[發明專利]一種探究淺層咸水越流補給深層淡水的方法

在審

• 申請號: 202011531780.4
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112507279A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 李海明;谷心想;肖翰
• 申請（專利權）人: 天津科技大學
• 主分類號: G06F17/13
• 分類號: G06F17/13;G06F30/20;G06F111/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.收研究區域資料，包括天津市歷年降水量和蒸發量資料、天津市水文地質圖集、天津市歷年地下水位動態監測資料、天津市深層地下水歷年開采量資料、天津市歷年水資源公報等相關水文地質資料。采用包括Word、Excel、ArcGis等軟件對地下水位、降雨量等數據資料進行分析，確定各種水文地質參數，為接下來的地下水數值模型做準備。

2.考慮到相鄰含水層之間的水交換，地下水系統的出水量將隨時間和空間而變化。由于實際地下水系統的非均質性，各種參數隨空間而變化，因此地下水系統具有明顯的非均質性，因此在垂直方向上參數和水平方向也不同。用以下的微分方程來描述地下水系統，

以上式中：Ω--滲流區域；μ-含水介質的給水度；n-邊界面的法線方向；h-各含水層水位標高(m)；ε-各含水層的源匯項(1/d)；h₀-各含水層的初始水位(m)；S-含水介質的儲水率(1/m)；p-潛水面的蒸發和降水(m/d)；Kn-邊界面法向方向的滲透系數(m/d)；Γ₁-滲流區域的側向和下邊界；Γ₂-滲流區的側向邊界、混合邊界；K_X，K_Y，K_Z-分別為x，y和垂向滲透系數(m/d)；q(x，y，z，t)-Γ₁邊界的流量，流入為正，流出為負，隔水邊界為0(m/d)。

3.根據研究的需要，數值模擬選用GMS軟件包中的Modflow模塊，首先確定模型的范圍，概化含水層空間結構及邊界條件，然后將處理的水文地質參數和源匯項數據輸入到模型中，最后進行設備和驗證。

4.本次建立的地下水溶質運移模型是在H維水流影響下的H維彌散問題，水流主方向和坐標軸重合，溶液密度不變，存在局部平衡吸附和一級不可逆動力反應，溶解相和吸附相的速率相等。根據研究區地下水流場情況，本研究鹽分運移模擬選擇準三維地下水流場的對流-彌散方程和定解條件求解：

c(x，y，0)＝c₀(x，y) (x，y)∈Ω，t＝0

以上式中：c為含水層的污染物濃度(ML^-3)；t為時間(T)；u_x、u_y為x、y方向的孔隙平均實際流速(LT^-1)；D_xx、D_yy為坐標軸方向的主彌散系數張量(L²T^-1)；ε-各含水層的源匯項(1/d)；h₀-各含水層的初始水位(m)；S-含水介質的儲水率(1/m)；p-潛水面的蒸發和降水(m/d)；Kn-邊界面法向方向的滲透系數(m/d)；Γ₁-滲流區域的側向和下邊界；Γ₂-滲流區的側向邊界、混合邊界；K_X，K_Y，K_Z-分別為x，y和垂向滲透系數(m/d)；q(x，y，z，t)-Γ₁邊界的流量，流入為正，流出為負，隔水邊界為0(m/d)。

5.溶質運移模擬選用GMS軟件包中的MT3D模塊。在研究區內建立合適數量的監測井，采集水樣檢測所要研究的離子，使用Arcgis軟件，選取克里金插值法，描述所研究的水樣離子含量的空間分布特征。據前期在研究區所做的水樣監測數據和運用的Arcgis軟件所做的離子濃度分布圖，因此選取合適的離子作為溶質運移因子，通過離子濃度分布圖對研究區進行離子濃度分區，作為溶質運移的初始濃度，在模型中輸入溶質運移參數。

6.建立了地下水流-溶質運移耦合模型后，分析研究區的歷年降雨量和開采量，確定具有代表性的降雨量和開采量輸入到模型中，預測在未來不同情景下鹽分的運移特征，探究在不同情景下淺層咸水對深層的影響情況，分析淺層咸水在垂直方向上的運移特征、不同降雨量對于深層淡水的影響程度、不同開采量對于深層淡水的影響深度以及弱透水層的厚度對于深層淡水的影響狀況。