CN109147047B - 一种渗渠型傍河水源地数值模型构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提出了一种渗渠型傍河水源地数值模型构建方法，包括：在目标区域内确定渗渠型傍河水源地模型：采用VisualMODFLOW软件建立数值模型并求解；确定影响渗渠型傍河水源地的水量的源汇项，并确定源汇项的数值。上述方案提出了一种渗渠型傍河水源地数值模型构建方法，能够更为精确地建立渗渠型傍河水源地数值模型，以对渗渠型傍河水源地进行模拟，最终更为精确地为建立渗渠型傍河水源地提供辅助参考。

Description

一种渗渠型傍河水源地数值模型构建方法

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，尤其是涉及一种渗渠型傍河水源地数值模型构建方法。

背景技术

随着社会的发展，越来越多领域都开始使用数据分析和数据处理技术。水资源是人类社会不可或缺的资源，其直接关系到人类的生存和社会的稳定。现有技术中通常都采用建模的方式模拟水资源，以更为精确地对水资源进行调配。在针对水资源的建模中，普遍认为渗渠型傍河水源地的建模是比较困难的，因为涉及到的数据和参数非常多。因此现有技术中迫切需要一种相对精确的渗渠型傍河水源地的数值模型构建方法。

发明内容

针对当前的针对渗渠型傍河水源地进行数值建模的技术不够完善的问题，本发明实施例提出了一种渗渠型傍河水源地数值模型构建方法，至少部分的解决现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种渗渠型傍河水源地数值模型构建方法，包括：

步骤1：模型建立步骤，用于在目标区域内确定渗渠型傍河水源地模型：

H(x，y，z)|S₁＝H₁(x，y，z) (x，y，z)∈Ω (3-2)

其中，Ω为地水渗流区域，S₁为模型的一类边界，K_x、K_y、K_z分别为x、y、z三轴方向上的渗透系数，H(x,y,z)为地下水水头，H₁(x,y,z)为定水头边界条件，n为定水头边界的外法线方向，K为定水头边界的外法线方向n的渗透系数，q₁(x,y,z)为定水头边界单位面积流量函数；

步骤2：模型求解步骤，用于采用VisualMODFLOW软件建立数值模型并求解；具体包括：

对目标区域生成矢量图，所述矢量图中将目标区域分为N个单元，并在矢量图中标注出河流位置；

确定目标区域的以下水文地质参数：含水层的渗透系数K、给水度μ、贮水系数S、有效孔隙度；根据目标区域的不同渗透系数K，将目标区域分为M个子区域；然后根据对目标区域的钻孔和勘探确定给水度μ、贮水系数S、有效孔隙度；然后通过Visual MODFLOW软件里的Drain排水沟程序包模拟渗渠以生成水流模型，通过MT3DMS程序包模拟水质以生成水质模型；

针对生成的水流模型，将历史数据导入水流模型中以获取初始水位插值图；

针对生成的水质模型，将历史数据导入模型中以获取初始水位插值图；

步骤3：源汇项确定步骤，用于确定影响渗渠型傍河水源地的水量的源汇项，并确定源汇项的数值。

进一步的，所述源汇项为降水，且降水入渗补给量采用以下公式进行计算：

式中：0.1为单位换算系数，Q为降雨入渗补给量，α_降为降雨入渗补给系数，R_i为第i个月的降雨量；F为降雨入渗补给的计算面积。

进一步的，所述方法还包括：对渗渠型傍河水源地的以下至少一种参数进行优化分析以提高渗渠出水的水量和水质：离河距离、埋设深度、水头损失。

进一步的，所述方法包括：对渗渠型傍河水源地的离河距离参数进行优化分析以提高渗渠出水的水量和水质，具体包括：

利用生成的水流模型，模拟与河流不同距离下的流场图，以获取不同距离下的河流对渗渠的补给强度；

利用生成的水质模型，模拟与河流不同距离下的氨氮分布图，以获取不同距离下的渗渠的水质；

根据不同距离下的流场图和氨氮分布图，确定满足流量要求和水质要求的最佳距离。

进一步的，所述方法包括：对渗渠型傍河水源地的水头损失参数进行优化分析以提高渗渠出水的水量和水质，具体包括：

利用生成的水流模型，模拟不同填充材料下的水头损失，以获取不同填充材料下的渗渠出水量；

利用生成的水质模型，模拟不同填充材料下的氨氮分布图，以获取不同填充材料下的水质；

根据不同填充材料下的流场图和氨氮分布图，确定满足流量要求和水质要求的最佳填充材料。

本发明的技术方案具有以下优势：

上述方案提出了一种渗渠型傍河水源地数值模型构建方法，能够更为精确地建立渗渠型傍河水源地数值模型，以对渗渠型傍河水源地进行模拟，最终更为精确地为建立渗渠型傍河水源地提供辅助参考。

附图说明

通过下面结合附图对本发明的一个优选实施例进行的描述，本发明的技术方案及其技术效果将变得更加清楚，且更加易于理解。其中：

图1为研究区网格剖分图；

图2为研究区第四系含水层渗透系数分区示意图；

图3为不同离河距离渗渠的日出水量柱状图；

图4为初始水位插值图；

图5为初始氨氮分布图；

图6a-图6d分别为渗渠离河5m、10m、15m、20m的模拟流场图；

图7a-图7d分别为渗渠离河5m、10m、15m、20m的氨氮分布图；

图8为不同位置渗渠氨氮浓度柱状图；

图9a-图9d分别为埋设深度为2.5m、2.75m、3m、3.25m的流场模拟图；

图10为不同埋设深度渗渠日出水量柱状图；

图11a-图11d分别为埋设深度为2.5m、2.75m、3m、3.25m的氨氮分布图；

图12为不同埋设深度渗渠氨氮浓度变化柱状图；

图13a-图13d为不同情景下的地下水流场图；

图14为不同水头损失系数渗渠日出水量柱状图；

图15a-图15d为情景3下的氨氮分布图；

图16为不同水头损失系数氨氮浓度变化柱状图。

具体实施方式

以下将结合所附的附图对本发明的一个优选实施例进行描述。

本发明实施例提出了一种渗渠型傍河水源地数值模型构建方法。

一、渗渠型傍河水源地数值模型构建

1.概念模型

1.1研究区的确定

本次模拟区域为海林市二水厂上下游1000米流域附近，南北方向约2500m，东西方向约3500m，总面积8.75km2。其中，研究区东西边界分别为海浪河与牡丹江交汇处及海浪河分流处，南北边界为人为设定边界。

1.2含水层结构概化

该水源地取水方式为渗渠型傍河取水，目标含水层为河床及第四系松散岩类孔隙潜水含水层，含水层由第四系全新统中粗砂、砂砾、圆砾组成，含水层厚度4-8m，水位埋深1-3m。介于本次模拟范围较小，数据较少，且经取样分析土壤成分90％以上为壤质砂土，本次研究仅针对潜水含水层，故把该含水层的模拟概化为理想条件下无干扰的非均质、各向异性稳定流的二维模拟。

2.数学模型：根据海浪河水文地质概念模型，建立研究区数学模型：

H(x，y，z)|S₁＝H₁(x，y，z) (x，y，z)∈Ω (3-2)

其中，Ω为地水渗流区域，S₁为模型的一类边界，K_x、K_y、K_z分别为x、y、z三轴方向上的渗透系数，H(x,y,z)为地下水水头，H₁(x,y,z)为定水头边界条件，n为定水头边界的外法线方向，K为定水头边界的外法线方向n的渗透系数，q₁(x,y,z)为定水头边界单位面积流量函数；

在本发明实施例中，假设假定K_x＝K_y。

3.模型求解方法：本发明实施例中采用VisualMODFLOW2010建立数值模型并求解。

3.1研究区剖分

通过ArcGIS10.2.2对已有海浪河地区的矢量图进行处理，作为本发明实施例的研究区的底图。根据本发明实施例的需要，针对模拟需要，对模型剖分为100行×100列的图形，其一共包括10000个单元，如图1所示，其中中间部分为有效单元格，上下两部分是无效单元格，且中间的直线为河流位置。

3.2水文地质参数分区

水文地质参数直接关系到本次模拟及研究的成败，它直接关系到地下水模型的可信度与准确性。本次数值模拟中，主要采用的水文地质参数包括含水层的渗透系数K、给水度μ和贮水系数S。依据野外实验所得样品进行的分析和水文地质报告以及经验系数，对研究区进行参数分区与赋值，渗透系数共分为7个分区，见图2。

①渗透系数

本次渗透系数主要是通过野外地质试验以及前人的经验数据，再结合参考文献等所查资料确定。渗透系数数值及分区如下(表1、图2)。

表1海浪河研究区渗透系数分区表

②其它水文参数：除渗透系数外，要建立一个完整的模型，还需要用到该区域的给水度、贮水系数等关键系数。根据所查资料和研究区的钻孔资料以及勘探资料，将参数赋值，给水度μ＝0.05，贮水系数赋S＝0.0001，有效孔隙度赋为0.15。

3.3渗渠模拟

渗渠主要是通过埋设在含水层中带有孔眼的水平渗水管道或渠道，通过水头差以及水的渗流作用，从而获取地下水和河床潜流水。Drain作为VisualMODFLOW里面的排水沟程序包，可以用来模拟农田排水沟之类工程的运行，如果水位低于排水沟程序包中设定固定水位，水就不会溢出。本文模拟的渗渠是平行于河流布设，主要布设在河流南侧，其基本进出水机制同排水沟类似，都是超过固定标高就会排水，不过排水沟是自动排水，渗渠是人工取水设定标高。所以本次模拟采用Drain程序包模拟渗渠，通过MT3DMS进行对水质的模拟。

3.4初始条件和边界条件

本次数据采用2014-2016年部分月份数据，采用2014年1月1日作为初始时间进行模拟，通过水厂提供数据以及所查资料，用VisualMODFLOW2010建立模型，并把已知地点的水位数据导入模型中，得到初始水位插值图，见图4。

在VisualMODFLOW建立的水流模型基础上运用MT3DMS求解水质模型，水质模型的边界划分、模拟范围、源汇项概化均与水流数值模型相同，流体概化为均质流体，密度为常数。本次水质模型建立是以氨氮作为模拟因子的，由于本次水质模型主要观察的是渗渠布设对污染物质运移的影响，所以针对野外取样测得的结果，简单的对氨氮分布进行了插值。为了使得数据对比较为明显，在不影响结论的情况下，本次氨氮差值时对氨氮含量进行同比例适当放大10倍，方便图件观察。

模拟区外部边界条件全部设为通用水头边界。研究区内部的海浪河，概化为河流边界。为方便观察以及计算，本次模拟将研究区底层底板高程设为0m，所以文中涉及的水位均是指底层底板至水面的距离。

3.5源汇项计算与处理

源汇项会影响到一个地区的水量变化，对该地区的地下水流场具有重要的影响。因此，正确确定源汇项的数值，关系到模型的成败。

从已有资料以及所查文献来看，该区的源汇项主要由降雨补给组成，且总的入渗量取其平均值，通过如下公式计算，设置为31000m3/a。

降水入渗补给量的计算主要是对降雨入渗系数的确定，可以根据研究区包气带的岩性获采取以往研究的经验值进行处理。

公式如下：

式中：0.1为单位换算系数，Q为降雨入渗补给量，α_降为降雨入渗补给系数，在本发明实施例中可以取0.12；R_i为第i个月的降雨量(mm)；F为降雨入渗补给的计算面积(km²)。

4水均衡分析

在自然状态下，在固定区域含水层内的平均补给量应该与平均排泄量近似相等，水均衡分析主要针对模拟区涉及到的入渗等补给量与出流排泄量的分析论证。本次模拟假设在天然状态下，无外界干扰的条件下进行的，主要排泄方式为渗渠取水及测向出流。本次模拟主要是对渗渠的进水量与出水量进行分析，在初始流场条件(无渗渠)下，指定区域进水量为3073.8m³/d，出水量为3069.4m³/d，误差为4.49m³/d，结果较为准确。

本次模拟是在海浪河二水源地数据的基础上建立的理想模型，与当地实际情况会有出入。本次模拟的目的是确定不同参数情况下渗渠的水质水量变化情况，从而拟定合理的渗渠布设方式。

二、渗渠型傍河水源地参数优化分析

利用数值模拟技术对渗渠型傍河水源地的三种参数进行优化，以期为渗渠型傍河水源地的建设提供参数服务，并最大化地节约水源地建设成本。参数优化旨在提高渗渠出水的水量和水质，分析渗渠运行期间的取水情况，在保证该地区居民用水量充足的同时，能够获取更高水质的水源，保障居民的正常生活用水。同时模型模拟与参数优化设计可为渗渠的推广应用，及渗渠工程的合理设计，提供技术与理论支持。

根据海林市需水量预测可知，海林市近5年年均需水量为5.45万m³/d，预测到2020年城市需水量达到8.5万m³/d。日变化系数为1.3，则2020年平均日需水量为6.54万m³/d，其中二水源地即渗渠所在的水源地日均供水量需达到1.5万m³/d，现定目标为2万m³/d。

渗渠的出水能力很大程度上是由最大供水能力水源补给决定的，因此主要取决于渗渠与该水源补给的位置，这通常由当地的实际地质条件和水文条件决定。从地质条件来看，含水层的渗透系数K值越大，补给的水流量就越多。根据Darcy定律可知，含水层的厚度会影响含水层的储水量，含水层厚度越大，储水量越大，可补给渗渠的水量就越大，由此可见取地下水的最佳渗渠位置是含水层的渗透系数和含水层的厚度同为最大，并且保证无断层等不透水的地方，但是一般情况下二者不同为一个地方，宜选取渗透系数最大的部位。从河流条件来讲，渗渠的最佳布设位置主要取决于河段的枯水期河水流速，尽量选在枯水期河水流速接近河床的自净流速。

本次研究区主要水流补给来源来自于河流，但是最终补给形式是以地下渗流的方式补给，河流的水位会直接影响地下水位，所以综合地质条件和水文条件以及实际操作等因素考虑，本次研究主要从三个方面进行参数优化：离河距离、埋设深度、水头损失系数(渗渠外包材料特性)。

1离河距离

本次模型的参数设计主要是依据海林市二水源地提供的渗渠工程设计图设定的。

此次分析保持其他参数不变，调整渗渠与河流的距离，观察分析地下流场的变化以及渗渠的出水量。考虑到实地施工情况和模型分析，将最小距离定为5m，并设置如下情景进行水量和水质模拟，见表2：

表2离河距离优化情景设置

1.1水量分析

根据不同的离河距离，获取优化情景设置的模拟结果图(图4)；并获取渗渠离河5m、10m、15m、20m的模拟流场图(如图6a-图6d)；并获取如图3所示的不同离河距离渗渠的日出水量柱状图。

将渗渠离核5m的模拟流程图(图6a)与初始流场图(图4)相比，模拟结果的流场趋势相似，呈现南北高、中间低、东高西低的趋势，但是在渗渠区域水位急剧升高，地下水流线整体向渗渠所在处收缩，水位最低处也在渗渠位置及其附近。并且能够看出，在渗渠以外的地区，地下水位变化很小，说明渗渠的辐射范围不大，能够影响到渗渠进水量的补给源都在离渗渠较近的地方。设定取水水位为2m，即水位高于2m时会自动流出，所以渗渠处水位在2m左右。另外，由模型运算可得，渗渠的出水量为29389.2m³/d。

图6b为渗渠离河10m处的地下水流场图，与离河5m处的规律相同，流场趋势与初始流场相同，在渗渠处水位变化明显，水位变化趋势随着渗渠的位置变化。渗渠出水量为25525m3/d，出水量略有降低。

图6c为渗渠离河15m处的地下水流场图，图6d为渗渠离河20m处的地下水流场图；地下水流场变化趋势和水位变化变化均与上文类似，但是与10m位置处一样，流线继续向南偏移，随着渗渠位置的变化流线密集的位置也发生变化，但都在渗渠附近。

从图3可以看到，渗渠的出水量随渗渠离河的距离而减少，从5m到20m的渗渠日出水量分别为29389.2m³/d、25525m³/d、15170.4m³/d，12468.8m³/d。这是由于在一定距离内，河流对渗渠的补给强度要高于地下水对渗渠的补给；河水在到达渗渠的过程中，受到土壤颗粒的摩擦阻力作用和渗流到其它区域，使得渗入渗渠的水头降低，水量减少。

1.2水质分析

图7a、图7b、图7c、图7d分别为模拟的氨氮分布图。图8为渗渠不同位的氨氮浓度柱状图。

如图5所示的为初始氨氮分布图，其中大部分地区的氨氮浓度都在10mg/L左右。

图7a中10mg/L的区域范围比图5的初始氨氮分布图要小，特别是在渗渠附近，氨氮减少量十分明显，从原来的10mg/L减少到2mg/L以下，同时在渗渠处的氨氮等值线变得更加密集。由此可以推断，与初始氨氮分布图相比，氨氮的浓度在降低，在渗渠的作用下，加速了地下水流的运动速度，加剧氨氮的扩散，使氨氮得到稀释。同时渗渠的填充物质有效的对氨氮进行了截留，使得渗渠内氨氮浓度降低。

图7b为渗渠离河10m处的氨氮分布图。氨氮分布同5m处类似，但是整体浓度向西方向偏移，即与5m处相比，10m处靠近渗渠的氨氮浓度更低，等值线更加密集，渗渠填充物对氨氮的截留效果更好。

图7c为渗渠离河15m处的氨氮分布图，图7d为渗渠离河20m处的氨氮分布图。氨氮分布图变化比较明显，渗渠15m处的10mg/L氨氮含量的范围明显缩小，渗渠处的氨氮等值线密集程度降低，氨氮含量降低；在渗渠20m处可以很明显的看到氨氮浓度的降低，在渗渠处等值线更加稀疏，氨氮含量更低，说明距离河流越远，渗渠获得的水质越好。

图8为渗渠不同位的氨氮浓度柱状图，可以看出，随着渗渠离河距离越大，渗渠中氨氮浓度越低。

基于水厂需要满足15000m³/d的日供水量，所以5m-15m之间的位置均可以布设渗渠。再考虑到水质变化，从图5-10可以看到，渗渠水的氨氮浓度随着渗渠离河距离的的增大而降低，说明在一定范围内，渗渠水质随渗渠离河距离越远水质越好。综合来看，渗渠离河15m处能够满足日供水量且水质较好。

2埋设深度

为了观察直观方便，本文中的埋设深度是指研究地层地板距离渗渠设定水位高程的距离，即研究区最底层至渗渠中发生渗流的最低水位。由上一节得出的结论可知，渗渠在距离河流15m处取水效果较好。所以本次模拟在距离河流15m处进行，通过改变渗渠埋设深度，进行水量和水质的模拟。

在进行了大量试算后，发现埋设深度对渗渠水质的影响不大，可以忽略不计，同时在埋设深度为2.5m-3.25m之间出水量较大，所以选取此范围进行较为精确的模拟。设计情景如下，见表3：

表3渗渠埋设深度优化情景设置

2.1水量分析

图9a、图9b、图9c、图9d分别是埋设深度为2.5m、2.75m、3m、3.25m的流场模拟图。从图中不难看出，蓝色矩形的区域就是渗渠。

首先是图9a，渗渠区域流线数值最小显示为3m，但其附近流线为3.5m，水力梯度差距较小；其次为图9b，渗渠区域流线数值最小为3.5m，并未出现3m的流线，这意味着图9b中渗渠区域的水位高度要高于图9a中相应位置，即渗渠埋设深度2.75m时渗渠出水量比埋设深度2.5m时要大。图9c中渗渠位置的流线也是3.5m，和图9b类似，但是3.5m流线区域面积比图9b要小，这意味着在该区域水位较高，即出水量比图9b要高，所以渗渠埋深3m时渗渠出水量比渗渠埋深2.75m要大；最后是图9d，图9d中渗渠位置的流场线与图9a相似，出现的最低值为3.0m，这意味着渗渠埋设深度为3.25m时水量比之前埋深为2.75m、3m时有所降低。

模型计算的4种情况的出水量见图10，从图10中可以看出，在渗渠的埋设深度从2.5m-3.25m变化的过程中，渗渠出水量呈现出先增高后降低的抛物线趋势，且最高点出现在2.75m-3.25m之间的3m左右。

2.2水质分析

本次水质模拟结果的变化规律同水量变化类似，氨氮分布图分别见图11a、图11b、图11c、图11d。从整体的4幅图来看，图11a和图11d中渗渠位置氨氮分布规律相似，图11b和图图11c分布规律相似。不难看出，图11a、图11b中渗渠位置氨氮等值线最小数值均为2mg/L，但是对比两图中2mg/L区域的范围不难看出，图11b中2mg/L区域范围更大，即图11b中渗渠位置的氨氮浓度更低。图11c氨氮分布等值线与图11b相似，但是图11c中渗渠位置2mg/L区域的范围要小于图11b，不过差距较小，说明图11c中渗渠区域氨氮浓度要略高于图11b。图11d中渗渠位置出现了4mg/L的氨氮分布，说明在渗渠埋深到达3.25m时，相对于图11c图，氨氮浓度升高较多。

图12为渗渠区域氨氮浓度的平均分布值，与图中呈现结果一致，图11d>图11a>图11c>图11b。但是从整体来看，氨氮浓度变化不大，均在3mg/L上下波动，对水质均有较好的净化效果，对取水影响可以忽略。

综合上文中对水量、水质变化的分析，可以确定在该模型条件设定下，最佳埋设深度确定在2.75m-3m之间，就模拟结果来看，埋设深度3m时渗渠出水量比埋设深度2.75m时要高，所以确定3m为最佳埋设深度。

3水头损失系数

3.1水量分析

水头损失系数主要由渗渠周围的填充材料决定，填充材料一般为回填河砂，根据不同砂石粒径，再结合上文得出的结论，渗渠在离河距离15m处、埋设深度3m处出水效果较好，根据经验数据，本次模拟设定了四种情景，见表4。

表4水头损失系数优化情景设置

图13a、图13b、图13c、图13d分别为表4中不同情景下的地下水流场图，从图中来看，并无明显变化。图14是渗渠出水量的柱状图，从图中可以看出，随着水头损失系数的降低，即填充材料颗粒的变大，出水量是逐渐变大的，也就是说，填充材料的颗粒越大，渗渠反滤层的透水性就越好，从而导致渗渠的出水量就越大。

3.2水质分析

图15a、图15b、图15c、图15d分别为情景3模拟下的氨氮分布图。图15a与图15b相比，两图中最小等值线数值均为2mg/L，但是从图上结果来说，图15a中2mg/L的区域要比图15b大，即图15a中氨氮浓度相对较低；图15b、图15c、图15d直接从氨氮分布图来看并不容易区分，基本类似。图16是情景3模拟下的氨氮浓度分布柱状图，从图中可以看到，随着水头损失系数的增大，氨氮的浓度降低，与水量的变化正好相反。

综合以上情景模拟的结果来看，此次模拟得到的渗渠出水量，均满足并超过需水量，所以水量可以得到满足。结合氨氮浓度随水头损失系数变大浓度降低的趋势，水头损失系数选择1044m²/d较好。

综上所示，在该模型设定的水文地质、河流参数及边界条件下，渗渠的出水量主要由渗渠与河流的距离决定，在河流影响渗渠出水的范围内，渗渠距离河流越远，出水量越少；渗渠的填充材料对出水量也有较大的影响，填充材料的颗粒越大，出水量也就越大；渗渠的埋设深度由于受到经济及技术成本的影响，不可能变化太大，但是还是在一定的深度范围内使得渗渠出水量呈现抛物线特征的先升高后降低的趋势。渗渠的水质由多种因素决定，介于该地区河水水质优于潜水水质，所以在河流对渗渠水质的影响大于对潜水对渗渠水质的影响范围内，渗渠水质是随着离河距离的增大而逐渐提高的；渗渠填充材料的颗粒越大，对水质的净化效果就越低，渗渠的水质就越差；渗渠的埋设深度对渗渠水质的影响不大，变化趋势同水量相似，在一定埋深范围内，呈现先升高后降低的趋势，但是整体变化不大。因此，在对不同水文地质条件和径流补给条件的地区进行渗渠布设时，需要考虑主要的补给源，同时确定不同的条件下的渗渠的离河距离、埋设深度以及选择合适的填充材料。

对于所属技术领域的技术人员而言，随着技术的发展，本发明构思可以不同方式实现。本发明的实施方式并不仅限于以上描述的实施例，而且可在权利要求的范围内进行变化。

Claims (4)

1.一种渗渠型傍河水源地数值模型构建方法，其特征在于，包括：

步骤1：模型建立步骤，用于在目标区域内确定渗渠型傍河水源地模型：

H(x,y,z)|S₁＝H₁(x,y,z) (x,y,z)∈Ω (3-2)

其中，Ω为地水渗流区域，S₁为模型的一类边界，K_x、K_y、K_z分别为x、y、z三轴方向上的渗透系数，H(x,y,z)为地下水水头，H₁(x,y,z)为定水头边界条件，n为定水头边界的外法线方向，K为定水头边界的外法线方向n的渗透系数，q₁(x,y,z)为定水头边界单位面积流量函数；

步骤2：模型求解步骤，用于采用VisualMODFLOW软件建立数值模型并求解；具体包括：

对目标区域生成矢量图，所述矢量图中将目标区域分为N个单元，并在矢量图中标注出河流位置；

确定目标区域的以下水文地质参数：含水层的渗透系数K、给水度μ、贮水系数S、有效孔隙度；根据目标区域的不同渗透系数K，将目标区域分为M个子区域；然后根据对目标区域的钻孔和勘探确定给水度μ、贮水系数S、有效孔隙度；然后通过VisualMODFLOW软件里的Drain排水沟程序包模拟渗渠以生成水流模型，通过MT3DMS程序包模拟水质以生成水质模型；

针对生成的水流模型，将历史数据导入水流模型中以获取初始水位插值图；

针对生成的水质模型，将历史数据导入模型中以获取初始水位插值图；

步骤3：源汇项确定步骤，用于确定影响渗渠型傍河水源地的水量的源汇项，并确定源汇项的数值；

所述方法还包括：对渗渠型傍河水源地的以下至少一种参数进行优化分析以提高渗渠出水的水量和水质：离河距离、埋设深度、水头损失；

根据不同距离下的流场图和氨氮分布图，将渗渠离河15m确定为满足流量要求和水质要求的最佳距离；

根据对水量、水质变化的分析，确定3m为最佳埋设深度；

根据不同填充材料下的流场图和氨氮分布图，将1044m²/d确定为满足流量要求和水质要求的最佳填充材料；其中，1044m²/d是由渗渠周围的填充材料决定的水头损失系数。

2.根据权利要求1所述的渗渠型傍河水源地数值模型构建方法，其特征在于，所述源汇项为降水，且降水入渗补给量采用以下公式进行计算：

式中：0.1为单位换算系数，Q为降雨入渗补给量，α_降为降雨入渗补给系数，R_i为第i个月的降雨量；F为降雨入渗补给的计算面积。

3.根据权利要求1所述的渗渠型傍河水源地数值模型构建方法，其特征在于，所述方法包括：对渗渠型傍河水源地的离河距离参数进行优化分析以提高渗渠出水的水量和水质，具体包括：

利用生成的水流模型，模拟与河流不同距离下的流场图，以获取不同距离下的河流对渗渠的补给强度；

利用生成的水质模型，模拟与河流不同距离下的氨氮分布图，以获取不同距离下的渗渠的水质；

根据不同距离下的流场图和氨氮分布图，确定满足流量要求和水质要求的最佳距离。

4.根据权利要求1所述的渗渠型傍河水源地数值模型构建方法，其特征在于，所述方法包括：对渗渠型傍河水源地的水头损失参数进行优化分析以提高渗渠出水的水量和水质，具体包括：

利用生成的水流模型，模拟不同填充材料下的水头损失，以获取不同填充材料下的渗渠出水量；

利用生成的水质模型，模拟不同填充材料下的氨氮分布图，以获取不同填充材料下的水质；

根据不同填充材料下的流场图和氨氮分布图，确定满足流量要求和水质要求的最佳填充材料。

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