盐湖卤水数值模型构建与补水溶矿效率计算方法技术

本发明专利技术公开了一种盐湖卤水数值模型构建与补水溶矿效率计算方法。所述构建方法包括：进行空间离散化和时间离散化；构建包括渗流子模型和溶质运移子模型的概化模型；将概化模型编写转换为数值模型；求解数值模型；迭代调整概化模型中的参数值至收敛，获得盐湖卤水数值模型。本发明专利技术充分考虑了盐湖卤水自身特点，避免了传统建模时未考虑变密度、变渗透性等情况；并基于该数值模型设计了以盐湖卤水数值模拟为基础的补水溶矿效率评价计算方法，更加直观，避免了其他因素的干扰，具有更强的自由度，在补水溶矿前，可以不断调整模拟获得效率最大化的方案，然后再应用到实际，降低了未经预先模拟直接补水不当而导致的效率低下和资源浪费的风险。费的风险。费的风险。

【技术实现步骤摘要】
盐湖卤水数值模型构建与补水溶矿效率计算方法


[0001]本专利技术涉及矿产资源勘探
，尤其涉及一种盐湖卤水数值模型构建与补水溶矿效率计算方法。

技术介绍

[0002]盐湖卤水中富含丰富的盐类矿物资源，是现代化工、农业、冶金和建筑等行业重要的原料来源。自上世纪对盐湖卤水进行工业化开采以来，盐湖区地下卤水水位下降严重，加大了抽采难度，严重时甚至出现地表沉降和地层崩塌。此外，由于水位下降，大量的固体矿物处于潜水面以上的地层空间无法被抽采，造成资源浪费。为了缓解水资源的供需矛盾以及优化资源开采，盐湖企业向盐湖地下空间灌入淡水或老卤水，在抬升水位的同时溶解原本潜水面以上区域的固体矿物。
[0003]然而，受制于复杂的地下环境，向地下灌入的淡水或老卤水常常会“逃逸”或未达到预期效果，致使补水溶矿效率低下。因此，盐湖企业急需一套能够衡量补水溶矿效率的集成方案以及能够符合盐湖特征的数值模型，以实现对地下环境的精细刻画，并作为溶矿效率评价和优化资源开采的参考依据。
[0004]当前补水溶矿效率计算并没有统一的做法，绝大多数只是根据产品的后期估算，对盐湖卤水进行的前期的数值模拟较少，且即使存在少量前期模拟，也均采用了常规地下水建模方案，例如是利用Groundwater Modeling System(GMS)或Visual Modflow Flex等成熟的商业软件直接建模，典型的参考文献例如是补水背景下卤水动态演化机制数值模拟研究[D].中国科学院大学，2017。
[0005]然而，上述现有方法产品端计算补水溶矿效率是基于产品端的估计，没有和研究区的地质条件进行结合，也没有从研究区资源储量变身的变化去考虑。此外，这种方法只能在溶矿之后给予评价，属于后续评价，不能在工程实施之前进行预测，也不能提前反复试错，优化布局。
[0006]此外，当前少量现有技术对盐湖卤水进行的数值模拟没有考虑卤水的浓度对渗流子模型的影响，也只是将流体介质视为不会发现变化的固有特性，不能解决补水溶矿时出现的固体盐类溶解，含水层渗透系数变化等问题，也没有在建模中考虑优势通道等潜在的盐湖区特有问题。所获得的模拟与计算结果对于实现高效率的补水溶矿的可参考性并不理想。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种盐湖卤水数值模型构建与补水溶矿效率计算方法。
[0008]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0009]第一方面，本专利技术提供一种盐湖卤水数值模型的构建方法，包括：
[0010]1)对研究区进行空间离散化和时间离散化，生成多个离散单元格，并在时间尺度
上划分为多个时间步长；
[0011]2)构建包括渗流子模型和溶质运移子模型的概化模型，且所述渗流子模型和溶质运移子模型之间存在信息交换，并概化所述概化模型中的模拟条件，所述模拟条件包括所述研究区的固有特性以及边界条件；将所述模拟条件分配给所述离散单元格，并将所述离散单元格中的盐湖卤水的密度和渗透系数设置为基于不同所述时间步长的变量；
[0012]3)将所述概化模型编写转换为数值模型；
[0013]4)利用微分方程数值解法求解所述数值模型，获得所述研究区的预算结果；
[0014]5)基于所述预算结果与实际观测结果之间的差异，迭代调整所述概化模型中的参数值至收敛，获得盐湖卤水数值模型。
[0015]第二方面，本专利技术还提供一种上述构建方法构建的盐湖卤水数值模型。
[0016]第三方面，本专利技术还提供一种盐湖卤水补水溶矿效率的计算方法，包括：
[0017]提供上述盐湖卤水数值模型作为标准模型，并仅保留所述标准模型中的抽水井为唯一的流出项，构建一般模型；
[0018]基于所述标准模型，计算每一时间步长中的标准流进流出项，基于所述一般模型，计算每一时间步长中的一般流进流出项；
[0019]根据所述标准流进流出项和一般流进流出项，计算随时间变化的补水溶矿效率。
[0020]基于上述技术方案，与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：
[0021]本专利技术所提供的数值模型及其构建方法充分考虑了盐湖卤水自身的特点，避免了传统建模时未考虑变密度、变渗透性等情况；并基于该数值模型设计了以盐湖卤水数值模拟为基础的补水溶矿效率评价计算方法，相对于现有方法，本专利技术所提供的评价计算方法更加直观，从资源储量的角度出发，以地学技术手段实现，避免了生产端等其他因素的干扰。
[0022]本专利技术所提供的技术方案以地质资料为基础，计算机和数学作为理论依据，具有更强的自由度，在补水溶矿前，可以不断调整补水计划，模拟获得效率最大化的补水溶矿方案，然后再应用到实际，显著降低了未经预先模拟直接补水不当而导致的效率低下和资源浪费的风险。
[0023]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够使本领域技术人员能够更清楚地了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合详细附图说明如后。
附图说明
[0024]图1是本专利技术一典型实施案例提供的数值模型的结构和流程示意图；
[0025]图2是本专利技术一典型实施案例提供的补水溶矿效率计算曲线图；
[0026]图3是本专利技术一典型实施案例提供的三层模型的渗透系数分布图；
[0027]图4是本专利技术一典型实施案例提供的南侧湖水水位变化趋势图；
[0028]图5是本专利技术一典型实施案例提供的模型第119天，239天和359天的水头值空间分布图；
[0029]图6是本专利技术一典型实施案例提供的模型第119天，239天和359天的溶质浓度空间分布图；
[0030]图7是本专利技术一典型实施案例提供的27口孔观测的水头值变化趋势图；
[0031]图8是本专利技术一典型实施案例提供的27口孔观测的溶质浓度值变化趋势图。
具体实施方式
[0032]鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案。具体的，随着卤水的不断抽采，盐湖地下水水位下降严重。为了充分利用潜水面以上固体盐类矿物，以及缓解水位下降带来的环境破坏问题，盐湖企业通过多种方式向盐湖地下空间进行补水溶矿。由于对地下情况缺乏精细刻画，补水溶矿效果常常不理想。目前急需一套能够用于评价补水溶矿效率的集成方案。为此，本专利技术充分考虑了盐湖卤水的特性，设计了盐湖卤水数值模型，并基于数值模拟结果建立了补水溶矿效率计算方法。
[0033]如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。本专利技术实施例所示例提供的技术方案包括两大部分，一部分是构建盐湖卤水的数值模型，另一部分是基于该模型进行补水溶矿效率的计算。其中，构建卤水数值模型主要可以包括：研究区离散化、概化模拟条件、概念模型转换为数值模型、利用有限差分法求解和模型率定。评价溶矿效率部分主要可以包括：构建标准模型、计算资源量和溶矿效率计算。
[0034]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种盐湖卤水数值模型的构建方法，其特征在于，包括：1)对研究区进行空间离散化和时间离散化，生成多个离散单元格，并在时间尺度上划分为多个时间步长；2)构建包括渗流子模型和溶质运移子模型的概化模型，且所述渗流子模型和溶质运移子模型之间存在信息交换，并概化所述概化模型中的模拟条件，所述模拟条件包括所述研究区的固有特性以及边界条件；将所述模拟条件分配给所述离散单元格，所述离散单元格中的盐湖卤水的密度和渗透系数设置为基于不同所述时间步长的变量；3)将所述概化模型编写转换为数值模型；4)利用微分方程数值解法求解所述数值模型，获得所述研究区的预算结果；5)基于所述预算结果与实际观测结果之间的差异，迭代调整所述概化模型中的参数值至收敛，获得盐湖卤水数值模型。2.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，所述概化模型中还包括优势通道，所述优势通道代表离散单元格中的盐湖卤水渗透系数大于预设阈值的连续区域，且所述连续区域延伸至所述研究区以外；将所述优势通道与所述研究区的边界处设置为排泄口。3.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，步骤2)中，所述信息交换的内容包括渗流子模型为溶质运移子模型提供盐湖卤水中溶质流动的驱动信息、溶质运移子模型子为渗流子模型提供盐湖卤水的密度变化信息；优选的，多个所述溶质运移子模型之间还存在化学反应信息的交换；优选的，所述盐湖卤水的密度采用如下方式进行计算：式中，ρ为待确定的卤水密度；ρ
rer
为参考流体密度；N为参与模拟的卤水溶质种类数量；D
i
是描述密度随溶质浓度变化的斜率参数；C
i
为流体中第i种溶质的浓度，R
i
为参考流体中第i种溶质的浓度。4.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，所述固有特性包括所述渗流子模型中的第一因素组以及溶质运移子模型中的第二因素组；优选的，所述第一因素组包括所述概化模型中的每层含水层的顶底板高程、所述离散单元格中的盐湖卤水的不同方向的渗透系数、给水度以及贮水率；优选的，所述第二因素组包括孔隙度、对流模式以及水动力弥散系数；优选的，所述固有特性还包括含水层渗流特性以及地下水存储特性。5.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，所述边界条件包括井边界、河流边界、排水渠边界、指定水头边界和通用水头边界；优选的，所述边界条件还包括高级边界，所述高级边界包括湖泊边界、非饱和带以及多含水层井边界。6.根据权利要求5所述的构建方法，其特征在于，当所述边界条件为非恒定值时，基于所述边界条件的变化，在多个时间步长中设定相应的参数值。7.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，具体包括：

【专利技术属性】
技术研发人员：汪子涛，王建萍，袁小龙，余冬梅，
申请(专利权)人：中国科学院青海盐湖研究所，
类型：发明
国别省市：