[發(fā)明專(zhuān)利]一種應(yīng)用數(shù)值模擬的地下水污染源空間綜合識(shí)別方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110637905.X
• 申請(qǐng)日: 2021-06-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113239598B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭明霞;蘇婧;傅雪梅;張?zhí)?/a>;孫源媛;席北斗
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/23
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/23;G06F30/28;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京中建聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11004
• 代理人: 周娓娓;晁璐松

1.一種應(yīng)用數(shù)值模擬的地下水污染源空間綜合識(shí)別方法，其特征在于，研究區(qū)包含山間盆地水文地質(zhì)區(qū)，且區(qū)域內(nèi)地下水補(bǔ)給來(lái)源包含有河流徑流補(bǔ)給、大氣降水、山前徑流補(bǔ)給和灌溉回滲；

步驟一、根據(jù)研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造及地下水的流動(dòng)特征，建立GMS地下水模型，首先進(jìn)行研究區(qū)邊界概化；研究區(qū)為山區(qū)和平原區(qū)交界地帶接收山前地下水補(bǔ)給的，定義為定流量邊界；邊界分別為盆地地下水流入和流出邊界的，定義為定水頭邊界；地表河定義為河流邊界：

步驟二、分析已有水文地質(zhì)剖面圖及鉆孔資料，結(jié)合地下水的開(kāi)采利用現(xiàn)狀及第四系巖性分布特點(diǎn)，根據(jù)淺層地下水貯存介質(zhì)特征、含水空隙的類(lèi)型，將含水巖層組在垂向上概化層數(shù)，根據(jù)已有地表高程等值線(xiàn)及高程點(diǎn)位數(shù)據(jù)，結(jié)合鉆孔數(shù)據(jù)，插值獲得初始水頭和底板標(biāo)高；

步驟三、確定源匯項(xiàng)，地下水來(lái)源包含接受降雨、山區(qū)側(cè)向補(bǔ)給、河流補(bǔ)給；排泄方式為蒸發(fā)和人工開(kāi)采；根據(jù)不同地質(zhì)條件，對(duì)邊界進(jìn)行劃分，根據(jù)地下水位數(shù)據(jù)，應(yīng)用達(dá)西定律計(jì)算得到邊界側(cè)向流量數(shù)值；河流按實(shí)測(cè)水位設(shè)定水頭取值及底板高程，并計(jì)算河流入滲系數(shù)；

步驟四、根據(jù)該區(qū)的水文地質(zhì)條件和地形資料，結(jié)合鉆孔數(shù)據(jù)和抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)研究區(qū)進(jìn)行含水層滲透系數(shù)分區(qū)，根據(jù)巖層屬性，垂向滲透系數(shù)通過(guò)水平滲透系數(shù)表示；

步驟五、根據(jù)研究區(qū)的水文、地質(zhì)條件，進(jìn)一步確定研究區(qū)地下水流服從達(dá)西定律，流態(tài)為三維穩(wěn)定流，模擬區(qū)為非均質(zhì)各向異性，進(jìn)一步確定監(jiān)測(cè)井位置；而后利用GMS地下水模擬軟件中里的Modflow程序包建立了地下水流模型，采用有限差分的離散方法剖分網(wǎng)格；

步驟六、進(jìn)行模型校準(zhǔn)，選取N個(gè)水位觀測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入模型進(jìn)行校準(zhǔn)，其中N大于0；根據(jù)校核目標(biāo)的填充顏色查看模型校正情況，當(dāng)模型校正目標(biāo)顏色條變小且為綠色時(shí)，認(rèn)為模型各項(xiàng)參數(shù)調(diào)至最優(yōu)；

步驟七、基于已建好的MODFLOW水流模型進(jìn)行質(zhì)點(diǎn)追蹤，應(yīng)用MODPATH模塊模擬反演地下水流跡線(xiàn)；通過(guò)在監(jiān)測(cè)井釋放示蹤粒子，由污染位置反向示蹤追溯到補(bǔ)給區(qū)后停止；通過(guò)隨模型結(jié)果進(jìn)行監(jiān)測(cè)井地下水反演結(jié)果顯示，劃定地下水污染物來(lái)源范圍；其中對(duì)于釋放示蹤粒子的監(jiān)測(cè)井全部選取，或選取采樣統(tǒng)計(jì)長(zhǎng)期超標(biāo)的重點(diǎn)污染監(jiān)測(cè)井；

步驟八、結(jié)合同位素的污染源類(lèi)型識(shí)別，通過(guò)衛(wèi)星地圖及現(xiàn)場(chǎng)探勘情況對(duì)監(jiān)測(cè)井跡線(xiàn)示蹤結(jié)果進(jìn)行分析，進(jìn)一步結(jié)合監(jiān)測(cè)井位置以及周邊土地類(lèi)型、污染源有關(guān)的企業(yè)以及污染源形成時(shí)間，在空間上識(shí)別地下水確切的污染源為后續(xù)精準(zhǔn)處理提供技術(shù)支撐。

2.如權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用數(shù)值模擬的地下水污染源空間綜合識(shí)別方法，其特征在于，對(duì)于步驟一中，研究區(qū)地下水流流向主要為水平運(yùn)動(dòng)，在常溫常壓下運(yùn)動(dòng)符合達(dá)西定律；其中河床河堤進(jìn)行過(guò)硬化處理，而河流參數(shù)主要為河床的水力傳導(dǎo)系數(shù)。

3.如權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用數(shù)值模擬的地下水污染源空間綜合識(shí)別方法，其特征在于，對(duì)于步驟三、側(cè)向徑流量根據(jù)達(dá)西線(xiàn)性滲透定律計(jì)算，如下式所示，

Q_側(cè)＝K·I·H·L·cosα

其中：Q_側(cè)——地下水側(cè)向徑流量(m³/d)；I——側(cè)向邊界地下水的水力梯度，無(wú)量綱；通過(guò)地下水等水位線(xiàn)計(jì)算獲得；H——含水層厚度(m)；L——計(jì)算斷面長(zhǎng)度(m)；α——地下水流向與計(jì)算斷面法線(xiàn)夾角(°)；

對(duì)于步驟三中河流入滲根據(jù)在研究區(qū)內(nèi)所進(jìn)行的調(diào)查研究工作，結(jié)合勘察經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)計(jì)算河流入滲補(bǔ)給量式，河流入滲量通過(guò)河流程序包RIV處理計(jì)算.考結(jié)合河床河堤進(jìn)行過(guò)硬化處理，而河流參數(shù)主要為河床的水力傳導(dǎo)系數(shù)，由底積層的巖性、厚度及河床寬度、計(jì)算單元的河段長(zhǎng)度決定，計(jì)算公式：

式中：K為河床土壤水力傳導(dǎo)系數(shù)，單位m/d；L為河流映射長(zhǎng)度，代表河流在模型中運(yùn)算的有效長(zhǎng)度，單位m；W為河流寬度，m；M為河床厚度，單位m。

4.如權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用數(shù)值模擬的地下水污染源空間綜合識(shí)別方法，其特征在于，對(duì)于步驟五中，GMS地下水模擬軟件建立時(shí)，計(jì)算采用Recharge和ET模塊，表征研究區(qū)的地下水入滲補(bǔ)給量及蒸散發(fā)；研究區(qū)模型構(gòu)建及相關(guān)參數(shù)輸入后，將概念模型映射到Modflow模塊中，解算器選擇穩(wěn)定性高、收斂性好的共軛梯度解算器PCG2，檢查后運(yùn)行。