【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于海水入侵模拟，尤其涉及一种非均质含水层海水入侵模拟方法与系统。
技术介绍
1、随着滨海地区海水入侵现象频发，人们对海水入侵的研究方法不断丰富，从最初的理论研究拓宽到现在的海水入侵指标判定和动态监测。对海水入侵的研究方法技术主要包括水化学、同位素、微生物、物探以及数值模拟等。其中，数值模拟是预测分析含水层海水入侵演化规律的重要分析工具，能够定量刻画地下水渗流和海水入侵动态过程。
2、专利技术人发现，在海水入侵数值模拟过程中，通过数值求解相关数学方程来描述含水层地下水流动和海水盐度分布，以便分析地下水流动和盐度变化的不同影响因素。然而，含水层海水入侵模型在应用时具有一定困难，首先，含水层海水入侵模型的建立需要大量的水文地质参数，包括渗透率和孔隙率等，获取完整、准确的水文地质参数比较困难，其次，地下含水层通常具有复杂的非均质性，比如裂隙介质，其渗透率在不同位置可能有较大变化，增加了模拟的复杂性。综上，现有的含水层海水入侵模型，仅仅局限于对均质含水层或者地质构造比较简单场地的分析，含水层海水入侵模型中的渗透率和孔隙度等参数设置比较简单，不足以概括复杂地质条件的含水层。
技术实现思路
1、本专利技术为了解决上述问题，提出了一种非均质含水层海水入侵模拟方法与系统，本专利技术能够高效、精确地对非均质含水层海水入侵演化规律进行模拟。
2、为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
3、第一方面，本专利技术提供了一种非均质含水层海水入侵
4、根据获取的地质背景和数据资料，确定模拟区范围；
5、根据确定的模拟区范围，以及预设的含水层海水入侵数学模型，进行海水入侵模拟分析；其中，根据所述含水层海水入侵数学模型，得到均质下的模型参数；以均质下的模型参数为基础，建立非均质水文地质参数场，进行非均质含水层的刻画，具体的，对于无观测数据控制的模拟区域，采用高斯随机场法建立非均质含水层，对于具有观测数据控制的模拟区域，采用克里金法建立非均质含水层。
6、进一步的，根据获取的地质背景和数据资料，建立含水层海水入侵概念模型，确定模拟区范围；所述含水层海水入侵概念模型为二维非均质含水层海水入侵模型；确定所述含水层海水入侵概念模型的尺寸后，进行网格化；设定所述含水层海水入侵概念模型的两侧分别为海水和淡水。
7、进一步的，所述含水层海水入侵数学模型的偏微分方程为richards方程和溶质运移方程，richards方程用于描述非饱和介质中地下水渗流过程：
8、；
9、其中，为含水率；为偏导数； t为时间； k为与含水率有关的渗透系数；水头；为源汇项；为梯度算子；为散度算子；
10、非饱和介质中溶质运移方程表示为：
11、；
12、其中，表示水动力弥散系数；表示溶质浓度；表示地下水实际平均流速；表示溶质源汇项。
13、进一步的，利用有限元法对所述含水层海水入侵数学模型进行求解。
14、进一步的，采用高斯随机场法建立非均质含水层包括：
15、创建高斯协方差模型，包括协方差和相关函数；
16、定义高斯协方差模型的参数定义，包括维数、方差、主尺度长度尺度、再尺度因子、各向异性比和旋转角度；
17、根据高斯协方差模型生成一个结构化随机场，利用谱密度的随机化方法，在傅里叶空间中逼近维纳过程：
18、；
19、其中，为方差； n为逼近的傅里叶模态数；为随机变量； ki为相互独立的随机样本； i为整数； x为评估点 x方向上的坐标。
20、进一步的，协方差和相关函数为：
21、；
22、；
23、其中， r为滞后距离； l为相关长度； s为调整模型表示的再尺度因子；为方差；为模型定义方法。
24、进一步的，采用克里金法建立非均质含水层时，将观测数据点导入模型，计算彼此之间的距离并求取它们之间的半方差，计算半变异函数值并画出散点图，选择合适的模型函数，并拟合模型函数曲线；利用模型表达式和克里金线性方程组计算权重系数；计算预测点的参数值，给出预测值。
25、第二方面，本专利技术还提供了一种非均质含水层海水入侵模拟系统，包括：
26、模拟区确定模块，被配置为：根据获取的地质背景和数据资料，确定模拟区范围；
27、模拟分析模块，被配置为：根据确定的模拟区范围，以及预设的含水层海水入侵数学模型，进行海水入侵模拟分析；其中，根据所述含水层海水入侵数学模型，得到均质下的模型参数；以均质下的模型参数为基础，建立非均质水文地质参数场，进行非均质含水层的刻画，具体的，对于无观测数据控制的模拟区域，采用高斯随机场法建立非均质含水层，对于具有观测数据控制的模拟区域，采用克里金法建立非均质含水层。
28、第三方面，本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现了第一方面所述的非均质含水层海水入侵模拟方法的步骤。
29、第四方面，本专利技术还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现了第一方面所述的非均质含水层海水入侵模拟方法的步骤。
30、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
31、本专利技术以均质下的模型参数为基础，建立非均质水文地质参数场，进行非均质含水层的刻画，对于不同的含水层，充分考虑了水文地质参数的空间分布情况，选择了不同的方法进行模拟，具体的，对于无观测数据控制的非均质含水层模型，采用高斯随机场法建立非均质含水层，对于具有观测数据控制的模拟区域，采用克里金法建立非均质含水层；以简单的方法，实现了对非均质含水层海水入侵模拟，充分考虑水文地质参数的空间分布，选择了不同的方法进行模拟，能够高效、精确地对非均质含水层海水入侵演化规律进行模拟。
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1.一种非均质含水层海水入侵模拟方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种非均质含水层海水入侵模拟方法，其特征在于，根据获取的地质背景和数据资料，建立含水层海水入侵概念模型，确定模拟区范围；所述含水层海水入侵概念模型为二维非均质含水层海水入侵模型；确定所述含水层海水入侵概念模型的尺寸后，进行网格化；设定所述含水层海水入侵概念模型的两侧分别为海水和淡水。
3.如权利要求1所述的一种非均质含水层海水入侵模拟方法，其特征在于，所述含水层海水入侵数学模型的偏微分方程为Richards方程和溶质运移方程，Richards方程用于描述非饱和介质中地下水渗流过程：
4.如权利要求1所述的一种非均质含水层海水入侵模拟方法，其特征在于，利用有限元法对所述含水层海水入侵数学模型进行求解。
5.如权利要求1所述的一种非均质含水层海水入侵模拟方法，其特征在于，采用高斯随机场法建立非均质含水层包括：
6.如权利要求5所述的一种非均质含水层海水入侵模拟方法，其特征在于，协方差和相关函数为：
7.如权利要求1所述的一种非均质含水
8.一种非均质含水层海水入侵模拟系统，其特征在于，包括：
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现了如权利要求1-7任一项所述的非均质含水层海水入侵模拟方法的步骤。
10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现了如权利要求1-7任一项所述的非均质含水层海水入侵模拟方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种非均质含水层海水入侵模拟方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种非均质含水层海水入侵模拟方法，其特征在于，根据获取的地质背景和数据资料，建立含水层海水入侵概念模型，确定模拟区范围；所述含水层海水入侵概念模型为二维非均质含水层海水入侵模型；确定所述含水层海水入侵概念模型的尺寸后，进行网格化；设定所述含水层海水入侵概念模型的两侧分别为海水和淡水。
3.如权利要求1所述的一种非均质含水层海水入侵模拟方法，其特征在于，所述含水层海水入侵数学模型的偏微分方程为richards方程和溶质运移方程，richards方程用于描述非饱和介质中地下水渗流过程：
4.如权利要求1所述的一种非均质含水层海水入侵模拟方法，其特征在于，利用有限元法对所述含水层海水入侵数学模型进行求解。
5.如权利要求1所述的一种非均质含水层海水入侵模拟方法，其特征在于，采用高斯随机场法建立非均质含水层包括：
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈涛，张宇，高齐泽，高宗军，苏乔，冯建国，任加国，王敏，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：
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