[發明專利]基于粒子追蹤的孔隙地下水污染物三維運移模擬方法

有效

• 申請號: 201510947333.X
• 申請日: 2015-12-17
• 公開（公告）號: CN105512417B
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 發明（設計）人: 孫源媛;蘇婧;席北斗;紀丹鳳;崔馳飛;梁雨晗;朱建超
• 申請（專利權）人: 中國環境科學研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

1.一種基于粒子追蹤的孔隙地下水污染物三維運移模擬方法，包括以下步驟：

步驟S1：設定粒子總數、每個粒子的初始坐標、釋放時間，設定計算時間步長；

步驟S2：在任意時刻、任意位置釋放粒子；

步驟S3：對每個被釋放的粒子，計算其在一個時間步長后的位移，粒子在地下水流場中的運動由以下方程控制：

其中x、y、z表示粒子的空間坐標，v表示粒子的對流運動速度，Δt表示時間步長，D表示水力彌散系數，Z表示介于0到1之間的隨機數，這樣就根據粒子在t時刻的坐標計算出其在一個時間步長后，也即t+Δt時刻的新坐標；

步驟S4：根據計算得到的粒子的新坐標，判斷該粒子是否位于計算網格區域內，若已跳出，則通過邊界控制使其回到計算區域邊界上；

步驟S5：重復步驟S2-S4，以此迭代，計算得出每個時間節點上每個粒子的坐標；

步驟S6：通過統計特定區域內粒子數量，即可得到該區域的地下水污染物濃度分布。

2.如權利要求1所述的孔隙地下水污染物三維運移模擬方法，其特征在于，所述步驟S1中，設定粒子初始坐標時，允許多個粒子的初始坐標完全相同；粒子釋放時間表示該粒子初次被釋放的時間，應為時間步長的整數倍；時間步長需滿足庫朗數小于1。

3.如權利要求1所述的孔隙地下水污染物三維運移模擬方法，其特征在于，在步驟S2中，對任意一個粒子，若當前步的計算時間大于或等于步驟S1中設定的粒子釋放時間，則該粒子被釋放；若在釋放過程中，某一坐標位置所有粒子的釋放時間相同，則該釋放過程是瞬時的，若在釋放過程中，粒子釋放時間不同且構成一個連續時段，則該釋放過程是持續的。

4.如權利要求1所述的孔隙地下水污染物三維運移模擬方法，其特征在于，在步驟S3中，粒子的對流運動速度v由地下水流場計算得到，并通過粒子所在單元節點插值獲得；Z由計算程序中的隨機函數產生；水力彌散系數D由下式計算獲得：

其中，δ_ij為克羅內克符號，α_L為縱向彌散系數，α_T為橫向彌散系數，D^d為分子擴散系數，v_i為i方向平均孔隙速度，v_j為j方向平均孔隙速度。

5.如權利要求1所述的孔隙地下水污染物三維運移模擬方法，其特征在于，在步驟S4中，通過粒子位置坐標與計算網格坐標進行比較，確定粒子是否位于計算網格之內；邊界控制的實現是通過計算粒子在該時間步長內的位移軌跡與計算網格邊界的交點，將交點坐標作為粒子的新坐標。

6.如權利要求1所述的孔隙地下水污染物三維運移模擬方法，其特征在于，在步驟S6中，特定區域內粒子數量與被釋放粒子總量的比值，即為該區域內地下水污染物的相對濃度。

7.如權利要求1所述的孔隙地下水污染物三維運移模擬方法，其特征在于，以一定數量的所述粒子代表地下水中污染物的一定濃度，以所述粒子的位置代表地下水中污染物的空間分布。

8.如權利要求1所述的孔隙地下水污染物三維運移模擬方法，其特征在于，所述粒子沒有體積和質量。

9.如權利要求1所述的孔隙地下水污染物三維運移模擬方法，其特征在于，所述粒子能夠按組分類，屬于不同組別的所述粒子表示不同類型的地下水污染物。