基于HELP程序与柱实验计算污染源补给地下水通量的方法技术

本发明专利技术提供了一种基于HELP程序与柱实验计算污染源补给地下水通量的方法，所述方法包括：获取研究区数据；将获取的数据整理成HELP程序所需的数据格式；将数据输入HELP程序，得到模拟的下渗量数据；将下渗量数据调整出不同时间尺度的数据；根据HELP程序模拟的下渗量数据及柱实验规格参数确定柱实验流速，开展柱实验；对柱实验收集到的淋溶液进行检测，确定污染物补给地下水的强度和随时间的变化。本发明专利技术的优势在于：在时间尺度上定量计算污染物通过下渗方式补给地下水的变化和趋势；可以有效的应用于水文、地下水科学以及环境科学领域。地下水科学以及环境科学领域。地下水科学以及环境科学领域。

【技术实现步骤摘要】
基于HELP程序与柱实验计算污染源补给地下水通量的方法


[0001]本专利技术属于水资源管理与环境
，具体涉及一种运用地下水补给算法、GIS以及室内柱实验的整合方法，尤其涉及一种基于HELP程序与柱实验计算污染源补给地下水通量的方法。

技术介绍

[0002]随着经济发展以及对资源的需求，我国在过去几十年发展过程中忽视了对环境治理的要求，随意露天堆放冶炼渣、超预期填满的垃圾填埋场等都是导致土壤以及地下水严重污染的原因。如何精确地定量污染源补给地下水通量是当前我国制定环境管理方案以及评价治理效果的重要前提。目前，我国针对一般污染场景没有特定且通用的方法确定污染物下渗至地下水中的补给量。部分研究区可能考虑通过钻孔取样确定污染程度，但是不能反应整个场地污染物随时间和空间的变化，并且钻孔成本很高。
[0003]通过算法模拟地下水污染时空分布是目前评价污染风险以及污染范围最常用的方法，也是制定修复方案以及评价治理效果常使用的方法。但是在确定污染物补给强度参数设置时，相关参数获取过于简化，忽略了时间尺度变化使得模拟结果与实际情况有所偏差。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术确定污染物补给强度参数设置时，相关参数获取过于简化，忽略了时间尺度变化使得模拟结果与实际情况有所偏差的缺陷。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提出了一种基于HELP程序与柱实验计算污染源补给地下水通量的方法，所述方法包括：
[0006]步骤S1：获取研究区的气象数据、场调数据和其他相关数据；
[0007]步骤S2：将获取的数据转换成HELP程序所需的数据格式；
[0008]步骤S3：将数据输入HELP程序，得到模拟的下渗量数据；将下渗量数据整理成不同时间尺度的数据；
[0009]步骤S4：根据整理好时间尺度的下渗量数据，设置柱实验所需参数，开展柱实验；
[0010]步骤S5：对柱实验收集的渗滤液进行检测，确定污染物补给地下水的强度和随时间变化的趋势。
[0011]作为上述方法的一种改进，所述步骤S1获取数据包括：降水数据、温度数据和太阳辐射日均值数据、渗透系数、地层厚度、总孔隙度、田间持水量、凋零点、研究区面积、坡度、坡长、植被覆盖率、最大叶面积指数、蒸发深度、植被开始/结束生长季节、相对湿度、平均风速，具体参数见表1。
[0012]作为上述方法的一种改进，所述步骤S2具体包括：
[0013]步骤S2
‑
1：整理降水和温度数据中的异常值；将降水和温度数据转换为HELP程序的可识别格式；
[0014]步骤S2
‑
2：获取对应研究时间段的太阳辐射日均值数据，转换为HELP程序的可识别格式。
[0015]作为上述方法的一种改进，所述步骤S2
‑
1还包括：
[0016]如果获取不到研究区域的气象数据，则获取研究区域附近的气象数据，通过插值计算，得到研究区域的温度和降水数据。
[0017]作为上述方法的一种改进，输入HELP程序的数据包括：研究区面积、坡度、坡长、植被覆盖率、最大叶面积指数、蒸发深度、植被开始/结束生长季节、相对湿度、平均风速、太阳辐射日均值、渗透系数、地层厚度、总空隙度、田间持水量、调零点、降水数据、温度数据和太阳辐射日均值数据。
[0018]作为上述方法的一种改进，所述步骤S4包括：
[0019]步骤S4
‑
1：通过水文钻孔数据确定地下水平均埋藏深度；
[0020]步骤S4
‑
2：通过地质钻孔数据确定包气带岩性以及厚度；
[0021]步骤S4
‑
3：以地下水埋深为底部边界，将污染源及其下面的包气带按比例确定高度填充到实验柱子当中；
[0022]步骤S4
‑
4：设定淋滤周期以及每周期对应的淋滤时间，设置在每个周期内渗滤液流量与确定的时间尺度下渗量数据一致，开展柱实验。
[0023]作为上述方法的一种改进，所述步骤S4
‑
4还包括：
[0024]在淋滤前期浸湿柱子，使柱子形成饱和态，减少水在柱子中储存量，保证从柱子上方注入的水与从柱子下方淋滤的液体体积相等。
[0025]作为上述方法的一种改进，每个周期内渗滤液流量计算公式如下：
[0026][0027]其中，q为渗滤液流量，单位mL/min；L为柱子的直径，单位mm；P为HELP程序模拟的下渗量，单位inches；T为设定淋滤时间，单位min。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的优势在于：
[0029]1、本方法将水文模型与柱实验结合，在时间尺度上定量计算污染物通过下渗方式补给地下水的变化和趋势；
[0030]2、HELP程序受到数据库接口的限制，在大部分国家地区应用受限制。通过运用ArcGis整理数据并且配置数据接口，只要能获得该地区相关数据，就能够有效且普遍地适用于任何一个位置的污染场地；
[0031]3、HELP程序能够优化地下水污染模型中降水补给参数，给非稳定流提供时间尺度上的变化；
[0032]4、该方法可以有效的应用于水文、地下水科学以及环境科学领域；
[0033]5、本申请方法以HELP程序为核心，创新性结合柱实验确定污染源在时间尺度上补给地下水的强度变化，并为后续模拟地下水降水补给变化以及污染物在地下水中的时空分布提供更精准的数据参数，同时也为后续管理者制定评价和修复方案提供更为准确的科学依据。
附图说明
[0034]图1所示为基于HELP程序与柱实验计算污染源补给地下水通量的方法流程图；
[0035]图2所示为ArcGis模型构建器处理气象数据流程图；
[0036]图3所示为HELP程序计算月尺度下渗量、径流量及蒸发量图；
[0037]图4所示为淋滤柱实验装置图；
[0038]图5所示为总砷补给地下水含量图。
具体实施方式
[0039]本申请方法以HELP程序(Hydrological Evaluation of Landfill Performance)为核心计算降水下渗量。HELP程序是一款效率高、精确度高水文算法，广泛应用于地下水管理
将HELP程序结合室内实验模拟污染源补给地下水研究很少，将HELP程序应用到环境领域有助于管理者精确制定修复方案以及评价治理效果。HELP程序主要由径流算法、蒸发算法以及下渗算法组成。
[0040]径流算法其原理如下：
[0041][0042][0043][0044][0045]其中，Q为实际径流量，inches；S
max
是径流开始后最大的潜在滞留量，inches；CN是径流曲线数；P是最大的潜在径流量，inches；SM
j
是指第j层植被或蒸发带土壤含水量；UL
j
为土壤贮水上限，定义为第j层饱和时的容量，inches；WP<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于HELP程序与柱实验计算污染源补给地下水通量的方法，所述方法包括：步骤S1：获取研究区的气象数据、场调数据和其他相关数据；步骤S2：将获取的数据转换成HELP程序所需的数据格式；步骤S3：将数据输入HELP程序，得到模拟的下渗量数据；将其整理成不同时间尺度的数据；步骤S4：根据整理好时间尺度的下渗量数据，设置柱实验所需参数，开展柱实验；步骤S5：对柱实验收集的渗滤液进行检测，确定污染物补给地下水的强度和随时间变化的趋势。2.根据权利要求1所述的基于HELP程序与柱实验计算污染源补给地下水通量的方法，其特征在于，所述步骤S1获取数据包括：气象数据、场地污染样本、水文地质钻孔数据、岩性特征数据、研究区遥感影像数据、水文地质数据、研究区边界数据、研究区位置坐标和地形地貌数据。3.根据权利要求1所述的基于HELP程序与柱实验计算污染源补给地下水通量的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：步骤S2
‑
1：整理降水和温度数据中的异常值；将降水和温度数据转换为HELP程序的可识别格式；步骤S2
‑
2：获取对应研究时间段的太阳辐射日均值数据，转换为HELP程序的可识别格式。4.根据权利要求3所述的基于HELP程序与柱实验计算污染源补给地下水通量的方法，其特征在于，所述步骤S2
‑
1还包括：如果研究区附近没有气象站，则通过较近的气象站获取相关气象数，通过批量插值计算，得到研究区域的温度和降水数据。5.根据权利要求1所述的基于HELP程序与柱实验计算污染源补给地...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔卫华，黄振中，曹国亮，姚俊，刘建丽，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：