[发明专利]基于包气带-含水层耦合的地下水环境模拟方法和装置

权利要求书

1.一种基于包气带-含水层耦合的地下水环境模拟方法，其特征在于，包括：

获取研究区域的环境数据；

基于所述环境数据构建所述研究区域的包气带-含水层水流及溶质迁移转化耦合模型；

根据所述包气带-含水层水流及溶质迁移转化耦合模型，确定所述研究区域的地下水环境分布特征和演化趋势。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述环境数据构建所述研究区域的包气带-含水层水流及溶质迁移转化耦合模型，包括：

基于所述环境数据确定所述研究区域的包气带中水流及溶质迁移转化过程；

基于所述环境数据确定所述研究区域的含水层中水流及溶质运移过程；

对所述包气带中水流及溶质迁移转化过程和所述含水层中水流及溶质运移过程进行耦合求解，得到所述研究区域的包气带-含水层水流及溶质迁移转化耦合模型。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述包气带中水流及溶质迁移转化过程和所述含水层中水流及溶质运移过程进行耦合求解，得到所述研究区域的包气带-含水层水流及溶质迁移转化耦合模型，包括：

对所述包气带中水流及溶质迁移转化过程采用Hydurs1D求解，对所述含水层中水流及溶质运移过程采用Modflow-MT3DMS求解，得到所述研究区域的包气带-含水层水流及溶质迁移转化耦合模型，其中，Modflow-MT3DMS模型在每一流动时步初，将含水层模型计算得到的每个分区的平均地下水位埋深传递给Hydrus1D，作为下边界条件；由Hydrus1D计算得到该流动时间步长内通过包气带底部的水流总通量和溶质总通量，并传递给Modflow-MT3DMS作为在该时段的水流和溶质补给项。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述环境数据确定所述研究区域的包气带中水流及溶质迁移转化过程，包括：

在垂直方向的一维条件下，确定所述研究区域包气带中水分运动控制方程

其中，θ为体积含水量；t为时间；z为高程，向下为正；k_s为饱和渗透系数，k_r为相对渗透系数；h为压力水头，SS SS为根系吸水或其它源汇项大小；

在垂直方向的一维条件下，确定所述研究区域溶质迁移转化控制方程

其中，c、s、g分别为液相、吸附相及气相污染物浓度；ρ为土壤容重；a_v为体积含气量；D^w为液相水动力弥散系数；D^g为气相扩散系数；q为达西流速；S_r为根系吸收的污染物含量；k_w、k_s、k_g分别为液相、吸附相、气相污染物反应速率常数；

包气带中土壤含水量与毛细压力之间的关系为p_c＝-p₀[(S_e)^-1/m-1]^1/n，其中，p_c为毛细压力；p₀为进气值；S_e为有效含水量，S_e＝(θ-θ_r)/(θ_s-θ_r)；θ_r为残余体积含水量；θ_s为饱和体积含水量；m为与孔隙尺寸分布特征有关的经验参数；

包气带相对渗透系数为k_r＝(S_e)^ξ[1-(1-(S_e)^1/m)^m]²，其中，ξ为考虑土壤孔隙弯曲率影响的模型参数；

包气带中液相与吸附相污染物之间的质量转移过程为其中k_d、η、β分别为经验系数；

包气带中液相与气相污染物之间的关系为g＝μ_gc，其中，μ_g为经验系数。