一种海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及工程仿真与数值模拟技术领域，公开了一种海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法及装置，首先在按照海岸数据布设的实验环境下开展室内双应力条件下的盐溶液运移实验，使得到的实验数据充分考虑了地下水水位对盐溶液迁移过程的影响；然后利用该实验数据对双应力段的时间分数阶对流扩散模型的参数进行反演，可以使反演后得到的模型参数在考虑地下水水位对盐溶液运移过程影响的基础上再将潮汐作用对盐溶液运移过程的影响考虑进去，从而使反演后的模型参数更贴合实际情况；最后通过包含反演后模型参数的双应力段的时间分数阶对流扩散模型对海水入迁过程中盐溶液的迁移过程进行模拟，可以使得最终模拟的结果的精确度更高

【技术实现步骤摘要】
一种海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法及装置


[0001]本专利技术涉及工程仿真与数值模拟
，具体涉及一种海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法及装置
。

技术介绍

[0002]在滨海和海岛地区，由于气候变化和地下水超采带来的海水入侵问题逐渐显露，已经给滨海地区工业
、
农业造成的极大损失
。
因此，研究海水入侵机理和规律
、
防治海水入侵，使由海水入侵的危害程度降到最低，已经成为全社会非常关注的问题
。
[0003]由于地质条件复杂且研究区域大的限制，常用数值模拟手段对海水入迁过程的预测，相关的物理实验只能作为一种辅助手段验证数值模拟的可靠性
。
由于沿岸地区地下介质结构普遍存在的非均匀性和各向异性，经典的对流扩散模型难以描述该过程，同时受到潮汐循环作用和人工回灌等防治措施的影响，沿岸地下水流向容易变化，导致多重介质模型的建立更加复杂不宜实施
。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法及装置，以解决经典对流扩散模型难以精确描述海水入侵过程中盐溶液迁移过程的问题
。
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法，方法包括：按照目标区域的海岸数据布设实验环境，开展室内双应力条件下的盐溶液运移实验，得到实验数据；利用实验数据对预构建的双应力段的时间分数阶对流扩散模型的模型参数进行反演，得到反演后的模型参数，双应力段的时间分数阶对流扩散模型用以描述潮汐作用下盐溶液在地下水中的运移过程；将海岸数据输入至包含反演后模型参数的双应力段的时间分数阶对流扩散模型中，模拟得到目标区域在预设时间段内盐溶液的迁移过程
。
[0006]本实施例提供的海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法，首先按照目标区域的海岸数据布设实验环境，并在该实验环境下开展室内双应力条件下的盐溶液运移实验，可以使得到的实验数据充分考虑地下水水位对盐溶液迁移过程的影响；然后利用该实验数据对预构建的双应力段的时间分数阶对流扩散模型的模型参数进行反演，由于双应力段的时间分数阶对流扩散模型用以描述潮汐作用下盐溶液在地下水中的运移过程，因此，通过该方式可以使反演后得到的模型参数在考虑地下水水位对盐溶液运移过程影响的基础上再将潮汐作用对盐溶液运移过程的影响考虑进去，从而使反演后的模型参数可以更贴合实际情况；最后通过包含反演后模型参数的双应力段的时间分数阶对流扩散模型对海水入迁过程中盐溶液的迁移过程进行模拟，可以使得最终模拟的结果的精确度更高
。
[0007]在一种可选的实施方式中，双应力段的时间分数阶对流扩散模型，包括：第一时间分数阶对流扩散子模型和第二时间分数阶对流扩散子模型，其中，第一时间分数阶对流扩散子模型用以模拟涨潮过程中盐溶液在地下水中的扩散过程，第二时间
分数阶对流扩散子模型用以模拟退潮过程中海岸粘土对盐溶液的滞留过程
。
[0008]在一种可选的实施方式中，双应力段的时间分数阶对流扩散模型，包括：
[0009]其中，表示涨潮阶段的时间区间，表示退潮阶段的时间区间，表示空间位置，表示时间，表示分数阶容量系数，表征地下粘土含量，表示地下水中盐溶液的浓度，表示涨潮阶段的分数阶阶数，表示退潮阶段的分数阶阶数，表示涨潮阶段的流动参数，表示退潮阶段的流动参数，表示涨潮阶段的扩散参数，表示退潮阶段的扩散参数
。
[0010]在一种可选的实施方式中，模拟得到目标区域在预设时间段内盐溶液的迁移过程，包括：利用隐式有限差分方法对双应力段的时间分数阶对流扩散模型求解，得到目标区域在预设时间段内各时刻分别对应的盐溶液分布；由所有时刻分别对应的盐溶液分布形成盐溶液的迁移过程
。
[0011]在一种可选的实施方式中，在模拟得到目标区域在预设时间段内盐溶液的迁移过程之后，方法还包括：基于盐溶液的迁移过程判断目标区域的地下水中盐溶液浓度是否大于预设浓度阈值；当盐溶液浓度大于预设浓度阈值时，确定目标区域对应的目标回灌水位
。
[0012]在一种可选的实施方式中，当盐溶液浓度大于预设浓度阈值时，确定目标区域对应的目标回灌水位，包括：当盐溶液浓度大于预设浓度阈值时，调整地下水水位；按照调整后的地下水水位重新布设实验环境，开展室内双应力条件下的盐溶液运移实验，并利用得到的实验数据重新反演模型参数；重复水位调整和反演模型参数的步骤，直至在反演后的模型参数下，利用双应力段的时间分数阶对流扩散模型得到的盐溶液浓度小于或等于预设浓度阈值时，将地下水水位确定为目标回灌水位
。
[0013]本实施例提供的海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法，通过不断调整地下水水位和不断开展室内双应力条件下的盐溶液运移实验的方式，可以反演得到不同地下水水位分别对应的模型参数，从而利用包含该模型参数的双应力段的时间分数阶对流扩散模型更精确的模拟目标区域在海水入侵过程中盐溶液的迁移过程，从而基于盐溶液迁移过程和预设浓度阈值确定出有利于目标区域工农业健康发展的目标地下水水位，降低或彻底消除海水入侵的影响
。
[0014]在一种可选的实施方式中，在确定目标区域对应的目标回灌水位之后，方法还包括：采用人工回灌地下水的方式，将目标区域的地下水水位提升至目标回灌水位
。
[0015]第二方面，本专利技术提供了一种海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟装置，装置包括：
实验模块，用于按照目标区域的海岸数据布设实验环境，开展室内双应力条件下的盐溶液运移实验，得到实验数据；反演模块，用于利用实验数据对预构建的双应力段的时间分数阶对流扩散模型的模型参数进行反演，得到反演后的模型参数，双应力段的时间分数阶对流扩散模型用以描述潮汐作用下盐溶液在地下水中的运移过程；模拟模块，用于将海岸数据输入至包含反演后模型参数的双应力段的时间分数阶对流扩散模型中，模拟得到目标区域在预设时间段内盐溶液的迁移过程
。
[0016]在一种可选的实施方式中，反演模块的双应力段的时间分数阶对流扩散模型，包括：第一时间分数阶对流扩散子模型和第二时间分数阶对流扩散子模型，其中，第一时间分数阶对流扩散子模型用以模拟涨潮过程中盐溶液在地下水中的扩散过程，第二时间分数阶对流扩散子模型用以模拟退潮过程中海岸粘土对盐溶液的滞留过程
。
[0017]在一种可选的实施方式中，反演模块的双应力段的时间分数阶对流扩散模型，包括：
[0018]其中，表示涨潮阶段的时间区间，表示退潮阶段的时间区间，表示空间位置，表示时间，表示分数阶容量系数，表征地下粘土含量，表示地下水中盐溶液的浓度，表示涨潮阶段的分数阶阶数，表示退潮阶段的分数阶阶数，表示涨潮阶段的流动参数，表示退潮阶段的流动参数，表示涨潮阶段的扩散参数，表示退潮阶段的扩散参数
。
[0019]在一种可选的实施方式中，模拟模块，包括：求解子模块，用于利用隐式有限本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法，其特征在于，所述方法包括：按照目标区域的海岸数据布设实验环境，开展室内双应力条件下的盐溶液运移实验，得到实验数据；利用所述实验数据对预构建的双应力段的时间分数阶对流扩散模型的模型参数进行反演，得到反演后的模型参数，所述双应力段的时间分数阶对流扩散模型用以描述潮汐作用下盐溶液在地下水中的运移过程；将所述海岸数据输入至包含反演后模型参数的双应力段的时间分数阶对流扩散模型中，模拟得到所述目标区域在预设时间段内盐溶液的迁移过程
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述双应力段的时间分数阶对流扩散模型，包括：第一时间分数阶对流扩散子模型和第二时间分数阶对流扩散子模型，其中，所述第一时间分数阶对流扩散子模型用以模拟涨潮过程中盐溶液在地下水中的扩散过程，所述第二时间分数阶对流扩散子模型用以模拟退潮过程中海岸粘土对盐溶液的滞留过程
。3.
根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述双应力段的时间分数阶对流扩散模型，包括：其中，表示涨潮阶段的时间区间，表示退潮阶段的时间区间，表示空间位置，表示时间，表示分数阶容量系数，表征地下粘土含量，表示地下水中盐溶液的浓度，表示涨潮阶段的分数阶阶数，表示退潮阶段的分数阶阶数，表示涨潮阶段的流动参数，表示退潮阶段的流动参数，表示涨潮阶段的扩散参数，表示退潮阶段的扩散参数
。4.
根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述模拟得到所述目标区域在预设时间段内盐溶液的迁移过程，包括：利用隐式有限差分方法对所述双应力段的时间分数阶对流扩散模型求解，得到所述目标区域在所述预设时间段内各时刻分别对应的盐溶液分布；由所有时刻分别对应的所述盐溶液分布形成所述盐溶液的迁移过程
。5.
根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述模拟得到所述目标区域在预设时间段内盐溶液的迁移过程之后，所述方法还包括：基于所述盐溶液的迁移过程判断所述目标区域的地下水中盐溶液浓度是否大于预设浓度阈值；当所述盐溶液浓度大于所述预设浓度阈值时，确定目标区域对应的目标回灌水位
。6.
根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述当所述盐溶液浓度大于所述预设浓度阈值时，确定目标区域对应的目标回灌水位，包括：当所述盐溶液浓度大于所述预设浓度阈值时，调整地下水水位；按照调整后的地下水水位重新布设实验环境，开展所述室内双应力条件下的盐溶液运
移实验，并利用得到的实验数据重新反演模型参数；重复水位调整和反演模型参数的步骤，直至在反演后的模型参数下，利用所述双应力段的时间分数阶对流扩散模型得到的盐溶液浓度小于或等于所述预设浓度阈值时，将所述地下水水位确定为目标回灌水位
。7.
根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述确定目标区域对应的目标回灌水位之后，所述方法还包括：采用人工回灌地下水的方式，将目标区域的所述地下水水位提升至所述目标回灌水位
。8.
一种海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟装置，其特征在于，所述装置包括：实验模块，用于按照目标区域的海岸数据布设实验环境，开展室内双应力条件下的盐溶液运移实验，得到实验数据；反...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘肖廷，梁犁丽，徐志，戴会超，董顺，温栋，
申请(专利权)人：中国长江三峡集团有限公司，
类型：发明
国别省市：