离散分析。
[0012]在本申请的一些实施例中，上述还包括：地下水位的变化时间采用一阶向后差分的全隐式方法进行离散分析。
[0013]在本申请的一些实施例中，上述采用RNN神经网络对非饱和地下水流及热流传输模型进行模型训练，建立预测模型，计算出每一个海水入侵监测点的分布坐标的海水入侵概率包括：将每一个海水入侵监测点的抽水流量和对应的海水入侵程度值作为RNN神经网络的训练样本。
[0014]在本申请的一些实施例中，上述根据每一个海水入侵监测点的分布坐标的海水入侵概率，计算出每一个海水入侵监测点的分布坐标的海水入侵预警等级包括：海水入侵监测点的海水入侵预警等级按海水入侵的可能性进行划分。
[0015]第二方面，本申请实施例提供一种海水入侵地下水的监测预警系统，其包括建模模块，用于建立非饱和地下水流及热流传输模型，并绘制地下水位和海水入侵监测点的分布坐标；
[0016]离散分析模块，用于对海水入侵监测点的分布坐标和地下水位的变化时间进行离散分析，从而确定出检测区域内的海水入侵范围；
[0017]预测模块，用于采用RNN神经网络对非饱和地下水流及热流传输模型进行模型训练，建立预测模型，计算出每一个海水入侵监测点的分布坐标的海水入侵概率；
[0018]海水入侵预警模块，用于根据每一个海水入侵监测点的分布坐标的海水入侵概率，计算出每一个海水入侵监测点的分布坐标的海水入侵预警等级。
[0019]在本申请的一些实施例中，上述包括：用于存储计算机指令的至少一个存储器；与上述存储器通讯的至少一个处理器，其中当上述至少一个处理器执行上述计算机指令时，上述至少一个处理器使上述系统执行：建模模块、离散分析模块、预测模块及海水入侵预警模块。
[0020]第三方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如一种海水入侵地下水的监测预警方法中任一项的方法。
[0021]相对于现有技术，本申请的实施例至少具有如下优点或有益效果：
[0022]可以通过对监测起始时间、位置和监测时间间隔，从而实现了监测过程的自动化。同时也对模型进行了理论求解，即以TOUGH2为工具，空间上采用积分形式的有限差分方法进行离散，时间上采用一阶向后差分的全隐式方法进行离散，并基于地统计分析方法进行灾害的预警预报，由此可以准确地评价出检测区域的海水入侵现状及概率分布，从而提高
了海岸带地区的防灾减灾能力，对于指导大型海岸带工程的开发管理与保障居民生活环境安全具有重大意义。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0024]图1为本申请实施例提供的一种海水入侵地下水的监测预警方法步骤示意图；
[0025]图2为本申请实施例提供的一种海水入侵地下水的监测预警方法详细步骤示意图；
[0026]图3为本申请实施例提供的一种海水入侵地下水的监测预警系统模块示意图；
[0027]图4为本申请实施例提供的一种电子设备。
[0028]图标：10
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建模模块；20
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离散分析模块；30
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预测模块；40
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海水入侵预警模块；101...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海水入侵地下水的监测预警方法，其特征在于，包括：建立非饱和地下水流及热流传输模型，并绘制地下水位和海水入侵监测点的分布坐标；对海水入侵监测点的分布坐标和地下水位的变化时间进行离散分析，从而确定出检测区域内的海水入侵范围；采用RNN神经网络对非饱和地下水流及热流传输模型进行模型训练，建立预测模型，计算出每一个海水入侵监测点的分布坐标的海水入侵概率；根据每一个海水入侵监测点的分布坐标的海水入侵概率，计算出每一个海水入侵监测点的分布坐标的海水入侵预警等级。2.如权利要求1所述的一种海水入侵地下水的监测预警方法，其特征在于，所述建立非饱和地下水流及热流传输模型，并绘制地下水位和海水入侵监测点的分布坐标包括：对检测区域的地下水位进行断面式站点布设，并在每一条地下水位断面上分别布设多个海水入侵监测点，并记录多个海水入侵监测点中每个监测点的坐标。3.如权利要求2所述的一种海水入侵地下水的监测预警方法，其特征在于，还包括：根据纯水、参考盐水、热量交换和空气模拟分析不同条件引起的海水入侵的效果，从而建立非饱和地下水流及热流传输模型。4.如权利要求1所述的一种海水入侵地下水的监测预警方法，其特征在于，所述对海水入侵监测点的分布坐标和地下水位的变化时间进行离散分析，从而确定出检测区域内的海水入侵范围包括：海水入侵监测点的分布坐标采用积分形式的求偏微分方程和方程组定解问题的数值解的方法进行离散分析。5.如权利要求4所述的一种海水入侵地下水的监测预警方法，其特征在于，还包括：地下水位的变化时间采用一阶向后差分的全隐式方法进行离散分析。6.如权利要求1所述的一种海水入侵地下水的监测预警方法，其特征在于，所述采用RNN神经网络对...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨国维，
申请(专利权)人：杨国维，
类型：发明
国别省市：