本發(fā)明涉及地下水流系統(tǒng)識別與刻畫，尤其涉及一種基于分層抽水試驗的地下水流系統(tǒng)的識別與刻畫方法。

背景技術(shù)：

1、地下水流系統(tǒng)揭示了地下水流具有局部、中間和區(qū)域多級嵌套的流動模式。對地下水流系統(tǒng)的研究在地下水的利用與保護、石油勘探、地質(zhì)環(huán)境工程和廢棄物地質(zhì)處埋等許多研究和應用領(lǐng)域得到廣泛應用。因此，地下水流系統(tǒng)的識別和刻畫是準確認識區(qū)域地下水流和循環(huán)規(guī)律的有力工具。

2、目前，地下水流系統(tǒng)的識別和刻畫方法作為地下水流系統(tǒng)理論研究的重要內(nèi)容，已經(jīng)通過數(shù)值模擬和室內(nèi)實驗得到了廣泛的研究。但是，傳統(tǒng)水文地質(zhì)勘查過程中，無論潛水或承壓水都強調(diào)水流的順層流動(平面二維)，缺少地下水流三維結(jié)構(gòu)的垂向分層數(shù)據(jù)，使得在對地下水流系統(tǒng)進行識別與刻畫時，對地下水流系統(tǒng)的穿層流動水動力特征信息獲取不足，難以準確識別和刻畫地下水流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。并且，現(xiàn)有數(shù)據(jù)中很少從野外現(xiàn)場觀測和試驗中成功識別，限制了實際條件下對區(qū)域地下水循環(huán)規(guī)律的認識。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、(一)要解決的技術(shù)問題

2、鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點、不足，本發(fā)明提供一種基于分層抽水試驗的地下水流系統(tǒng)的識別與刻畫方法，其解決了地下水流系統(tǒng)垂向邊界難以準確識別和劃分，以及不同地下水流系統(tǒng)的流循環(huán)特征難以精細刻畫的技術(shù)問題。

3、(二)技術(shù)方案

4、為了達到上述目的，本發(fā)明采用的主要技術(shù)方案包括：

5、本發(fā)明實施例提供一種一種基于分層抽水試驗的地下水流系統(tǒng)的識別與刻畫方法，包括：

6、s100、根據(jù)勘測區(qū)內(nèi)的地下水流場信息，獲取該勘測區(qū)的典型剖面；

7、s200、基于典型剖面中地下水流系統(tǒng)的分布信息，獲取至少兩個級次的地下水流系統(tǒng)的分層抽水試驗數(shù)據(jù)；

8、s300、根據(jù)所述分層抽水試驗數(shù)據(jù)中的水位數(shù)據(jù)和地下水年齡數(shù)據(jù)對典型剖面中的地下水流系統(tǒng)邊界進行識別，并根據(jù)所述分層抽水試驗數(shù)據(jù)中的水質(zhì)數(shù)據(jù)對識別結(jié)果進行驗證，得到地下水流系統(tǒng)邊界；

9、s400、以所述水位數(shù)據(jù)和所述地下水年齡數(shù)據(jù)為約束條件，建立剖面二維地下水流和溶質(zhì)運移的數(shù)值模型對典型剖面中的地下水流和地下水年齡的分布進行模擬，并根據(jù)模擬結(jié)果和所述地下水流系統(tǒng)邊界刻畫典型剖面中地下水流系統(tǒng)的循環(huán)特征。

10、可選地，所述典型剖面的剖面走向為沿地下水流方向，所述典型剖面所穿越的地下水流系統(tǒng)包括區(qū)域地下水流系統(tǒng)、中間地下水流系統(tǒng)以及局部地下水流系統(tǒng)。

11、可選地，所述步驟s200包括：

12、s210、基于典型剖面中地下水流系統(tǒng)的分布信息，在至少兩個級次的地下水流系統(tǒng)的排泄區(qū)，確定執(zhí)行分層抽水試驗的水文地質(zhì)鉆孔的位置；

13、s220、根據(jù)所述地下水流系統(tǒng)排泄區(qū)中含水層的層數(shù)信息，獲取執(zhí)行分層抽水試驗的抽水層位數(shù)；

14、s230、根據(jù)所述抽水層位數(shù)，控制設(shè)置在水文地質(zhì)鉆孔上的雙封隔器系統(tǒng)執(zhí)行分層抽水試驗，得到包含不同深度含水層的滲透系數(shù)、地下水位數(shù)據(jù)、水質(zhì)數(shù)據(jù)以及地下水年齡數(shù)據(jù)的分層抽水試驗數(shù)據(jù)。

15、可選地，所述步驟s230包括：

16、s231、控制所述雙封隔器系統(tǒng)在每一抽水層位形成的抽水試驗段，該抽水試驗段的水位數(shù)據(jù)為抽水層位所屬含水層的地下水位數(shù)據(jù)；

17、s232、根據(jù)穩(wěn)定流抽水試驗方法，求取得到每一抽水層位所屬含水層的滲透系數(shù)；

18、s233、對每一抽水試驗段中的地下水進行水質(zhì)檢測工作，得到包含地下水水化學、穩(wěn)定同位素以及放射性同位素的水質(zhì)數(shù)據(jù)；

19、s234、根據(jù)所述地下水水化學和穩(wěn)定同位素的組分信息，確定每一抽水層位所屬含水層的地下水補給來源和路徑；

20、s235、根據(jù)所述放射性同位素，結(jié)合放射性同位素半衰期計算公式，求取得到每一抽水層位所屬含水層的地下水年齡數(shù)據(jù)。

21、可選地，所述步驟s300包括：

22、s310、基于所述分層抽水試驗數(shù)據(jù)中的水位數(shù)據(jù)，求取得到地下水流系統(tǒng)的地下水頭拐點；

23、s320、基于所述分層抽水試驗數(shù)據(jù)中的地下水年齡數(shù)據(jù)，求取得到地下水流系統(tǒng)的地下水年齡突變點；以及將所述地下水年齡突變點的位置與所述地下水頭拐點的位置進行對比，依據(jù)對比結(jié)果確定初始地下水流系統(tǒng)邊界；

24、s330、依據(jù)所述分層抽水試驗數(shù)據(jù)中的水質(zhì)數(shù)據(jù)，對所述初始地下水流系統(tǒng)邊界進行驗證，得到地下水流系統(tǒng)邊界。

25、可選地，所述步驟s310包括：

26、s311、基于所述分層抽水試驗數(shù)據(jù)中的水位數(shù)據(jù)，判斷地下水的流動趨勢；

27、s312a、若下層地下水的水位高于上層地下水的水位時，則判定地下水的流動趨勢為向上流動趨勢；

28、s312b、若下層地下水的水位低于上層地下水的水位時，則判定地下水的流動趨勢為向下流動趨勢；

29、s313、根據(jù)地下水的流動趨勢的判定結(jié)果，確定流動趨勢發(fā)生改變的位置點為地下水流系統(tǒng)的地下水頭拐點。

30、可選地，所述步驟s320包括：

31、s321、根據(jù)所述分層抽水試驗數(shù)據(jù)中的地下水年齡數(shù)據(jù)和抽水層位數(shù)，求取得到相鄰層位的地下水年齡變化梯度；

32、s322、根據(jù)不同層位的地下水年齡變化梯度，求取得到地下水流系統(tǒng)的地下水年齡平均梯度；

33、s323、將所述每一地下水年齡變化梯度與所述地下水年齡平均梯度進行比較；

34、s324、當比較結(jié)果為地下水年齡變化梯度大于地下水年齡平均梯度時，判斷比較結(jié)果所屬的位置是否與所述地下水頭拐點的位置重合；

35、s325、若比較結(jié)果所屬的位置與所述地下水頭拐點的位置重合時，判定該位置為初始地下水流系統(tǒng)邊界。

36、可選地，所述步驟s400包括：

37、s410、通過概化所述典型剖面中地下水流系統(tǒng)的含水層結(jié)構(gòu)、含水層參數(shù)、邊界條件以及源匯項，建立典型剖面的地下水流概念模型；

38、s420、在所述地下水流概念模型的基礎(chǔ)上，以所述水位數(shù)據(jù)和所述地下水年齡數(shù)據(jù)為約束條件，建立剖面二維地下水流和溶質(zhì)運移的數(shù)值模型；

39、s430、控制剖面二維地下水流和溶質(zhì)運移的數(shù)值模型對典型剖面中的地下水流和地下水年齡的分布進行模擬，得到典型剖面中地下水流和地下水年齡的分布結(jié)果；

40、s440、以循環(huán)深度、循環(huán)量以及年齡分布范圍為指標，根據(jù)所述典型剖面中地下水流和地下水年齡的分布結(jié)果，所述地下水流系統(tǒng)邊界，刻畫典型剖面中地下水流系統(tǒng)的循環(huán)特征。

41、可選地，所述步驟s410包括：

42、s411、概化所述典型剖面中地下水流系統(tǒng)的含水層結(jié)構(gòu)包括：基于根據(jù)勘測區(qū)含水層的類型、巖性以及厚度，將典型剖面中含水層概化為均質(zhì)各項異性含水層；

43、s412、概化所述典型剖面中地下水流系統(tǒng)的含水層參數(shù)，所述含水層參數(shù)包括滲透系數(shù)、孔隙度以及各向異性；

44、s413、概化所述典型剖面中地下水流系統(tǒng)的邊界條件和源匯項包括：將典型剖面的底邊界概化為隔水邊界，將典型剖面的側(cè)邊界概化為零流量邊界，將典型剖面的上邊界概化為定水頭邊界；

45、s414、根據(jù)地下水流系統(tǒng)中含水層結(jié)構(gòu)、含水層參數(shù)、邊界條件以及源匯項的概化結(jié)果，建立典型剖面的地下水流概念模型。

46、可選地，所述步驟s420包括：

47、s421、根據(jù)典型剖面的地下水流概念模型，建立剖面二維地下水流數(shù)值模型和溶質(zhì)運移數(shù)值模型；

48、s422、控制剖面二維地下水流數(shù)值模型以所述水位數(shù)據(jù)為約束條件進行地下水流模擬，并根據(jù)地下水流模擬結(jié)果修正剖面二維地下水流數(shù)值模型中的含水層各向異性參數(shù)；

49、s423、控制溶質(zhì)運移數(shù)值模型以所述地下水年齡數(shù)據(jù)為約束條件進行地下水年齡模擬，并根據(jù)地下水年齡模擬結(jié)果修正溶質(zhì)運移數(shù)值模型中的模型參數(shù)。

50、(三)有益效果

51、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提出的一種基于分層抽水試驗的地下水流系統(tǒng)的識別與刻畫方法，由于采用分層抽水試驗的垂向分層實測數(shù)據(jù)來識別不同類型的地下水流系統(tǒng)的邊界，并結(jié)合不同含水層的水質(zhì)數(shù)據(jù)對地下水流系統(tǒng)邊界進行驗證的技術(shù)方案，相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，其極大地提高了對地下水流系統(tǒng)識別的準確性。

52、同時，本發(fā)明通過選擇的典型剖面，并開展以垂向分層的地下水位數(shù)據(jù)和地下水年齡數(shù)據(jù)為約束條件的地下水流系統(tǒng)剖面二維仿真模擬，其提高了地下水流系統(tǒng)剖面的二維模擬仿真結(jié)果，進而提高了地下水流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)刻畫的精確性。

53、還有，本發(fā)明通過實現(xiàn)了不類型和深度的地下水流系統(tǒng)的邊界劃分和特征刻畫，其能夠定量揭示和精細刻畫地下水循環(huán)規(guī)律提供關(guān)鍵參數(shù)，以及為地下水資源分層評價提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。