[发明专利]充气法治理承压含水层海水入侵的数值模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及防止海水入侵技术领域，具体讲，涉及充气法治理承压含水层海水入侵的数值模拟方法。

背景技术

近年来，随着沿海地区经济的快速发展，地下水超采越来越严重，造成地下水位持续下降，海水侵入地下含水层，形成海水入侵现象。我国海岸线长达1.8×104Km，出现海水入侵的城市有十几座，入侵面积己超过10000Km²，由此引发的耕地土壤盐碱化、地下设备腐蚀、水质恶化等问题严重阻碍了沿海地区的经济和社会发展。因此，开展海水入侵深入研究，提出防治和减轻海水入侵的措施，具有重要的科学价值和社会意义。

目前，防治海水入侵的措施主要有：限制地下水开采量、迁移抽水井、人工回灌补给、人工抽取咸水、修建地下帷幕。限制地下水开采量并不能从根本上解决海水入侵，有可能会加剧供需水矛盾。迁移抽水井的成本较高，也可能面临其它问题，如建筑层或含水层的尺寸条件。人工回灌需要大量的淡水资源，对于缺水地区，需兴建大量引水工程，势必增加成本费用。人工抽取咸水能够减少海水入侵的程度，但主要问题在于如何处理抽取的咸水。地下帷幕包括实体帷幕、水力屏障和地下充气墙等，实体帷幕和水力屏障的造价昂贵，可能会引起水质恶化和污染，而修建地下充气墙的方法造价低，无需注水或泥浆即可形成挡水帷幕，也不会引起二次污染，较为理想。然而，尽管充气法防治海水入侵在理论上是可行的，但针对充气法防治效果展开试验的研究费用较为昂贵，且耗时耗力。

发明内容

为克服现有技术的不足，治理承压含水层海水入侵，为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：充气法治理承压含水层海水入侵的数值模拟方法，包括如下步骤：

步骤一：建立地下水气一液二相流及溶质运移模型，包括基本控制方程及辅助方程，不考虑温度对系统的影响，具体如下：

模型的基本控制方程为：

∂Mκ∂t=-div(Fκ)+qκ---(1)]]>

式中，M^κ表示κ组分(纯水w、参考盐水b和空气a)的累积质量密度，F^κ为κ组分的流量密度，包括平流流量密度和扩散流量密度q^κ为组分κ的源汇项；

步骤二：模型求解：以TOUGH2/EOS7为工具，空间上采用积分形式的有限差分方法IFDM进行离散，时间上采用一阶向后差分的全隐式方法进行离散，模型的线性化采用Newton-Raphson迭代方法，最后得到大型稀疏系数矩阵的线性方程组；具体如下：

(1)空间上采用积分有限差分法IFDM进行离散

首先将计算域离散成子单元，其性质由形心点代表，分别对各个单元的质量平衡方程的积分形式进行空间离散。对于任意单元n，单元体积为V_n，边界面为Γ_n，单元的质量平衡方程的积分形式如下：