CN117172162A - 一种海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法及装置 - Google Patents
一种海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117172162A CN117172162A CN202311453492.5A CN202311453492A CN117172162A CN 117172162 A CN117172162 A CN 117172162A CN 202311453492 A CN202311453492 A CN 202311453492A CN 117172162 A CN117172162 A CN 117172162A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fractional order
- salt solution
- migration process
- model
- time
- 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.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 199
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 150
- 230000005012 migration Effects 0.000 title claims abstract description 149
- 238000013508 migration Methods 0.000 title claims abstract description 149
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 title claims abstract description 58
- 239000013535 sea water Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 238000004088 simulation Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 claims abstract description 123
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 105
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 claims abstract description 79
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims abstract description 25
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- 230000015654 memory Effects 0.000 claims description 27
- 239000004927 clay Substances 0.000 claims description 16
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 15
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 claims description 14
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 9
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 7
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 claims description 6
- 230000009545 invasion Effects 0.000 description 12
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 238000011161 development Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 241000918585 Pythium aphanidermatum Species 0.000 description 1
- 238000012271 agricultural production Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
本发明涉及工程仿真与数值模拟技术领域，公开了一种海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法及装置，首先在按照海岸数据布设的实验环境下开展室内双应力条件下的盐溶液运移实验，使得到的实验数据充分考虑了地下水水位对盐溶液迁移过程的影响；然后利用该实验数据对双应力段的时间分数阶对流扩散模型的参数进行反演，可以使反演后得到的模型参数在考虑地下水水位对盐溶液运移过程影响的基础上再将潮汐作用对盐溶液运移过程的影响考虑进去，从而使反演后的模型参数更贴合实际情况；最后通过包含反演后模型参数的双应力段的时间分数阶对流扩散模型对海水入迁过程中盐溶液的迁移过程进行模拟，可以使得最终模拟的结果的精确度更高。
Description
技术领域
本发明涉及工程仿真与数值模拟技术领域，具体涉及一种海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法及装置。
背景技术
在滨海和海岛地区，由于气候变化和地下水超采带来的海水入侵问题逐渐显露，已经给滨海地区工业、农业造成的极大损失。因此，研究海水入侵机理和规律、防治海水入侵，使由海水入侵的危害程度降到最低，已经成为全社会非常关注的问题。
由于地质条件复杂且研究区域大的限制，常用数值模拟手段对海水入迁过程的预测，相关的物理实验只能作为一种辅助手段验证数值模拟的可靠性。由于沿岸地区地下介质结构普遍存在的非均匀性和各向异性，经典的对流扩散模型难以描述该过程，同时受到潮汐循环作用和人工回灌等防治措施的影响，沿岸地下水流向容易变化，导致多重介质模型的建立更加复杂不宜实施。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法及装置，以解决经典对流扩散模型难以精确描述海水入侵过程中盐溶液迁移过程的问题。
第一方面，本发明提供了一种海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法，方法包括：
按照目标区域的海岸数据布设实验环境，开展室内双应力条件下的盐溶液运移实验，得到实验数据；利用实验数据对预构建的双应力段的时间分数阶对流扩散模型的模型参数进行反演，得到反演后的模型参数，双应力段的时间分数阶对流扩散模型用以描述潮汐作用下盐溶液在地下水中的运移过程；将海岸数据输入至包含反演后模型参数的双应力段的时间分数阶对流扩散模型中，模拟得到目标区域在预设时间段内盐溶液的迁移过程。
本实施例提供的海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法，首先按照目标区域的海岸数据布设实验环境，并在该实验环境下开展室内双应力条件下的盐溶液运移实验，可以使得到的实验数据充分考虑地下水水位对盐溶液迁移过程的影响；然后利用该实验数据对预构建的双应力段的时间分数阶对流扩散模型的模型参数进行反演，由于双应力段的时间分数阶对流扩散模型用以描述潮汐作用下盐溶液在地下水中的运移过程，因此，通过该方式可以使反演后得到的模型参数在考虑地下水水位对盐溶液运移过程影响的基础上再将潮汐作用对盐溶液运移过程的影响考虑进去，从而使反演后的模型参数可以更贴合实际情况；最后通过包含反演后模型参数的双应力段的时间分数阶对流扩散模型对海水入迁过程中盐溶液的迁移过程进行模拟，可以使得最终模拟的结果的精确度更高。
在一种可选的实施方式中，双应力段的时间分数阶对流扩散模型，包括：
第一时间分数阶对流扩散子模型和第二时间分数阶对流扩散子模型，其中，第一时间分数阶对流扩散子模型用以模拟涨潮过程中盐溶液在地下水中的扩散过程，第二时间分数阶对流扩散子模型用以模拟退潮过程中海岸粘土对盐溶液的滞留过程。
在一种可选的实施方式中，双应力段的时间分数阶对流扩散模型，包括：
其中，表示涨潮阶段的时间区间，/>表示退潮阶段的时间区间，/>表示空间位置，/>表示时间，/>表示分数阶容量系数，表征地下粘土含量，/>表示地下水中盐溶液的浓度，/>表示涨潮阶段的分数阶阶数，/>表示退潮阶段的分数阶阶数，/>表示涨潮阶段的流动参数，/>表示退潮阶段的流动参数，/>表示涨潮阶段的扩散参数，/>表示退潮阶段的扩散参数。
在一种可选的实施方式中，模拟得到目标区域在预设时间段内盐溶液的迁移过程，包括：
利用隐式有限差分方法对双应力段的时间分数阶对流扩散模型求解，得到目标区域在预设时间段内各时刻分别对应的盐溶液分布；由所有时刻分别对应的盐溶液分布形成盐溶液的迁移过程。
在一种可选的实施方式中，在模拟得到目标区域在预设时间段内盐溶液的迁移过程之后，方法还包括：
基于盐溶液的迁移过程判断目标区域的地下水中盐溶液浓度是否大于预设浓度阈值；当盐溶液浓度大于预设浓度阈值时，确定目标区域对应的目标回灌水位。
在一种可选的实施方式中，当盐溶液浓度大于预设浓度阈值时，确定目标区域对应的目标回灌水位，包括：
当盐溶液浓度大于预设浓度阈值时，调整地下水水位；按照调整后的地下水水位重新布设实验环境，开展室内双应力条件下的盐溶液运移实验，并利用得到的实验数据重新反演模型参数；重复水位调整和反演模型参数的步骤，直至在反演后的模型参数下，利用双应力段的时间分数阶对流扩散模型得到的盐溶液浓度小于或等于预设浓度阈值时，将地下水水位确定为目标回灌水位。
本实施例提供的海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法，通过不断调整地下水水位和不断开展室内双应力条件下的盐溶液运移实验的方式，可以反演得到不同地下水水位分别对应的模型参数，从而利用包含该模型参数的双应力段的时间分数阶对流扩散模型更精确的模拟目标区域在海水入侵过程中盐溶液的迁移过程，从而基于盐溶液迁移过程和预设浓度阈值确定出有利于目标区域工农业健康发展的目标地下水水位，降低或彻底消除海水入侵的影响。
在一种可选的实施方式中，在确定目标区域对应的目标回灌水位之后，方法还包括：
采用人工回灌地下水的方式，将目标区域的地下水水位提升至目标回灌水位。
第二方面，本发明提供了一种海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟装置，装置包括：
实验模块，用于按照目标区域的海岸数据布设实验环境，开展室内双应力条件下的盐溶液运移实验，得到实验数据；反演模块，用于利用实验数据对预构建的双应力段的时间分数阶对流扩散模型的模型参数进行反演，得到反演后的模型参数，双应力段的时间分数阶对流扩散模型用以描述潮汐作用下盐溶液在地下水中的运移过程；模拟模块，用于将海岸数据输入至包含反演后模型参数的双应力段的时间分数阶对流扩散模型中，模拟得到目标区域在预设时间段内盐溶液的迁移过程。
在一种可选的实施方式中，反演模块的双应力段的时间分数阶对流扩散模型，包括：
第一时间分数阶对流扩散子模型和第二时间分数阶对流扩散子模型，其中，第一时间分数阶对流扩散子模型用以模拟涨潮过程中盐溶液在地下水中的扩散过程，第二时间分数阶对流扩散子模型用以模拟退潮过程中海岸粘土对盐溶液的滞留过程。
在一种可选的实施方式中，反演模块的双应力段的时间分数阶对流扩散模型，包括：
其中，表示涨潮阶段的时间区间，/>表示退潮阶段的时间区间，/>表示空间位置，/>表示时间，/>表示分数阶容量系数，表征地下粘土含量，/>表示地下水中盐溶液的浓度，/>表示涨潮阶段的分数阶阶数，/>表示退潮阶段的分数阶阶数，/>表示涨潮阶段的流动参数，/>表示退潮阶段的流动参数，/>表示涨潮阶段的扩散参数，/>表示退潮阶段的扩散参数。
在一种可选的实施方式中，模拟模块，包括：
求解子模块，用于利用隐式有限差分方法对双应力段的时间分数阶对流扩散模型求解，得到目标区域在预设时间段内各时刻分别对应的盐溶液分布；生成子模块，用于由所有时刻分别对应的盐溶液分布形成盐溶液的迁移过程。
在一种可选的实施方式中，在模拟模块之后，装置还包括：
判断模块，用于基于盐溶液的迁移过程判断目标区域的地下水中盐溶液浓度是否大于预设浓度阈值；确定模块，用于当盐溶液浓度大于预设浓度阈值时，确定目标区域对应的目标回灌水位。
在一种可选的实施方式中，确定模块，包括：
调整子模块，用于当盐溶液浓度大于预设浓度阈值时，调整地下水水位；反演子模块，用于按照调整后的地下水水位重新布设实验环境，开展室内双应力条件下的盐溶液运移实验，并利用得到的实验数据重新反演模型参数；确定子模块，用于重复水位调整和反演模型参数的步骤，直至在反演后的模型参数下，利用双应力段的时间分数阶对流扩散模型得到的盐溶液浓度小于或等于预设浓度阈值时，将地下水水位确定为目标回灌水位。
第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括：存储器和处理器，存储器和处理器之间互相通信连接，存储器中存储有计算机指令，处理器通过执行计算机指令，从而执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法。
第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法的流程示意图；
图2是根据本发明实施例的另一海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法的流程示意图；
图3是根据本发明实施例的又一海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法的流程示意图；
图4是根据本发明实施例的海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟装置的结构框图；
图5是本发明实施例的计算机设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
由于沿岸地区地下介质结构普遍存在的非均匀性和各向异性，经典的对流扩散模型难以描述该过程，同时受到潮汐循环作用和人工回灌等防治措施的影响，沿岸地下水流向容易变化，导致多重介质模型的建立更加复杂不宜实施，因此，本发明实施例提供了一种海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法，通过利用室内双应力条件下的盐溶液运移实验的实验数据对预构建的双应力段的时间分数阶对流扩散模型的模型参数进行反演，得到考虑了潮汐作用和人工回灌影响的反演参数，以使利用包含该反演参数的双应力段的时间分数阶对流扩散模型更好的模拟海水入迁过程中盐溶液迁移的过程，使得最终模拟的盐溶液迁移过程更符合实际情况，准确性更高。
根据本发明实施例，提供了一种海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
在本实施例中提供了一种海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法，可用于计算机设备，图1是根据本发明实施例的海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法的流程图，如图1所示，该流程包括如下步骤：
步骤S101，按照目标区域的海岸数据布设实验环境，开展室内双应力条件下的盐溶液运移实验，得到实验数据。
具体地，目标区域即存在海水入侵的区域，也是待模拟海水入迁过程中盐溶液迁移过程的区域。
具体地，海岸数据包括含水层类型、粘土的比例、裂隙发育程度、地下水水位、涨潮时海水水位和退潮时海水水位等。需要说明的是，如果地下水水位采用了人工井抬高，那么，需要获取抬高前的地下水水位和抬高后的地下水水位。
示例性地，按照目标区域的海岸数据布设实验环境后，开展多个潮汐周期的室内双应力条件下的盐溶液运移实验，实验过程中，需要将上一潮汐周期的实验数据作为下一潮汐周期的初始数据，直至实验结束，得到实验数据。本实施例中的实验数据指潮汐周期内，盐溶液浓度在地下水中随时间的变化过程即盐溶液的迁移过程，盐溶液的迁移可以等同于地下水中氯离子的迁移过程，因此，可以通过地下水中氯离子的迁移过程得到地下水中盐溶液的迁移过程。
步骤S102，利用实验数据对预构建的双应力段的时间分数阶对流扩散模型的模型参数进行反演，得到反演后的模型参数。
具体地，双应力段的时间分数阶对流扩散模型用以描述潮汐作用下盐溶液在地下水中的运移过程。
具体地，反演后得到的模型参数为涨潮阶段的分数阶阶数和退潮阶段的分数阶阶数，该参数反应了沿岸地下介质对盐溶液的滞留特性，分数阶阶数越低容量系数越高，粘土的含量越高，对盐溶液的滞留效果越强。
步骤S103，将海岸数据输入至包含反演后模型参数的双应力段的时间分数阶对流扩散模型中，模拟得到目标区域在预设时间段内盐溶液的迁移过程。
具体地，预设时间段即模拟时长，预设时间段可以根据实际需要进行选择，此处不做具体限定。
本实施例提供的海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法，首先按照目标区域的海岸数据布设实验环境，并在该实验环境下开展室内双应力条件下的盐溶液运移实验，可以使得到的实验数据充分考虑地下水水位对盐溶液迁移过程的影响；然后利用该实验数据对预构建的双应力段的时间分数阶对流扩散模型的模型参数进行反演，由于双应力段的时间分数阶对流扩散模型用以描述潮汐作用下盐溶液在地下水中的运移过程，因此，通过该方式可以使反演后得到的模型参数在考虑地下水水位对盐溶液运移过程影响的基础上再将潮汐作用对盐溶液运移过程的影响考虑进去，从而使反演后的模型参数可以更贴合实际情况；最后通过包含反演后模型参数的双应力段的时间分数阶对流扩散模型对海水入迁过程中盐溶液的迁移过程进行模拟，可以使得最终模拟的结果的精确度更高。
在一可选实施方式中，上述步骤S102中的双应力段的时间分数阶对流扩散模型，包括：
其中，表示涨潮阶段的时间区间，/>表示退潮阶段的时间区间，/>表示空间位置，/>表示时间，/>表示分数阶容量系数，表征地下粘土含量，/>表示地下水中盐溶液的浓度，/>表示涨潮阶段的分数阶阶数，/>表示退潮阶段的分数阶阶数，/>表示涨潮阶段的流动参数，/>表示退潮阶段的流动参数，/>表示涨潮阶段的扩散参数，/>表示退潮阶段的扩散参数。
具体地，本实施例考虑了沿岸地区地下介质结构普遍存在的非均匀性和各向异性，同时也考虑了潮汐循环作用和人工回灌等防治措施的影响。由于地下水与海平面的相对高度发生周期性变化，因此，沿岸的地下水流处于动态变化中，在涨潮阶段，盐溶液进入地下水时受粘土影响扩散较慢，反之，在退潮阶段，盐溶液向反向迁移，受粘土影响存在滞留特性。因此，本实施例建立了一种描述海水入侵过程的双应力段的时间分数阶对流扩散模型。
示例性地，上述双应力段的时间分数阶对流扩散模型包括：
第一时间分数阶对流扩散子模型和第二时间分数阶对流扩散子模型，其中，第一时间分数阶对流扩散子模型即对应的公式，用以模拟涨潮过程中盐溶液在地下水中的扩散过程，第二时间分数阶对流扩散子模型/>对应的公式，用以模拟退潮过程中海岸粘土对盐溶液的滞留过程。
在本实施例中提供了一种海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法，可用于计算机设备，图2是根据本发明实施例的海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法的流程图，如图2所示，该流程包括如下步骤：
步骤S201，按照目标区域的海岸数据布设实验环境，开展室内双应力条件下的盐溶液运移实验，得到实验数据。详细请参见图1所示实施例的步骤S101，在此不再赘述。
步骤S202，利用实验数据对预构建的双应力段的时间分数阶对流扩散模型的模型参数进行反演，得到反演后的模型参数。详细请参见图1所示实施例的步骤S102，在此不再赘述。
步骤S203，将海岸数据输入至包含反演后模型参数的双应力段的时间分数阶对流扩散模型中，模拟得到目标区域在预设时间段内盐溶液的迁移过程。
具体地，上述步骤S203包括：
步骤S2031，利用隐式有限差分方法对双应力段的时间分数阶对流扩散模型求解，得到目标区域在预设时间段内各时刻分别对应的盐溶液分布。
具体地，利用隐式有限差分方法对双应力段的时间分数阶对流扩散模型求解，可以得到预设时间段内每一个时刻不同位置处的盐溶液浓度，由某一时刻不同位置处分别对应的盐溶液浓度形成该时刻对应的盐溶液分布。
步骤S2032，由所有时刻分别对应的盐溶液分布形成盐溶液的迁移过程。
具体地，将盐溶液分布随时间变化的过程确定为盐溶液的迁移过程。
在本实施例中提供了一种海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法，可用于计算机设备，图3是根据本发明实施例的海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法的流程图，如图3所示，该流程包括如下步骤：
步骤S301，按照目标区域的海岸数据布设实验环境，开展室内双应力条件下的盐溶液运移实验，得到实验数据。详细请参见图1所示实施例的步骤S101，在此不再赘述。
步骤S302，利用实验数据对预构建的双应力段的时间分数阶对流扩散模型的模型参数进行反演，得到反演后的模型参数。详细请参见图1所示实施例的步骤S102，在此不再赘述。
步骤S303，将海岸数据输入至包含反演后模型参数的双应力段的时间分数阶对流扩散模型中，模拟得到目标区域在预设时间段内盐溶液的迁移过程。详细请参见图1所示实施例的步骤S203，在此不再赘述。
在上述步骤S303之后，还包括：
步骤S304，基于盐溶液的迁移过程判断目标区域的地下水中盐溶液浓度是否大于预设浓度阈值。
具体地，预设浓度阈值是保证海水入侵不影响滨海地区工农业生产时地下水盐溶液浓度的最大值，预设浓度阈值的选取可由本领域技术人员根据滨海地区的地质情况确定，此处不作具体限定。
步骤S305，当盐溶液浓度大于预设浓度阈值时，确定目标区域对应的目标回灌水位。
具体地，上述步骤S305包括：
步骤S3051，当盐溶液浓度大于预设浓度阈值时，调整地下水水位。
具体地，当盐溶液浓度大于预设浓度阈值时，表示当前海水入侵情况已经影响到目标区域工农业的健康发展，此时，需要通过调整地下水水位的方式阻碍甚至反向促使氯离子向海水侧输移，从而降低或消除海水入侵造成的负面影响。
示例性地，本实施例中调整地下水水位的方式即提升地下水水位。
步骤S3052，按照调整后的地下水水位重新布设实验环境，开展室内双应力条件下的盐溶液运移实验，并利用得到的实验数据重新反演模型参数。
具体地，由于地下水水位的调整会影响盐溶液的运移方向和运移速度，因此，在调整地下水水位之后，需要重新根据调整后的海岸数据布设实验环境，并重新开展多潮汐周期的室内双应力条件下的盐溶液运移实验，并利用得到的实验数据重新反演与调整后地下水水位对应的反演参数。
步骤S3053，重复水位调整和反演模型参数的步骤，直至在反演后的模型参数下，利用双应力段的时间分数阶对流扩散模型得到的盐溶液浓度小于或等于预设浓度阈值时，将地下水水位确定为目标回灌水位。
具体地，在得到调整后地下水水位对应的反演参数之后，重新利用包含该反演参数的双应力段的时间分数阶对流扩散模型模拟目标区域在预设时间段内的盐溶液运移过程。通过盐溶液运移过程重新判断地下水中盐溶液浓度是否超出预设浓度阈值。若超出，则重新按照步骤S3051至步骤S3052描述的方法反演模型参数，直至在反演后的模型参数下，利用双应力段的时间分数阶对流扩散模型得到的盐溶液浓度小于或等于预设浓度阈值时，将与该模型参数对应的地下水水位确定为目标回灌水位。在此之后，可以采用人工回灌地下水的方式，将目标区域的地下水水位提升至目标回灌水位。目标回灌水位即可以阻碍甚至反向促使氯离子向海水侧输移的最低地下水水位，当地下水水位达到目标回灌水位时，即可保证目标区域的工农业能够健康发展，不再受海水入侵影响。
本实施例提供的海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法，通过不断调整地下水水位和不断开展室内双应力条件下的盐溶液运移实验的方式，可以反演得到不同地下水水位分别对应的模型参数，从而利用包含该模型参数的双应力段的时间分数阶对流扩散模型更精确的模拟目标区域在海水入侵过程中盐溶液的迁移过程，从而基于盐溶液迁移过程和预设浓度阈值确定出有利于目标区域工农业健康发展的目标地下水水位，降低或彻底消除海水入侵的影响。
在本实施例中还提供了一种海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
本实施例提供一种海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟装置，如图4所示，包括：
实验模块401，用于按照目标区域的海岸数据布设实验环境，开展室内双应力条件下的盐溶液运移实验，得到实验数据。
反演模块402，用于利用实验数据对预构建的双应力段的时间分数阶对流扩散模型的模型参数进行反演，得到反演后的模型参数，双应力段的时间分数阶对流扩散模型用以描述潮汐作用下盐溶液在地下水中的运移过程。
模拟模块403，用于将海岸数据输入至包含反演后模型参数的双应力段的时间分数阶对流扩散模型中，模拟得到目标区域在预设时间段内盐溶液的迁移过程。
在一些可选的实施方式中，反演模块402的双应力段的时间分数阶对流扩散模型包括：
第一时间分数阶对流扩散子模型和第二时间分数阶对流扩散子模型，其中，第一时间分数阶对流扩散子模型用以模拟涨潮过程中盐溶液在地下水中的扩散过程，第二时间分数阶对流扩散子模型用以模拟退潮过程中海岸粘土对盐溶液的滞留过程。
在一些可选的实施方式中，反演模块402的双应力段的时间分数阶对流扩散模型，包括：
其中，表示涨潮阶段的时间区间，/>表示退潮阶段的时间区间，/>表示空间位置，/>表示时间，/>表示分数阶容量系数，表征地下粘土含量，/>表示地下水中盐溶液的浓度，/>表示涨潮阶段的分数阶阶数，/>表示退潮阶段的分数阶阶数，/>表示涨潮阶段的流动参数，/>表示退潮阶段的流动参数，/>表示涨潮阶段的扩散参数，/>表示退潮阶段的扩散参数。
在一些可选的实施方式中，模拟模块403，包括：
求解子模块，用于利用隐式有限差分方法对双应力段的时间分数阶对流扩散模型求解，得到目标区域在预设时间段内各时刻分别对应的盐溶液分布。
生成子模块，用于由所有时刻分别对应的盐溶液分布形成盐溶液的迁移过程。
在一些可选的实施方式中，在模拟模块之后，装置还包括：
判断模块，用于基于盐溶液的迁移过程判断目标区域的地下水中盐溶液浓度是否大于预设浓度阈值。
确定模块，用于当盐溶液浓度大于预设浓度阈值时，确定目标区域对应的目标回灌水位。
在一些可选的实施方式中，确定模块，包括：
调整子模块，用于当盐溶液浓度大于预设浓度阈值时，调整地下水水位。
反演子模块，用于按照调整后的地下水水位重新布设实验环境，开展室内双应力条件下的盐溶液运移实验，并利用得到的实验数据重新反演模型参数。
确定子模块，用于重复水位调整和反演模型参数的步骤，直至在反演后的模型参数下，利用双应力段的时间分数阶对流扩散模型得到的盐溶液浓度小于或等于预设浓度阈值时，将地下水水位确定为目标回灌水位。
在一些可选的实施方式中，在确定模块之后，装置还包括：
提升模块，用于采用人工回灌地下水的方式，将目标区域的地下水水位提升至目标回灌水位。
上述各个模块和单元的更进一步的功能描述与上述对应实施例相同，在此不再赘述。
本实施例中的海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟装置是以功能单元的形式来呈现，这里的单元是指ASIC（Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路）电路，执行一个或多个软件或固定程序的处理器和存储器，和/或其他可以提供上述功能的器件。
本发明实施例还提供一种计算机设备，具有上述图4所示的海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟装置。
请参阅图5，图5是本发明可选实施例提供的一种计算机设备的结构示意图，如图5所示，该计算机设备包括：一个或多个处理器10、存储器20，以及用于连接各部件的接口，包括高速接口和低速接口。各个部件利用不同的总线互相通信连接，并且可以被安装在公共主板上或者根据需要以其它方式安装。处理器可以对在计算机设备内执行的指令进行处理，包括存储在存储器中或者存储器上以在外部输入/输出装置(诸如，耦合至接口的显示设备)上显示GUI的图形信息的指令。在一些可选的实施方式中，若需要，可以将多个处理器和/或多条总线与多个存储器和多个存储器一起使用。同样，可以连接多个计算机设备，各个设备提供部分必要的操作(例如，作为服务器阵列、一组刀片式服务器、或者多处理器系统)。图5中以一个处理器10为例。
处理器10可以是中央处理器，网络处理器或其组合。其中，处理器10还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路，可编程逻辑器件或其组合。上述可编程逻辑器件可以是复杂可编程逻辑器件，现场可编程逻辑门阵列，通用阵列逻辑或其任意组合。
其中，所述存储器20存储有可由至少一个处理器10执行的指令，以使所述至少一个处理器10执行实现上述实施例示出的方法。
存储器20可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据计算机设备的使用所创建的数据等。此外，存储器20可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非瞬时存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非瞬时固态存储器件。在一些可选的实施方式中，存储器20可选包括相对于处理器10远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该计算机设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
存储器20可以包括易失性存储器，例如，随机存取存储器；存储器也可以包括非易失性存储器，例如，快闪存储器，硬盘或固态硬盘；存储器20还可以包括上述种类的存储器的组合。
该计算机设备还包括通信接口30，用于该计算机设备与其他设备或通信网络通信。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，上述根据本发明实施例的方法可在硬件、固件中实现，或者被实现为可记录在存储介质，或者被实现通过网络下载的原始存储在远程存储介质或非暂时机器可读存储介质中并将被存储在本地存储介质中的计算机代码，从而在此描述的方法可被存储在使用通用计算机、专用处理器或者可编程或专用硬件的存储介质上的这样的软件处理。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体、随机存储记忆体、快闪存储器、硬盘或固态硬盘等；进一步地，存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。可以理解，计算机、处理器、微处理器控制器或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的存储组件，当软件或计算机代码被计算机、处理器或硬件访问且执行时，实现上述实施例示出的方法。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (15)
1.一种海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法，其特征在于，所述方法包括：
按照目标区域的海岸数据布设实验环境，开展室内双应力条件下的盐溶液运移实验，得到实验数据；
利用所述实验数据对预构建的双应力段的时间分数阶对流扩散模型的模型参数进行反演，得到反演后的模型参数，所述双应力段的时间分数阶对流扩散模型用以描述潮汐作用下盐溶液在地下水中的运移过程；
将所述海岸数据输入至包含反演后模型参数的双应力段的时间分数阶对流扩散模型中，模拟得到所述目标区域在预设时间段内盐溶液的迁移过程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述双应力段的时间分数阶对流扩散模型，包括：
第一时间分数阶对流扩散子模型和第二时间分数阶对流扩散子模型，其中，所述第一时间分数阶对流扩散子模型用以模拟涨潮过程中盐溶液在地下水中的扩散过程，所述第二时间分数阶对流扩散子模型用以模拟退潮过程中海岸粘土对盐溶液的滞留过程。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述双应力段的时间分数阶对流扩散模型，包括：
其中，表示涨潮阶段的时间区间，/>表示退潮阶段的时间区间，/>表示空间位置，/>表示时间，/>表示分数阶容量系数，表征地下粘土含量，/>表示地下水中盐溶液的浓度，/>表示涨潮阶段的分数阶阶数，/>表示退潮阶段的分数阶阶数，/>表示涨潮阶段的流动参数，/>表示退潮阶段的流动参数，/>表示涨潮阶段的扩散参数，/>表示退潮阶段的扩散参数。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述模拟得到所述目标区域在预设时间段内盐溶液的迁移过程，包括：
利用隐式有限差分方法对所述双应力段的时间分数阶对流扩散模型求解，得到所述目标区域在所述预设时间段内各时刻分别对应的盐溶液分布；
由所有时刻分别对应的所述盐溶液分布形成所述盐溶液的迁移过程。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述模拟得到所述目标区域在预设时间段内盐溶液的迁移过程之后，所述方法还包括：
基于所述盐溶液的迁移过程判断所述目标区域的地下水中盐溶液浓度是否大于预设浓度阈值；
当所述盐溶液浓度大于所述预设浓度阈值时，确定目标区域对应的目标回灌水位。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述当所述盐溶液浓度大于所述预设浓度阈值时，确定目标区域对应的目标回灌水位，包括：
当所述盐溶液浓度大于所述预设浓度阈值时，调整地下水水位；
按照调整后的地下水水位重新布设实验环境，开展所述室内双应力条件下的盐溶液运移实验，并利用得到的实验数据重新反演模型参数；
重复水位调整和反演模型参数的步骤，直至在反演后的模型参数下，利用所述双应力段的时间分数阶对流扩散模型得到的盐溶液浓度小于或等于所述预设浓度阈值时，将所述地下水水位确定为目标回灌水位。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述确定目标区域对应的目标回灌水位之后，所述方法还包括：
采用人工回灌地下水的方式，将目标区域的所述地下水水位提升至所述目标回灌水位。
8.一种海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟装置，其特征在于，所述装置包括：
实验模块，用于按照目标区域的海岸数据布设实验环境，开展室内双应力条件下的盐溶液运移实验，得到实验数据；
反演模块，用于利用所述实验数据对预构建的双应力段的时间分数阶对流扩散模型的模型参数进行反演，得到反演后的模型参数，所述双应力段的时间分数阶对流扩散模型用以描述潮汐作用下盐溶液在地下水中的运移过程；
模拟模块，用于将所述海岸数据输入至包含反演后模型参数的双应力段的时间分数阶对流扩散模型中，模拟得到所述目标区域在预设时间段内盐溶液的迁移过程。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述反演模块的所述双应力段的时间分数阶对流扩散模型，包括：
第一时间分数阶对流扩散子模型和第二时间分数阶对流扩散子模型，其中，所述第一时间分数阶对流扩散子模型用以模拟涨潮过程中盐溶液在地下水中的扩散过程，所述第二时间分数阶对流扩散子模型用以模拟退潮过程中海岸粘土对盐溶液的滞留过程。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述反演模块的所述双应力段的时间分数阶对流扩散模型，包括：
其中，表示涨潮阶段的时间区间，/>表示退潮阶段的时间区间，/>表示空间位置，/>表示时间，/>表示分数阶容量系数，表征地下粘土含量，/>表示地下水中盐溶液的浓度，/>表示涨潮阶段的分数阶阶数，/>表示退潮阶段的分数阶阶数，/>表示涨潮阶段的流动参数，/>表示退潮阶段的流动参数，/>表示涨潮阶段的扩散参数，/>表示退潮阶段的扩散参数。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的装置，其特征在于，所述模拟模块，包括：
求解子模块，用于利用隐式有限差分方法对所述双应力段的时间分数阶对流扩散模型求解，得到所述目标区域在所述预设时间段内各时刻分别对应的盐溶液分布；
生成子模块，用于由所有时刻分别对应的所述盐溶液分布形成所述盐溶液的迁移过程。
12.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，在所述模拟模块之后，所述装置还包括：
判断模块，用于基于所述盐溶液的迁移过程判断所述目标区域的地下水中盐溶液浓度是否大于预设浓度阈值；
确定模块，用于当所述盐溶液浓度大于所述预设浓度阈值时，确定目标区域对应的目标回灌水位。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述确定模块，包括：
调整子模块，用于当所述盐溶液浓度大于所述预设浓度阈值时，调整地下水水位；
反演子模块，用于按照调整后的地下水水位重新布设实验环境，开展所述室内双应力条件下的盐溶液运移实验，并利用得到的实验数据重新反演模型参数；
确定子模块，用于重复水位调整和反演模型参数的步骤，直至在反演后的模型参数下，利用所述双应力段的时间分数阶对流扩散模型得到的盐溶液浓度小于或等于所述预设浓度阈值时，将所述地下水水位确定为目标回灌水位。
14.一种计算机设备，其特征在于，包括：
存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行权利要求1至7中任一项所述的海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法。
15.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行权利要求1至7中任一项所述的海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311453492.5A CN117172162B (zh) | 2023-11-03 | 2023-11-03 | 一种海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311453492.5A CN117172162B (zh) | 2023-11-03 | 2023-11-03 | 一种海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法及装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117172162A true CN117172162A (zh) | 2023-12-05 |
| CN117172162B CN117172162B (zh) | 2024-01-26 |
Family
ID=88939922
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311453492.5A Active CN117172162B (zh) | 2023-11-03 | 2023-11-03 | 一种海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117172162B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100169062A1 (en) * | 2007-07-02 | 2010-07-01 | Magma Giessereitechnologie Gmbh | Method and Apparatus for Describing the Statistical Orientation Distribution of Particles in a Simulation of a Mould Filling Process |
| CN112505270A (zh) * | 2020-10-23 | 2021-03-16 | 中国水利水电科学研究院 | 一种改善水库滞温层溶解氧的优化方法 |
| CN114864014A (zh) * | 2022-07-07 | 2022-08-05 | 中国长江三峡集团有限公司 | 河流中溶解有机物运移模型构建、预测方法及装置 |
| CN115048883A (zh) * | 2022-07-27 | 2022-09-13 | 中国长江三峡集团有限公司 | 一种土壤-植被可溶胶体迁移过程动态模拟方法及装置 |
| CN116559059A (zh) * | 2023-05-12 | 2023-08-08 | 中国长江三峡集团有限公司 | 潮汐能水库水堤氯离子侵蚀检测方法、装置及电子设备 |
-
2023
- 2023-11-03 CN CN202311453492.5A patent/CN117172162B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100169062A1 (en) * | 2007-07-02 | 2010-07-01 | Magma Giessereitechnologie Gmbh | Method and Apparatus for Describing the Statistical Orientation Distribution of Particles in a Simulation of a Mould Filling Process |
| CN112505270A (zh) * | 2020-10-23 | 2021-03-16 | 中国水利水电科学研究院 | 一种改善水库滞温层溶解氧的优化方法 |
| CN114864014A (zh) * | 2022-07-07 | 2022-08-05 | 中国长江三峡集团有限公司 | 河流中溶解有机物运移模型构建、预测方法及装置 |
| CN115048883A (zh) * | 2022-07-27 | 2022-09-13 | 中国长江三峡集团有限公司 | 一种土壤-植被可溶胶体迁移过程动态模拟方法及装置 |
| CN116559059A (zh) * | 2023-05-12 | 2023-08-08 | 中国长江三峡集团有限公司 | 潮汐能水库水堤氯离子侵蚀检测方法、装置及电子设备 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 张静;刘玉;马志华;孙省利;: "流沙湾海域潮汐潮流的三维数值模拟和海域环境容量研究", 海洋通报, no. 01 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117172162B (zh) | 2024-01-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106251384B (zh) | 使用三角形的递归再分的细分方法 | |
| CN110319845B (zh) | 用于确定两点之间的可达路径的方法、装置和系统 | |
| US20160047099A1 (en) | Systems and methods for flood zone modeling | |
| KR101555426B1 (ko) | 지형 렌더링 방법 및 장치 | |
| Silva et al. | The effects of beach width variability on coastal dune development at decadal scales | |
| WO2022222376A1 (zh) | 游戏场景的显示方法、装置、电子设备及存储介质 | |
| CN115712993A (zh) | 氯离子侵蚀模型构建方法及氯离子侵蚀的模拟方法 | |
| WO2024098951A1 (zh) | 水库下泄泥沙快速输移模拟方法及装置 | |
| CN117172162B (zh) | 一种海水入迁过程中盐溶液运移过程的模拟方法及装置 | |
| CN109388784A (zh) | 最小熵核密度估计器生成方法、装置和计算机可读存储介质 | |
| CN115879338A (zh) | 一种基于目标河流的溶质输移过程的方法及装置 | |
| CN116029467A (zh) | 基于序列模型的渠池闸门流量预测方法 | |
| CN106896419B (zh) | 一种确定油气资源量的方法及装置 | |
| CN115544634A (zh) | 一种油气田级别数字孪生模型空间坐标变换方法及系统 | |
| CN112634399B (zh) | 封闭曲线生成方法、装置、电子设备及可读存储介质 | |
| CN115186569A (zh) | 漂浮物的漂移模拟方法、装置、存储介质及电子设备 | |
| CN117150867B (zh) | 海工建筑物中氯离子侵蚀过程的模拟方法、装置及设备 | |
| CN116757003B (zh) | 平原河网模拟方法、装置、计算机设备及介质 | |
| CN110288124A (zh) | 土地利用格局的优化方法及装置 | |
| Tanaka et al. | An application of the automatic domain updating to the Tonle Sap Lake, Cambodia | |
| CN112926810B (zh) | 一种年径流总量控制率确定方法、装置及电子设备 | |
| CN116663417B (zh) | 一种虚拟地理环境角色建模方法 | |
| CN112329102B (zh) | 建筑设计软件中结构楼板模型的生成方法和装置 | |
| CN115035428B (zh) | 基于水运航道工程bim信息航拍区域确定方法、装置及设备 | |
| CN109324797B (zh) | 一种桌面图标生成方法、计算机可读存储介质及终端设备 |
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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |