[发明专利]一种基于多数据同化集合平滑刻画地下水简单面源信息的方法

说明书

本发明公开了一种基于多数据同化集合平滑刻画地下水简单面源信息的方法，包括以下步骤：确定可疑污染区范围、设置初始椭圆面源各信息参数初始值及观测数据同化次数；同化观测数据，结合污染物溶质运移模型并利用多数据同化集合平滑方法对各面源参数进行更新；循环上一过程直到设定的同化次数为止。本发明能够通过旋转椭圆近似刻画简单面源的位置、形状、污染物释放时间、释放时长以及释放浓度；仅需已知面源各参数的大致取值范围，就可通过同化状态变量的观测数据来识别污染源各信息参数；验证了多数据同化集合平滑在识别面源方面的可行性。

技术领域

本发明属于水文统计学技术领域，具体涉及一种基于多数据同化集合平滑刻画地下水简单面源信息的方法。

背景技术

地下水在水资源的重要组成部分，是人类生活、农业与工业淡水的重要来源，地下水的质量与人类健康紧密相连。一旦地下水遭受到污染，就有必要了解清楚污染源信息，比如污染物在何处释放以及释放了多长时间。随着我国城市化进程的推进，水资源开发不合理，地下水遭受到严重污染，追溯、整治污染源等问题亟待解决。可靠的污染源识别对于了解地下水污染以及提高地下水管理的修复效率至关重要。

用于识别地下水污染源的逆向建模方法因其有效性与高效性受到广泛关注，根据其特点可分为三类：优化方法、概率性方法和确定性方法。早期用于识别污染源的方法是优化方法，主要是通过最小化模拟浓度和观测值之间的差异刻画污染源；概率方法是最大化给定观测值的一些源参数的后验概率；确定性方法是解决时间上的平流-扩散方程。但是这些很难准确刻画多个未知信息参数。还有一些应用在石油工程和水文地质学中可以进行参数识别的方法，在识别静态参数与污染源信息参数方面具有突出表现，其中，多数据同化集合平滑能够同时识别污染源点的位置与释放信息，并在合成以及实际案例中得到证明。

从规模角度来看，地下水污染源可简单分为两类：点源与面源。点源通常由垃圾填埋场、加油站、工厂废水和城市污水引起，而面源通常由农业肥料、牲畜、家禽养殖粪便污水和化工厂的化学品泄漏引起。目前绝大部分的污染源识别研究都只涉及到单点源或多散点源识别源位置以及释放信息，或者采用点源简化面源，然而直接将面源简化到其中心点会导致低估污染物释放的质量。由于污染源识别的复杂性会随着面源排放数量的增加而增加，很少有关于面源识别的工作。少数的面源识别工作只是将面源区域利用矩形或矩形组成的简单图形作常规化、棱角化处理。

发明内容

发明目的：为了克服背景技术的不足，本发明公开了一种基于多数据同化集合平滑刻画地下水简单面源信息的方法，该方法利用多数据同化集合平滑技术，通过多次同化污染物浓度观测值，反演椭圆的信息参数，并通过反演的椭圆近似刻画实际简单面源位置及范围，此外该发明还可同时反演简单面源的其它信息。

技术方案：本发明所公开的一种基于多数据同化集合平滑刻画地下水简单面源信息的方法，包括以下步骤：

S1、根据水文地质统计信息，利用序贯高斯模拟生成初始对数渗透系数场；根据前期野外调查确定污染源可疑区域并确定用来近似刻画污染物简单面源的信息参数(比如，椭圆中心点位置、长短半轴长、旋转角度、污染物初始释放时间、释放持续时长、以及释放量)取值范围，并在此范围内随机采样生成个参数的初始值；设定多数据同化的次数；

S2、对于第j次数据同化，基于更新(初始)的面源信息，通过溶质运移方程进行全局污染物浓度场的预测；

S3、基于观测井处，同化的所有时间段内的污染物浓度观测数据与预测浓度数据之间的差异，利用多数据同化集合平滑技术中的更新过程更新面源的各信息参数；

S4、重复S2-S3的同化过程，直至达到设定的同化次数。

其中，S1具体为：