CN114676545A - 一种基于gms分析地下水压采方案效果的方法 - Google Patents

一种基于gms分析地下水压采方案效果的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114676545A
CN114676545A CN202111400509.1A CN202111400509A CN114676545A CN 114676545 A CN114676545 A CN 114676545A CN 202111400509 A CN202111400509 A CN 202111400509A CN 114676545 A CN114676545 A CN 114676545A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gms
model
underground water
water
boundary
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111400509.1A
Other languages
English (en)
Inventor
李海明
段旭东
郝春沣
刘海滢
邢西刚
李昕阳
杜军凯
段浩
曹引
郝震
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University of Science and Technology
China Institute of Water Resources and Hydropower Research
China Renewable Energy Engineering Institute
Original Assignee
Tianjin University of Science and Technology
China Institute of Water Resources and Hydropower Research
China Renewable Energy Engineering Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University of Science and Technology, China Institute of Water Resources and Hydropower Research, China Renewable Energy Engineering Institute filed Critical Tianjin University of Science and Technology
Priority to CN202111400509.1A priority Critical patent/CN114676545A/zh
Publication of CN114676545A publication Critical patent/CN114676545A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/11—Complex mathematical operations for solving equations, e.g. nonlinear equations, general mathematical optimization problems
    • G06F17/13—Differential equations
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/10—Numerical modelling
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2113/00—Details relating to the application field
    • G06F2113/08—Fluids

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于GMS分析地下水压采方案效果的方法，属于数值模拟技术领域。本发明结合研究区的水文地质条件，概化边界条件和含水层，确定各源汇项及水文地质参数，建立基于GMS的地下水水流模型，并对模型进行识别与验证。将地下水压采方案对应的压采量作为源汇项输入到模型中，设置不同的模拟时间，运行模型，对结果进行分析，可得知地下水压采方案效果。本发明可以得到直观的不同时间尺度下的地下水压采方案影响下的地下水流场图，和研究区的地下水资源量变化值，从而对地下水压采方案的效果有一个直观的认识。

Description

一种基于GMS分析地下水压采方案效果的方法
技术领域
本发明属于数值模拟技术领域，具体涉及一种基于GMS分析地下水压采方案效果的方法。
背景技术
现有技术多为使用水均衡方法、综合指数法、灰色关联分析法进行地下水压采方案的效果分析。
其中，水均衡方法对地下水系统的补给项和排泄项进行分析，从而得出地下水系统的水量盈亏量，较片面且准确性不高。
综合指数法构建地下水压采效果的评价指标集，将地下水压采效果评价过程化，但比较繁琐，结果不够直观，可视性不强。
灰色关联分析法根据因素之间发展趋势的相似或相异程度，亦即“灰色关联度”，作为衡量因素间关联程度的一种方法，在分析地下水压采方案效果中结果不够直观，可视性不强。
可见，现有的地下水压采方案的效果分析方法存在结果不够直观，可视性不强等问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何提供一种基于GMS分析地下水压采方案效果的方法，以解决现有的地下水压采方案的效果分析方法存在结果不够直观，可视性不强的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于GMS分析地下水压采方案效果的方法，该方法包括如下步骤：
S1、建立研究区的水文地质概念模型
S11、确定研究区的边界范围；
S12、对进行文献查阅、野外调查、收集整理资料对研究区的水文地质条件和地下水流场和动态进行分析从而对含水层和边界条件进行概化；
S2、利用概念模型法建立研究区的数值模型
S21、根据研究区地下水流场及动态的分析建立合适的数学微分方程；
S22、对模型在GMS中进行时间离散及合适的空间剖分；
S23、确定降水入渗补给系数、田间灌溉入渗补给系数、潜水蒸发系数、渗透系数、给水度、贮水系数、越流系数等水文地质参数并输入到模型中；
S24、确定模型源汇项：降水入渗补给量、田间和渠系入渗补给量、蒸发量、地表水体渗漏补给量、开采量等的值并输入到模型中；
S25、对模型进行识别验证：模型试验采用试验估计修正方法进行识别和验证，即不断调整水文地质参数和部分源汇条件，使拟合效果达到理想状况，以使建立的数学模型能够准确反映实际流场的情况；
S3、利用建立好的地下水数值模型进行模拟和预测
S31、将地下水压采方案对应的地下水开采量作为源汇项及与开采量相关的源汇项输入到模型中，并调节模型中的时间尺度；
S32、运行模型得到不同时间尺度下的、直观的地下水流场图和地下水资源变化值；
S4、对结果进行分析可以得到不同地下水压采方案在不同时间尺度下对地下水的影响效果。
进一步地，所述步骤S11具体包括：根据研究需要，结合研究区的水文地质条件，选择天然地下水系统，边界为自然边界，尽量避免人为边界，确定研究区的边界范围。
进一步地，所述步骤S12具体包括：根据含水层、隔水层的分布、地质构造和边界上地下水流特征、地下水与地表水的水力联系，将计算区边界概化为给定地下水水位的一类边界、给定侧向径流量的二类边界和给定地下水侧向流量与水位关系的三类边界；根据含水层组类型、结构和岩性，确定层组的均质或非均质、各向同性或各向异性，确定层组水流为稳定流或非稳定流、潜水或承压水。
进一步地，所述步骤S21具体包括：如将地下水系统概化为非均质性、各向同性、非稳定的空间三维结构，对于该地下水系统，用以下的微分方程来描述：
Figure BDA0003365001910000031
h(x,y,z,t)|t＝0＝h0 x,y,z∈Ω,t≥0
Figure BDA0003365001910000033
Figure BDA0003365001910000032
式中：Kx，Ky，Kz—分别为x，y和z方向的渗透系数(m/d)；Ω—渗流区域；S—储水系数(1/m)；h—含水层的水位标高(m)；ε—含水层的源汇项(1/d)；h0—含水层的初始水位(m)；Г1—研究区各层一类边界，f(x,y,z,t)为Г1上的已知水头函数；Г2—研究区各层二类边界；n—边界面的法线方向；Kn—边界面法向方向的渗透系数(m/d)；q(x，y，z，t)—Г2边界的单位面积流量，流入为正，流出为负，隔水边界为0(m3/d)。
进一步地，所述步骤S22具体包括：在GMS的map模块新建concept Model，然后利用map模块中的建立boundary Coverage的功能，将前面确定的研究区边界范围利用画线工具画到boundary Coverage中，将所模拟的研究区放进矩形中，进行表格剖分；将收集整理的含水层各层顶板、底板的标高和初始水头整理为txt格式利用在GMS的2D scatter Data模块导入到软件中并右击选择Interpolate to MODFLOW layer,在插值方式中选择克里金插值；根据收集的资料确定是以月为应力期并确定模拟时间的起止，在GMS的MODFLOW模块的Global Options的Stress Periods中进行调整。
进一步地，所述步骤S23具体包括：对于参数的空间分布规律，采用参数分区来确定；参数分区的依据为:(1)计算区单孔抽水试验资料的计算结果，包括渗透系数、储水系数、给水度及单位涌水量；(2)含水层分布规律，即理深、厚度和岩性组合特征:(3)地下水天然流场、人工干扰流场、水化学场和温度场；(4)构造条件及岩溶发育规律；各水文地质参数的数值通过在研究区进行单孔抽水试验得到，或者根据经验值获得；将各水文地质参数的数值利用GMS的map模块中的建立参数Coverage的功能输入到模型中。
进一步地，所述步骤S24具体包括：
降水入渗补给量的确定：根据研究区各降雨量站点年降水量，结合降水入渗补给系数，两者相乘即为降水入渗补给量，将所得数值利用GMS的map模块中的建立rechargeCoverage的功能导入数值模型中；
降水入渗补给量按下式计算：
Q降＝P·α·F
式中：Q降——降水入渗补给量(m3/a)；
α——降水入渗系数；
P——计算区多年平均降水量；
F——计算区面积；
田间灌溉回渗补给地下水量的确定：
根据研究区地下水农业开采量，乘以灌溉入渗补给系数，将所得数值利用GMS的map模块中的建立recharge Coverage的功能导入数值模型中；
Q灌＝β·(Q引-Q渠)
式中：
Q灌——田间灌溉回渗补给地下水量(m3/a)；
β——灌溉回归入渗补给地下水系数；
Q引——灌溉引水总量(m3/a)；
Q渠——渠系渗漏补给地下水量(m3/a)；
潜水蒸发的确定：根据资料确定研究区的潜水蒸发极限深度，和蒸发强度；利用GMS的map模块中的建立ET Coverage的功能导入数值模型中；
Q蒸＝C·F·ε0
式中：Q蒸——潜水蒸发量；
C——潜水蒸发系数；
F——计算面积(扣除道路、地表水面、城镇建筑物等面积)；
ε0——水面蒸发量；
地表水体渗漏补给量：根据资料确定河流在研究区起点和终点的河床高程和导水系数利用GMS的map模块中的建立River Coverage的功能导入数值模型中；
开采量的确定：根据研究区的年浅深层用水信息情况，将浅层开采量按行政区划分，各行政区用水总量形式利用GMS的map模块中的建立recharge Coverage的功能导入数值模型中，深层开采量按行井的形式利用GMS的map模块中的建立Wells Coverage的功能导入数值模型中；
运行模型，在GMS的map模块右击concept Model选择MAP to MODFLOW,选择GMS的MODFLOW模块中的RUN MODFLOW功能。
进一步地，所述步骤S25具体包括：将收集的观测井的位置资料整理为txt格式利用在GMS的2D scatter Data模块导入到软件中，在map模块中的建立observation pointCoverage的功能，将观测井的资料输入其中，在GMS的map模块右击concept Model选择MAPto MODFLOW,选择GMS的MODFLOW模块中的RUN MODFLOW功能；模型识别验证是反复识别和校正水文地质参数的过程，通过不断改变水文地质参数，进行重复计算，直到观测点的计算结果与观测结果的差值控制在可接受的范围内；经过试算后，检查目标的每个点将显示中点作为观察值，上端是观察值加上范围值，下端是观察值减去范围值，如果代表观察值和计算值之差的条显示在校准置信度范围内，则该条以绿色显示；如果该条超出置信区间但小于200％，则为橙色，大于200％则呈红色；通过观察、计算模拟值和观测值的拟合程度，来判断模型的适用性，观测点为绿色说明该位置的的拟合程度高，这类观测点占所有观测点的比例越高说明模型的精度越高。
进一步地，所述步骤S31具体包括：将地下水压采方案对应的浅层地下水和深层地下水开采量重新作为源汇项输入到模型中；将浅层开采量按行政区划分，各行政区用水总量形式利用GMS的map模块中的建立recharge Coverage的功能导入数值模型中；深层开采量按行井的形式利用GMS的map模块中的建立Wells Coverage的功能导入数值模型中；并调节模型中的时间尺度，在GMS的MODFLOW模块的Global Options的Stress Periods中调整模拟时间。
进一步地，所述步骤S32具体包括：运行模型，在GMS的map模块右击concept Model选择MAP to MODFLOW,选择GMS的MODFLOW模块中的RUN MODFLOW功能；软件直接展现研究范围内的地下水流场图，在软件的左下侧出现时间列表，单击不同的时间，右侧对应的地下水流场图发生相应的变化；在GMS的MODFLOW模块右击Flow Budget可直接看到模型的地下水资源量的变化值。
(三)有益效果
本发明提出一种基于GMS分析地下水压采方案效果的方法，本发明结合研究区的水文地质条件，概化边界条件和含水层，确定各源汇项及水文地质参数，建立基于GMS的地下水水流模型，并对模型进行识别与验证。将地下水压采方案对应的压采量作为源汇项输入到模型中，设置不同的模拟时间，运行模型，对结果进行分析，可得知地下水压采方案效果。本发明可以得到直观的不同时间尺度下的地下水压采方案影响下的地下水水位图，和研究区的地下水资源量变化值，从而对地下水压采方案的效果有一个直观的认识。
附图说明
图1为本发明的基于GMS分析地下水压采方案效果的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明的目的是可以直观，多时间尺度的体现地下水的压采方案对地下水产生的效果。本发明结合研究区的水文地质条件，概化边界条件和含水层，确定各源汇项及水文地质参数，建立基于GMS的地下水水流模型，并对模型进行识别与验证。将地下水压采方案对应的压采量作为源汇项输入到模型中，设置不同的模拟时间，运行模型，对结果进行分析，可得知地下水压采方案效果。本发明可以得到直观的不同时间尺度下的地下水压采方案影响下的地下水水位图，和研究区的地下水资源量变化值，从而对地下水压采方案的效果有一个直观的认识。
本发明的方案为：
1.方法利用地下水模型系统GMS(Groundwater Modeling System)建立研究区的地下水数值模型，再将地下水压采方案对应的地下水开采量作为源汇项输入到模型中进行模拟得到不同时间段的模拟结果，对结果进行分析得到地下水压采方案的实施效果
2.具体操作步骤
S1、建立研究区的水文地质概念模型
S11、确定研究区的边界范围
S12、对进行文献查阅、野外调查、收集整理资料对研究区的水文地质条件和地下水流场和动态进行分析从而对含水层和边界条件进行概化
S2、利用概念模型法建立研究区的数值模型
S21、根据研究区地下水流场及动态的分析建立合适的数学微分方程
S22、对模型在GMS中进行时间离散及合适的空间剖分
S23、确定降水入渗补给系数、田间灌溉入渗补给系数、潜水蒸发系数、渗透系数、给水度、贮水系数、越流系数等水文地质参数并输入到模型中
S24、确定模型源汇项：降水入渗补给量、田间和渠系入渗补给量、蒸发量、地表水体渗漏补给量、开采量等的值并输入到模型中
S25、对模型进行识别验证：模型试验采用试验估计修正方法进行识别和验证，即不断调整水文地质参数和部分源汇条件，使拟合效果达到理想状况，以使建立的数学模型能够准确反映实际流场的情况
S3、利用建立好的地下水数值模型进行模拟和预测
S31、将地下水压采方案对应的地下水开采量作为源汇项及与开采量相关的源汇项输入到模型中，并调节模型中的时间尺度
S32、运行模型得到不同时间尺度下的、直观的地下水流场图和地下水资源变化值
S4、对结果进行分析可以得到不同地下水压采方案在不同时间尺度下对地下水的影响效果。
本发明的具体方案为：
1.方法利用地下水模型系统GMS(Groundwater Modeling System)建立研究区的地下水数值模型，再将地下水压采方案对应的地下水开采量作为源汇项输入到模型中进行模拟得到不同时间段的模拟结果，对结果进行分析得到地下水压采方案的实施效果
2.操作
S1、建立研究区的水文地质概念模型
S11、确定研究区的边界范围
根据研究需要，结合研究区的水文地质条件，尽可能选择天然地下水系统，边界多为自然边界(如地下水分水岭、山脊线、河流、断层等)，尽量避免人为边界，确定研究区的边界范围。
S12、通过文献查阅、野外调查、收集整理资料对研究区的水文地质条件和地下水流场和动态进行分析，从而对含水层和边界条件进行概化。
根据含水层、隔水层的分布、地质构造和边界上地下水流特征、地下水与地表水的水力联系，将计算区边界概化为给定地下水水位(水头)的一类边界、给定侧向径流量的二类边界和给定地下水侧向流量与水位关系的三类边界。
根据含水层组类型、结构、岩性等，确定层组的均质或非均质、各向同性或各向异性，确定层组水流为稳定流或非稳定流、潜水或承压水。
既存在越流又存在弱层释水的地区，考虑概化为弱透水层。一个区域含水层组可以概化成为一个单层含水组，也可概化为一个含水层—弱透水层组合在一起，或概化为多个含水层一弱透水层组构或的多层含水组。
如果在渗流场中，所有点都具有相同的渗透系数，则概化为均质含水层，否则概化为非均质的；自然界中绝对均质的岩层是没有的，均质与非均质是相对的，视研究目标而定。
根据含水层透水性能和渗流方向的关系，可以概化为各向同性和各向异性二类。如果渗流场中某一点的渗透系数不取决于方向，即不管渗流方向如何都具有相同的渗透系数，则介质是各向同性的，否则是各向异性的。
一般情况下，在松散含水层及发育较均匀的裂隙、岩溶含水层中的地下水运动，大都层流，符合达西定律。只有在极少数大溶润和宽裂隙中的地下水流，才不符合达西定律，呈紊流。在开采状态下。地下水运动存在着三维流，特别是在区域降落漏斗附近及大降深的井附近，三维流更明显，故应用地下水三维流模型。若三维流场的水位资料难以取得，可将三维流问题按二维流处理，但应考虑所引起的计算误差是否能满足水文地质计算的要求。
S2、利用概念模型法建立研究区的数值模型
S21、根据研究区地下水流场及动态的分析建立合适的数学微分方程来描述地下水流的运动。
地下水系统符合质量守恒定律和能量守恒定律；在常温常压下地下水运动符合达西定律；如根据上述分析将地下水系统概化为非均质性、各向同性、非稳定的空间三维结构。
对于以上地下水系统，可用以下的微分方程来描述：
Figure BDA0003365001910000101
h(x,y,z,t)|t＝0＝h0 x,y,z∈Ω,t≥0
Figure BDA0003365001910000103
Figure BDA0003365001910000102
式中：Kx，Ky，Kz—分别为x，y和z方向的渗透系数(m/d)；Ω—渗流区域；S—储水系数(1/m)；h—含水层的水位标高(m)；ε—含水层的源汇项(1/d)；h0—含水层的初始水位(m)；Г1—研究区各层一类边界，f(x,y,z,t)为Г1上的已知水头函数；Г2—研究区各层二类边界；n—边界面的法线方向；Kn—边界面法向方向的渗透系数(m/d)；q(x，y，z，t)—Г2边界的单位面积流量，流入为正，流出为负，隔水边界为0(m3/d)。
S32、在GMS中对正在建立的模型进行时间离散及合适的空间剖分
在GMS的map模块新建concept Model，然后利用map模块中的建立boundaryCoverage的功能，将前面确定的研究区边界范围利用画线工具画到boundary Coverage中，将所模拟的研究区放进矩形中，进行表格剖分。将收集整理的含水层各层顶板、底板的标高和初始水头整理为txt格式利用在GMS的2D scatter Data模块导入到软件中并右击选择Interpolate to MODFLOW layer,在插值方式中选择克里金插值。根据收集的资料确定是以月为应力期并确定模拟时间的起止，在GMS的MODFLOW模块的Global Options的StressPeriods中进行调整。
S23、确定降水入渗补给系数、田间灌溉入渗补给系数、潜水蒸发系数、渗透系数、给水度、贮水系数、越流系数等水文地质参数并输入到GMS软件中
对于参数的空间分布规律，常采用离散化的参数概化方法(即参数分区或参数化)来确定。参数分区的依据如下:(1)计算区单孔抽水试验资料的计算结果，包括渗透系数、储水系数、给水度及单位涌水量:(2)含水层分布规律，即理深、厚度和岩性组合特征:(3)地下水天然流场、人工干扰流场、水化学场和温度场；(4)构造条件及岩溶发育规律(限于岩溶含水层)。各水文地质参数的数值可以通过在研究区进行单孔抽水试验得到，或者根据经验值(即前人的研究成果)。
将各水文地质参数的数值利用GMS的map模块中的建立参数Coverage的功能输入到模型中。
S24、确定模型源汇项：降水入渗补给量、田间和渠系入渗补给量、蒸发量、地表水体渗漏补给量、开采量等的值并输入到模型中。
含水层垂向量作为模型的源或汇，一般可直接量化。
降水入渗补给量的确定：根据研究区各降雨量站点年降水量，结合降水入渗补给系数，两者相乘即为降水入渗补给量，将所得数值利用GMS的map模块中的建立rechargeCoverage的功能导入数值模型中。
降水入渗补给量按下式计算：
Q降＝P·α·F
式中：Q降——降水入渗补给量(m3/a)；
α——降水入渗系数；
P——计算区多年平均降水量；
F——计算区面积。
田间灌溉回渗补给地下水量的确定：
根据研究区地下水农业开采量，乘以灌溉入渗补给系数，将所得数值利用GMS的map模块中的建立recharge Coverage的功能导入数值模型中。
Q灌＝β·(Q引-Q渠)
式中：
Q灌——田间灌溉回渗补给地下水量(m3/a)；
β——灌溉回归入渗补给地下水系数；
Q引——灌溉引水总量(m3/a)；
Q渠——渠系渗漏补给地下水量(m3/a)。
潜水蒸发的确定：根据资料确定研究区的潜水蒸发极限深度，和蒸发强度。利用GMS的map模块中的建立ET Coverage的功能导入数值模型中。
Q蒸＝C·F·ε0
式中：Q蒸——潜水蒸发量；
C——潜水蒸发系数；
F——计算面积(扣除道路、地表水面、城镇建筑物等面积)；
ε0——水面蒸发量。
地表水体渗漏补给量：根据资料确定河流在研究区起点和终点的河床高程和导水系数利用GMS的map模块中的建立River Coverage的功能导入数值模型中。
开采量的确定：根据研究区的年浅深层用水信息情况，将浅层开采量按行政区划分，各行政区用水总量形式利用GMS的map模块中的建立recharge Coverage的功能导入数值模型中。深层开采量按行井的形式利用GMS的map模块中的建立Wells Coverage的功能导入数值模型中。
运行模型，在GMS的map模块右击concept Model选择MAP to MODFLOW,选择GMS的MODFLOW模块中的RUN MODFLOW功能。
S25、对模型进行识别验证：模型试验采用试验估计修正方法进行识别和验证，即不断调整水文地质参数和部分源汇条件，使拟合效果达到较好的状态，以使建立的数学模型能够准确反映实际流场的情况。
将收集的观测井的位置资料整理为txt格式利用在GMS的2D scatter Data模块导入到软件中，在map模块中的建立observation point Coverage的功能，将观测井的资料输入其中，在GMS的map模块右击concept Model选择MAP to MODFLOW,选择GMS的MODFLOW模块中的RUN MODFLOW功能。模型识别验证是反复识别和校正水文地质参数的过程。通过不断改变水文地质参数，进行重复计算，直到观测点的计算结果与观测结果的差值控制在可接受的范围内。经过试算后，检查目标的每个点将显示中点作为观察值，上端是观察值加上范围值，下端是观察值减去范围值。如果代表观察值和计算值之差的条显示在校准置信度范围内，则该条以绿色显示；如果该条超出置信区间但小于200％，则为橙色，大于200％则呈红色。通过观察、计算模拟值和观测值的拟合程度，来判断模型的适用性。观测点为绿色说明该位置的的拟合程度高，这类观测点占所有观测点的比例越高说明模型的精度越高，一般达到80％及以上，说明建立的数学模型能够准确反映实际流场的情况。
S3、利用建立好的地下水数值模型进行模拟和预测
S31、将地下水压采方案对应的地下水开采量作为源汇项及与开采量相关的源汇项输入到模型中，并调节模型中的时间尺度。
将地下水压采方案对应的浅层地下水和深层地下水开采量重新作为源汇项输入到模型中，将浅层开采量按行政区划分，各行政区用水总量形式利用GMS的map模块中的建立recharge Coverage的功能导入数值模型中。深层开采井的量按行井的形式利用GMS的map模块中的建立Wells Coverage的功能导入数值模型中。并调节模型中的时间尺度，在GMS的MODFLOW模块的Global Options的Stress Periods中调整模拟时间。
S32、运行模型得到不同时间尺度下的、直观的地下水流场图和地下水资源变化值
运行模型，在GMS的map模块右击concept Model选择MAP to MODFLOW,选择GMS的MODFLOW模块中的RUN MODFLOW功能。软件直接展现研究范围内的地下水流场图，在软件的左下侧出现时间列表，单击不同的时间，右侧对应的地下水流场图发生相应的变化。在GMS的MODFLOW模块右击Flow Budget可直接看到模型的地下水资源量的变化值。
S4、对结果进行分析可以得到不同地下水压采方案在不同时间尺度下对地下水的影响效果。
通过对比地下水压采方案实施前后的地下水流场图的变化和地下水资源变化值可以直观的得到地下水压采方案在不同时间尺度下对地下水的影响效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于GMS分析地下水压采方案效果的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1、建立研究区的水文地质概念模型
S11、确定研究区的边界范围；
S12、对进行文献查阅、野外调查、收集整理资料对研究区的水文地质条件和地下水流场和动态进行分析从而对含水层和边界条件进行概化；
S2、利用概念模型法建立研究区的数值模型
S21、根据研究区地下水流场及动态的分析建立合适的数学微分方程；
S22、对模型在GMS中进行时间离散及合适的空间剖分；
S23、确定降水入渗补给系数、田间灌溉入渗补给系数、潜水蒸发系数、渗透系数、给水度、贮水系数、越流系数等水文地质参数并输入到模型中；
S24、确定模型源汇项：降水入渗补给量、田间和渠系入渗补给量、蒸发量、地表水体渗漏补给量、开采量等的值并输入到模型中；
S25、对模型进行识别验证：模型试验采用试验估计修正方法进行识别和验证，即不断调整水文地质参数和部分源汇条件，使拟合效果达到理想状况，以使建立的数学模型能够准确反映实际流场的情况；
S3、利用建立好的地下水数值模型进行模拟和预测
S31、将地下水压采方案对应的地下水开采量作为源汇项及与开采量相关的源汇项输入到模型中，并调节模型中的时间尺度；
S32、运行模型得到不同时间尺度下的、直观的地下水流场图和地下水资源变化值；
S4、对结果进行分析可以得到不同地下水压采方案在不同时间尺度下对地下水的影响效果。
2.如权利要求1所述的基于GMS分析地下水压采方案效果的方法，其特征在于，所述步骤S11具体包括：根据研究需要，结合研究区的水文地质条件，选择天然地下水系统，边界为自然边界，尽量避免人为边界，确定研究区的边界范围。
3.如权利要求1所述的基于GMS分析地下水压采方案效果的方法，其特征在于，所述步骤S12具体包括：根据含水层、隔水层的分布、地质构造和边界上地下水流特征、地下水与地表水的水力联系，将计算区边界概化为给定地下水水位的一类边界、给定侧向径流量的二类边界和给定地下水侧向流量与水位关系的三类边界；根据含水层组类型、结构和岩性，确定层组的均质或非均质、各向同性或各向异性，确定层组水流为稳定流或非稳定流、潜水或承压水。
4.如权利要求1-3任一项所述的基于GMS分析地下水压采方案效果的方法，其特征在于，所述步骤S21具体包括：如将地下水系统概化为非均质性、各向同性、非稳定的空间三维结构，对于该地下水系统，用以下的微分方程来描述：
Figure FDA0003365001900000021
h(x,y,z,t)|t＝0＝h0 x,y,z∈Ω,t≥0
Figure FDA0003365001900000023
Figure FDA0003365001900000022
式中：Kx，Ky，Kz—分别为x，y和z方向的渗透系数(m/d)；Ω—渗流区域；S—储水系数(1/m)；h—含水层的水位标高(m)；ε—含水层的源汇项(1/d)；h0—含水层的初始水位(m)；Г1—研究区各层一类边界，f(x,y,z,t)为Г1上的已知水头函数；Г2—研究区各层二类边界；n—边界面的法线方向；Kn—边界面法向方向的渗透系数(m/d)；q(x，y，z，t)—Г2边界的单位面积流量，流入为正，流出为负，隔水边界为0(m3/d)。
5.如权利要求4所述的基于GMS分析地下水压采方案效果的方法，其特征在于，所述步骤S22具体包括：在GMS的map模块新建concept Model，然后利用map模块中的建立boundaryCoverage的功能，将前面确定的研究区边界范围利用画线工具画到boundary Coverage中，将所模拟的研究区放进矩形中，进行表格剖分；将收集整理的含水层各层顶板、底板的标高和初始水头整理为txt格式利用在GMS的2Dscatter Data模块导入到软件中并右击选择Interpolate to MODFLOW layer,在插值方式中选择克里金插值；根据收集的资料确定是以月为应力期并确定模拟时间的起止，在GMS的MODFLOW模块的Global Options的StressPeriods中进行调整。
6.如权利要求4所述的基于GMS分析地下水压采方案效果的方法，其特征在于，所述步骤S23具体包括：对于参数的空间分布规律，采用参数分区来确定；参数分区的依据为:(1)计算区单孔抽水试验资料的计算结果，包括渗透系数、储水系数、给水度及单位涌水量；(2)含水层分布规律，即理深、厚度和岩性组合特征:(3)地下水天然流场、人工干扰流场、水化学场和温度场；(4)构造条件及岩溶发育规律；各水文地质参数的数值通过在研究区进行单孔抽水试验得到，或者根据经验值获得；将各水文地质参数的数值利用GMS的map模块中的建立参数Coverage的功能输入到模型中。
7.如权利要求4所述的基于GMS分析地下水压采方案效果的方法，其特征在于，所述步骤S24具体包括：
降水入渗补给量的确定：根据研究区各降雨量站点年降水量，结合降水入渗补给系数，两者相乘即为降水入渗补给量，将所得数值利用GMS的map模块中的建立rechargeCoverage的功能导入数值模型中；
降水入渗补给量按下式计算：
Q降＝P·α·F
式中：Q降——降水入渗补给量(m3/a)；
α——降水入渗系数；
P——计算区多年平均降水量；
F——计算区面积；
田间灌溉回渗补给地下水量的确定：
根据研究区地下水农业开采量，乘以灌溉入渗补给系数，将所得数值利用GMS的map模块中的建立recharge Coverage的功能导入数值模型中；
Q灌＝β·(Q引-Q渠)
式中：
Q灌——田间灌溉回渗补给地下水量(m3/a)；
β——灌溉回归入渗补给地下水系数；
Q引——灌溉引水总量(m3/a)；
Q渠——渠系渗漏补给地下水量(m3/a)；
潜水蒸发的确定：根据资料确定研究区的潜水蒸发极限深度，和蒸发强度；利用GMS的map模块中的建立ETCoverage的功能导入数值模型中；
Q蒸＝C·F·ε0
式中：Q蒸——潜水蒸发量；
C——潜水蒸发系数；
F——计算面积(扣除道路、地表水面、城镇建筑物等面积)；
ε0——水面蒸发量；
地表水体渗漏补给量：根据资料确定河流在研究区起点和终点的河床高程和导水系数利用GMS的map模块中的建立River Coverage的功能导入数值模型中；
开采量的确定：根据研究区的年浅深层用水信息情况，将浅层开采量按行政区划分，各行政区用水总量形式利用GMS的map模块中的建立recharge Coverage的功能导入数值模型中，深层开采量按行井的形式利用GMS的map模块中的建立Wells Coverage的功能导入数值模型中；
运行模型，在GMS的map模块右击concept Model选择MAP to MODFLOW,选择GMS的MODFLOW模块中的RUN MODFLOW功能。
8.如权利要求5-7任一项所述的基于GMS分析地下水压采方案效果的方法，其特征在于，所述步骤S25具体包括：将收集的观测井的位置资料整理为txt格式利用在GMS的2Dscatter Data模块导入到软件中，在map模块中的建立observation point Coverage的功能，将观测井的资料输入其中，在GMS的map模块右击concept Model选择MAP toMODFLOW,选择GMS的MODFLOW模块中的RUN MODFLOW功能；模型识别验证是反复识别和校正水文地质参数的过程，通过不断改变水文地质参数，进行重复计算，直到观测点的计算结果与观测结果的差值控制在可接受的范围内；经过试算后，检查目标的每个点将显示中点作为观察值，上端是观察值加上范围值，下端是观察值减去范围值，如果代表观察值和计算值之差的条显示在校准置信度范围内，则该条以绿色显示；如果该条超出置信区间但小于200％，则为橙色，大于200％则呈红色；通过观察、计算模拟值和观测值的拟合程度，来判断模型的适用性，观测点为绿色说明该位置的的拟合程度高，这类观测点占所有观测点的比例越高说明模型的精度越高。
9.如权利要求8所述的基于GMS分析地下水压采方案效果的方法，其特征在于，所述步骤S31具体包括：将地下水压采方案对应的浅层地下水和深层地下水开采量重新作为源汇项输入到模型中；将浅层开采量按行政区划分，各行政区用水总量形式利用GMS的map模块中的建立recharge Coverage的功能导入数值模型中；深层开采井量按行井的形式利用GMS的map模块中的建立Wells Coverage的功能导入数值模型中；并调节模型中的时间尺度，在GMS的MODFLOW模块的Global Options的Stress Periods中调整模拟时间。
10.如权利要求9所述的基于GMS分析地下水压采方案效果的方法，其特征在于，所述步骤S32具体包括：运行模型，在GMS的map模块右击concept Model选择MAP to MODFLOW,选择GMS的MODFLOW模块中的RUN MODFLOW功能；软件直接展现研究范围内的地下水流场图，在软件的左下侧出现时间列表，单击不同的时间，右侧对应的地下水流场图发生相应的变化；在GMS的MODFLOW模块右击Flow Budget可直接看到模型的地下水资源量的变化值。
CN202111400509.1A 2021-11-19 2021-11-19 一种基于gms分析地下水压采方案效果的方法 Pending CN114676545A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111400509.1A CN114676545A (zh) 2021-11-19 2021-11-19 一种基于gms分析地下水压采方案效果的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111400509.1A CN114676545A (zh) 2021-11-19 2021-11-19 一种基于gms分析地下水压采方案效果的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114676545A true CN114676545A (zh) 2022-06-28

Family

ID=82069681

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111400509.1A Pending CN114676545A (zh) 2021-11-19 2021-11-19 一种基于gms分析地下水压采方案效果的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114676545A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114925944A (zh) * 2022-07-25 2022-08-19 中国科学院地理科学与资源研究所 一种地下水位恢复量的预测方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114925944A (zh) * 2022-07-25 2022-08-19 中国科学院地理科学与资源研究所 一种地下水位恢复量的预测方法
CN114925944B (zh) * 2022-07-25 2022-10-21 中国科学院地理科学与资源研究所 一种地下水位恢复量的预测方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Simmers Groundwater recharge principles, problems and developments
Vázquez et al. Effect of grid size on effective parameters and model performance of the MIKE‐SHE code
Boonstra et al. Numerical modelling of groundwater basins: a user-oriented manual
CN102041995B (zh) 复杂油藏水淹状况监测系统
Faneca Sànchez et al. Modelling climate change effects on a Dutch coastal groundwater system using airborne electromagnetic measurements
Kapangaziwiri et al. Towards revised physically based parameter estimation methods for the Pitman monthly rainfall-runoff model
Drovosekova et al. Peculiarities of modelling hydro-lithospheric processes in the region of Kavkazskiye Mineralnye Vody (caucasus mineral springs)
Kumar Groundwater data requirement and analysis
Yihdego et al. Mine water supply assessment and evaluation of the system response to the designed demand in a desert region, central Saudi Arabia
Pakparvar et al. Artificial recharge efficiency assessment by soil water balance and modelling approaches in a multi-layered vadose zone in a dry region
Kumar et al. Development of groundwater flow model using visual MODFLOW
Mylopoulos et al. Groundwater modeling and management in a complex lake-aquifer system
CN114676545A (zh) 一种基于gms分析地下水压采方案效果的方法
Corson-Dosch et al. Areas contributing recharge to priority wells in valley-fill aquifers in the Neversink River and Rondout Creek drainage basins, New York
Mookiah et al. Assessment of groundwater mass balance and zone budget in the semi-arid region: A case study of Palar sub-basin, Tamil Nadu, India
Liao et al. Simulation of Flow in a Complex Aquifer System Subjected to Long‐Term Well Network Growth
Johansson et al. Description of climate, surface hydrology, and near-surface hydrogeology. Preliminary site description. Forsmark area-version 1.2
Shi et al. Simulation evaluation of groundwater resources in southeastern Bosten Lake based on GMS
Nam et al. Modeling for analyzing effects of groundwater pumping in Can Tho city, Vietnam
Lajaunie et al. A groundwater model for the Lake Chad basin: integrating data and understanding of water resources at the basin scale
Sanford et al. Research opportunities in interdisciplinary ground-water science in the US Geological Survey
Gad et al. Future Visions for the Integrated Water Resources Management for Old Cultivated Areas of Siwa Oasis, Western Desert, Egypt.
Swilley et al. Continental scale hydrostratigraphy: comparing geologically informed data products to analytical solutions
Weidemann Hydrogeological analysis of groundwater occurrence within the Limpopo Province
Mehmood Numerical Modeling of Water Flux Interaction Between Brazos River Alluvium Aquifer and Brazos River: Testing of Alternative Conceptual Models

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination