基于GIS平台的地下水环评自动预测方法技术

本发明专利技术公开了基于GIS平台的地下水环评自动预测方法，包括以下步骤：S1水文地质参数采集及输入；S2污染物运移模拟；S3数据后处理；S4模拟结果分析，本发明专利技术适用于地下水环境影响评价技术领域，可以有效对预测结果进行快速的分析处理，以获得污染事件对地下水环境影响预测范围，具有极大的灵活性和实用性，适用于任意地点、任意污染因子、任意源强、任意模拟期的拟建污染项目的地下水环境影响预测，对于项目申报方以及审批的管理者而言，都提供了极大的便捷。捷。捷。

【技术实现步骤摘要】
基于GIS平台的地下水环评自动预测方法


[0001]本专利技术属于地下水环境影响评价
，具体是基于GIS平台的地下水环评自动预测方法。

技术介绍

[0002]为了防止拟建项目在各个时期对地下水造成污染，地下水环境影响评价尤为重要，只有构建完善的评级体系，才能正确的对污染环境影响进行预测，才能判断污染项目选址是否合理，能否落户。该导则的出台不仅弥补了地下水环境影响评价导则的空白，完善了环境影响评价导则的体系，并且给地下水环境影响评价提供了统一的标准。
[0003]但是在地下水环境影响评价过程中，项目一级级评价均要求采用数值法进行评价，二、三级评价也需要较多的地下水专业知识和数学计算才能完成，法耗费大量的人力物力，执行难度大。而且数值模拟方法使用门槛较高，对于一些非地下水专业的环保人士来说，对地下水数值模拟的原理、水文地质相关知识不够了解，无法对相应研究区条件进行概化和处理，无法正确的建立其地下水水流模型和水质模型，导致其预测结果缺乏说服力。除此以外，在同一地区，不同申报项目都要进行独立的环境影响评价，有大量重复的水文地质调查、数值建模和处理、评审工作，是对时间和资源的浪费。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供基于GIS平台的地下水环评自动预测方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0006]基于GIS平台的地下水环评自动预测方法，包括以下步骤：
[0007]S1水文地质参数采集及输入；
[0008]S2污染物运移模拟；
[0009]S3数据后处理；
[0010]S4模拟结果分析。
[0011]优选的，步骤S1中，水文地质数据包括：地下水水位高程栅格数据、有效孔隙度栅格数据、地下水含水层厚度分布栅格数据、地层导水系数栅格数据以及污染源位置、污染物质量、弥散度、延迟因子、衰变系数、污染源位置、记录步长、追踪时间等参数，水文地质参数输入后，基于区域地下水流数值模型，生成预测期污染物浓度分布栅格文件；
[0012]其中，记录步长和追踪时间是可选填参数，记录步长是指污染物每迁移多少距离长度会生成一条记录，若不填写追踪时间，默认为时间趋于无穷大，模型运行完成后将生成文本格式的粒子追踪文件以及一条污染物迁移路径线要素，该条线要素即为时间趋于无穷大时污染物的迁移轨迹；
[0013]选填参数还包括污染物扩散时间、纵向弥散性、横纵弥散比、延迟因子、衰变系数，其中扩散时间根据模拟期长度的需要进行设置，弥散性、延迟因子、衰变系数根据污染源实
际位置以及具体污染物的种类进行预设，在不填写这些参数的情况下，默认延迟因子为1，衰变系数为0。
[0014]优选的，区域地下水流数值模型为：
[0015][0016]h(x，y)|
Γ1
＝g(x，y)(x，y)∈
Γ1
ꢀꢀꢀ
(3.2)，
[0017][0018]式中：K—含水层渗透系数，m/d；
[0019]H—地下水水头，m；
[0020]W—源汇项，1/d；
[0021]Γ1—已知水位边界(一类边界)；
[0022]Γ2—已知流量边界(二类边界)；
[0023]Ω—研究区。
[0024]优选的，步骤S2中，污染物运移模拟，包括：
[0025]使用ArcPy语言，调用Fortran程序，将其制作为ArcGIS工具，通过污染预测模型，得到生成的污染物浓度分布的栅格。
[0026]优选的，污染预测模型为：
[0027][0028]其中：
[0029]C：溶质浓度，作为两个空间维度和时间t的函数；
[0030]D
′
L
：纵向有效扩散系数；
[0031]D
′
T
：横向有效扩散系数；
[0032]λ：衰变系数，假定为一阶指数衰变的常量；
[0033]对于级别稍低的二、三级地下水环评，还可以采用二维空间中初始浓度为0 的点源高斯扩散方程求得近似解：
[0034][0035]其中：
[0036]M：污染源出瞬间释放的溶质质量，采用质量单位；
[0037]n：蓄水层孔隙度；
[0038]R：延迟因子；
[0039]b：蓄水层厚度，采用长度单位；
[0040]纵向和横向的高斯分布方差，指定为所提供的纵向弥散性和弥散比以及从追踪文件中获取的溶质质心行进路径长度的函数。
[0041]优选的，步骤S3中，数据后处理，包括：
[0042]使用按属性提取工具将污染物浓度大于III类水标准的栅格提取出来，获得了一个污染物浓度分布栅格文件；
[0043]将评价模型所需水位等值线栅格、污染源位置、污染物环境质量浓度限值、以及各文件输出路径作为参数供用户填写或选择。
[0044]优选的，步骤S4中，模拟结果分析，包括：
[0045]S41获取污染总面积；
[0046]S42获取浓度最值及最大迁移距离；
[0047]S43获取污染物浓度超标范围及面积；
[0048]S44将步骤S41、S42、S43整合为一个完整的模型，将相同的输入数据整合简化，将模型所需要的输入数据、输出数据、各工具运行所需设置的参数、表达式中涉及的值均设置为模型参数，并将模型参数输入输出路径均设置为空值，最后验证模型，确保模型各流程的有效性，保存为模型工具。
[0049]优选的，步骤S41中，获取污染总面积，包括：
[0050]通过汇总统计数据工具对聚合后的面要素中Shape_Area字段进行求和，获得污染总面积，输出结果为统计表格。
[0051]优选的，步骤S42中，获取浓度最值及最大迁移距离，包括：
[0052]使用融合工具对输入要素浓度值所对应字段进行融合，获得字段值唯一的浓度等值线，使用汇总统计数据工具对字段值唯一的浓度等值线进行统计，统计类型为获取最大污染物浓度和最小污染物浓度，从而得到了污染物浓度最值，输出结果为统计表。
[0053]优选的，步骤S43中，获取污染物浓度超标范围及面积，包括：
[0054]筛选出浓度大于环境质量标准浓度限值的等值线，拖入筛选工具，以具有唯一字段值的浓度等值线作为输入数据，筛选表达式中使用行内变量替换使得浓度值等于污染物浓度限值，接下来使用复制要素工具将筛选结果创建为独立的要素，即超标等值线，使用要素转面工具将等值线转化为面要素，即超标范围，并使用聚合面工具将超标范围各个面要素聚合，最后使用汇总统计数据工具对超标范围的Shape_Area字段进行求和，获得污染物浓度超标面积总和；
[0055]其中，将唯一字段值浓度等值线、浓度限值、超标范围、超标面积统计结果设置为模型参数，浓度限值为空白双精度数据，由使用者根据所要预测的污染物浓度限制自行设定，输出结果为超标范围面要素以及超标面积统计表格。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于GIS平台的地下水环评自动预测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1水文地质参数采集及输入；S2污染物运移模拟；S3数据后处理；S4模拟结果分析。2.如权利要求1所述的基于GIS平台的地下水环评自动预测方法，其特征在于，所述步骤S1中，水文地质数据包括：地下水水位高程栅格数据、有效孔隙度栅格数据、地下水含水层厚度分布栅格数据、地层导水系数栅格数据以及污染源位置、污染物质量、弥散度、延迟因子、衰变系数、污染源位置、记录步长、追踪时间等参数，水文地质参数输入后，基于区域地下水流数值模型，生成预测期污染物浓度分布栅格文件；其中，记录步长和追踪时间是可选填参数，记录步长是指污染物每迁移多少距离长度会生成一条记录，若不填写追踪时间，默认为时间趋于无穷大，模型运行完成后将生成文本格式的粒子追踪文件以及一条污染物迁移路径线要素，该条线要素即为时间趋于无穷大时污染物的迁移轨迹；选填参数还包括污染物扩散时间、纵向弥散性、横纵弥散比、延迟因子、衰变系数，其中扩散时间根据模拟期长度的需要进行设置，弥散性、延迟因子、衰变系数根据污染源实际位置以及具体污染物的种类进行预设，在不填写这些参数的情况下，默认延迟因子为1，衰变系数为0。3.如权利要求2所述的基于GIS平台的地下水环评自动预测方法，其特征在于，所述区域地下水流数值模型为：h(x，y)|
Γ1
＝g(x，y) (x，y)∈Γ1ꢀꢀꢀꢀ
(3.2)，式中：K—含水层渗透系数，m/d；H—地下水水头，m；W—源汇项，1/d；Γ1—已知水位边界(一类边界)；Γ2—已知流量边界(二类边界)；Ω—研究区。4.如权利要求1所述的基于GIS平台的地下水环评自动预测方法，其特征在于，所述步骤S2中，污染物运移模拟，包括：使用ArcPy语言，调用Fortran程序，将其制作为ArcGIS工具，通过污染预测模型，得到生成的污染物浓度分布的栅格。5.如权利要求4所述的基于GIS平台的地下水环评自动预测方法，其特征在于，所述污染预测模型为：
其中：C：溶质浓度，作为两个空间维度和时间t的函数；D
′
L
：纵向有效扩散系数；D
′
T
：横向有效扩散系数；λ：衰变系数，假定为一阶指数衰变的常量；对于级别稍低的二、三级地下水环评，还可以采用二维空间中初始浓度为0的点源高斯扩散方程求得近似解：其中：M：污染源出瞬间释放的溶质质量，采用质量单位；n：蓄水层孔隙度；R：延迟因子；b：蓄水层厚度，采用长度单位；σ
i2
：纵向和横向的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张博，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：