[發(fā)明專(zhuān)利]一種觀測(cè)井缺失情況下地下水儲(chǔ)量變化協(xié)同正演模擬方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211275126.0
• 申請(qǐng)日: 2022-10-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115906404B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘云;李慧香;馬亞林;宮輝力;張青全
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 首都師范大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/20
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/20;G06F111/10
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11139
• 代理人: 孫皓晨

本發(fā)明公開(kāi)一種觀測(cè)井缺失情況下的地下水儲(chǔ)量變化協(xié)同正演模擬方法，包括：獲取研究區(qū)范圍及經(jīng)緯度信息設(shè)置緩沖區(qū)域；獲取對(duì)應(yīng)重力衛(wèi)星球諧數(shù)據(jù)、除地下水組分以外的非地下水組分水儲(chǔ)量數(shù)據(jù)、模型地下水儲(chǔ)量數(shù)據(jù)、研究區(qū)給水度經(jīng)驗(yàn)值及研究區(qū)周邊區(qū)域地下水儲(chǔ)量變化數(shù)據(jù)；對(duì)重力衛(wèi)星球諧數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換為含有泄露誤差的陸地水儲(chǔ)量變化數(shù)據(jù)；對(duì)除地下水組分以外的非地下水組分水儲(chǔ)量數(shù)據(jù)處理及計(jì)算得到含有泄露誤差的地下水儲(chǔ)量變化數(shù)據(jù)；計(jì)算得到研究區(qū)基于模型的地下水位變化數(shù)據(jù)；對(duì)基于模型的地下水儲(chǔ)量變化模擬值與緩沖區(qū)內(nèi)的地下水儲(chǔ)量變化數(shù)據(jù)進(jìn)行正演模擬處理得到研究區(qū)正演模擬后的地下水儲(chǔ)量變化；進(jìn)行融合模型水位數(shù)據(jù)的迭代正演模擬。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及重力衛(wèi)星與地下水科學(xué)交叉領(lǐng)域，具體而言，涉及融合水文模型的地下水儲(chǔ)量變化數(shù)據(jù)與衛(wèi)星重力正演模擬地下水儲(chǔ)量變化的方法，更具體地是一種觀測(cè)井缺失情況下地下水儲(chǔ)量變化協(xié)同正演模擬方法。

背景技術(shù)

水資源是人類(lèi)生存發(fā)展中不可缺少的資源，但淡水資源僅占全球水資源約3％，其中的30.1％為地下水資源，地表水和其它水資源量?jī)H占1.2％。相比冰川和冰蓋水資源難以獲取利用、地表水資源時(shí)空分布不均的特點(diǎn)，地下水資源具有分布廣泛、水質(zhì)好、出水穩(wěn)定、便于獲取等優(yōu)點(diǎn)，地下水是干旱及半干旱地區(qū)的主要用水來(lái)源。然而，隨經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，人口不斷增長(zhǎng)，人類(lèi)對(duì)地下水的開(kāi)采程度日益增強(qiáng)。地下水過(guò)度開(kāi)采會(huì)造成含水層虧空，在許多地區(qū)已經(jīng)形成了地下水降落漏斗，這對(duì)人類(lèi)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生一定的威脅。因而準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)地下水儲(chǔ)量變化可以為日后地下水資源管理提供依據(jù)，以實(shí)現(xiàn)地下水資源的可持續(xù)利用。

通過(guò)地下水位監(jiān)測(cè)井及水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算地下水儲(chǔ)量變化，及利用其它水文氣象數(shù)據(jù)基于水量平衡原理估算地下水儲(chǔ)量變化，這兩種方法是目前監(jiān)測(cè)地下水儲(chǔ)量變化的主要手段。但通過(guò)水量平衡的方法計(jì)算地下水儲(chǔ)量時(shí)需要輸入相關(guān)的水文、氣象數(shù)據(jù)，由此也會(huì)產(chǎn)生一系列誤差對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較大。地下水位監(jiān)測(cè)井的數(shù)量、分布不均及水文地質(zhì)參數(shù)的不確定會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果難以反映區(qū)域整體地下水儲(chǔ)量變化情況，結(jié)果會(huì)存在較大的不確定性。地下水位監(jiān)測(cè)井分布不足會(huì)使得其監(jiān)測(cè)結(jié)果無(wú)法排除地下水位異常波動(dòng)的影響，同時(shí)也難以準(zhǔn)確、全面的計(jì)算區(qū)域地下水儲(chǔ)量變化情況。

2002年美國(guó)宇航局(NASA)聯(lián)合德國(guó)空間局(DLR)聯(lián)合研制發(fā)射重力衛(wèi)星(GravityRecovery?and?Climate?Experiment,GRACE)，該衛(wèi)星通過(guò)感知主要由陸地水儲(chǔ)量變化引起的地球時(shí)變重力場(chǎng)變化來(lái)監(jiān)測(cè)地球表面質(zhì)量的重分配。重力衛(wèi)星被廣泛運(yùn)用于反演多個(gè)地區(qū)地下水儲(chǔ)量變化并得到了驗(yàn)證，突破了傳統(tǒng)地下水監(jiān)測(cè)手段在空間上的局限，展現(xiàn)了其在監(jiān)測(cè)地下水儲(chǔ)量變化這方面的潛力和價(jià)值。

在處理GRACE數(shù)據(jù)時(shí)，球諧展開(kāi)并截?cái)嗉盀V波這些過(guò)程會(huì)引起信號(hào)泄露誤差，研究區(qū)內(nèi)外信號(hào)相互泄露、互相干擾，最終影響反演結(jié)果。為減少信號(hào)泄露，常用的方法主要有加法校正、尺度因子校正和迭代正演模擬校正等方法。加法校正和尺度因子校正需要先驗(yàn)信息正演模擬GRACE數(shù)據(jù)處理過(guò)程，以此校正GRACE信號(hào)。但加法校正和尺度因子校正此類(lèi)方法過(guò)于依賴水文模型，反演結(jié)果與水文模型相似；同時(shí)在人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)烈、干旱半干旱地區(qū)，水文模型難以反映其真實(shí)的地下水儲(chǔ)量變化，由此結(jié)合GRACE數(shù)據(jù)反演的地下水儲(chǔ)量變化結(jié)果存在較大誤差。迭代正演模擬校正根據(jù)是否利用相關(guān)信號(hào)空間分布的先驗(yàn)信息可分為約束迭代正演模擬校正和非約束迭代正演模擬校正。與非約束迭代正演模擬校正相比，約束迭代正演模擬可以更好的恢復(fù)研究區(qū)內(nèi)的泄露信號(hào)，但由于該方法依賴于先驗(yàn)信息的空間分布，而這類(lèi)空間分布信息往往較為均勻，但地下水儲(chǔ)量變化的空間分布往往是不均勻的，因此約束迭代正演模擬校正也很難反演出高分辨率、高精度的地下水儲(chǔ)量變化。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有方法的不足，本發(fā)明提供一種觀測(cè)井缺失情況下地下水儲(chǔ)量變化協(xié)同正演模擬方法，主要針對(duì)缺少地下水位監(jiān)測(cè)井地區(qū)，用以獲得更準(zhǔn)確、更高分辨率的區(qū)域地下水儲(chǔ)量變化。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種觀測(cè)井缺失情況下地下水儲(chǔ)量變化協(xié)同正演模擬方法，其包括：