[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

说明书

本发明公开了一种基于包气带‑含水层耦合的地下水环境模拟方法和装置，一种基于包气带‑含水层耦合的地下水环境模拟方法包括：获取研究区域的环境数据；基于环境数据构建研究区域的包气带‑含水层水流及溶质迁移转化耦合模型；根据包气带‑含水层水流及溶质迁移转化耦合模型，确定研究区域的地下水环境分布特征和演化趋势。本发明实施例公开的基于包气带‑含水层耦合的地下水环境模拟方法和装置，为准确判断污染源对地下水的污染路径、范围及其程度提供了一种有效手段。

技术领域

本发明实施例涉及环境保护技术，尤其涉及一种基于包气带-含水层耦合的地下水环境模拟方法和装置。

背景技术

地下水作为重要的战略水资源和饮用水源，其环境质量是社会经济发展和生态环境安全的重要保障。近年来，由于工矿企业生产发展过程中废水及废渣的不适当排放、农业生产中肥料与农药的大量施加、生活污水管网渗漏及垃圾填埋场淋滤等潜在污染源的广泛分布，地下水环境面临的污染风险及防控压力十分巨大。鉴于地下水的特殊赋存条件，其污染过程是一个多来源、多介质组合、多因素影响、多时空交叉的复杂过程，污染现状是不同种类污染源输入与环境要素之间共同作用的长期结果。

数值模拟方法可以从揭示地下多孔系统中污染物迁移转化机理及过程的角度来判断地下水污染特征及时空延伸范围，识别污染现状的形成机制及演变趋势，从而能够及时准确定开展有针对性地防护与治理工作。

地表污染源经释放后，在包气带中的迁移转化过程及其到达含水层的浓度和时间直接决定着其对地下水是否产生影响；而含水层接受补给造成的水位波动又会影响到包气带中污染物的运移及其浓度分布情况。因此，采用数值模型来分析污染物自源头进入地下水的过程时，有必要考虑包气带与含水层之间的实时交互作用，建立两者之间的耦合模型更符合污染物运移的实际物理过程。

目前，基于时间尺度、空间尺度、维度复杂性以及偏重生-物-化过程等多个不同因素，已发展了多种包气带-含水层水流及溶质迁移转化耦合模型。根据耦合方式不同，耦合模型可分为：紧密耦合模型、松散耦合模型和单向耦合模型。其中，紧密耦合模型由于剖分网格量巨大、计算成本高、所需参数多等缺点，不适用于一般情况下地下水环境模拟的实际应用，尤其是区域或流域尺度问题；而单向耦合模型仅考虑包气带对含水层的单方面作用，存在模拟结果不可靠等问题。因此，如何建立准确的包气带-含水层耦合的地下水环境数值模型，是准确反应地下水污染情况的关键技术。

发明内容

本发明提供一种基于包气带-含水层耦合的地下水环境模拟方法和装置，为准确判断污染源对地下水的污染路径、范围及其程度提供了一种有效手段。

第一方面，本发明实施例提供一种基于包气带-含水层耦合的地下水环境模拟方法，包括：

获取研究区域的环境数据；

基于环境数据构建研究区域的包气带-含水层水流及溶质迁移转化耦合模型；

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

在第一方面一种可能的实现方式中，基于环境数据构建研究区域的包气带-含水层水流及溶质迁移转化耦合模型，包括：

基于环境数据确定研究区域的包气带中水流及溶质迁移转化过程；

基于环境数据确定研究区域的含水层中水流及溶质运移过程；

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

在第一方面一种可能的实现方式中，对包气带中水流及溶质迁移转化过程和含水层中水流及溶质运移过程进行耦合求解，得到研究区域的包气带-含水层水流及溶质迁移转化耦合模型，包括：