[发明专利]考虑Lisse现象的浅层地下水位预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及预测浅层地下水位波动技术领域；具体讲，涉及考虑Lisse现象的浅层地下水位预测方法。

技术背景

地下水作为水资源的重要组成部分，以水质较好、分布广泛以及便于开发等优点，成为理想的供水水源之一，所以采用观测井对地下水位进行实时监测也越来越重要。然而对于降雨条件下，地下水位变化较大较快的情形，观测井的监测数据可能存在偏差。因此，采用数学模型模拟地下水位，更能精细地反映出水位的波动情况，且避免了不必要的人力和物力。

在传统意义上，地下水位与土壤中饱和区的顶部相一致，然而近年来，随着对饱和-非饱和渗流研究的不断深入，越来越多的研究发现，地下水位以上存在饱和区，地下水位以下存在非饱和区，因此，根据饱和度来定义地下水位是不合理的。本文采用孔隙水压力等于零的线(面)，即浸润线，来代表地下水位，这也是土壤中水分流入观测井的必要条件。

Lisse现象即为，在强降雨条件下，观测井中水位快速上升，上升高度为湿润峰深度的若干倍，且水位衰退须持续几小时至几天不等，而此时地下水并未获得真正的补给。其内在原因为，雨水封闭了土体表面，湿润峰以下的气体受到压缩，导致非饱和区中孔隙气压力增加，由此井中水位受到压迫而上升。因此，不能准确地识别出Lisse现象，可能会过量估计地下水量，进而影响地下水的开采工作。

发明内容

为克服现有技术的不足，模拟分析降雨条件下，考虑Lisse现象的地下水位的波动情况。为此，本发明采取的技术方案是，考虑Lisse现象的浅层地下水位预测方法，包括如下步骤：

步骤一：建立非饱和土的水-气二相流模型，包括基本控制方程及本构关系，假定系统一直处于恒温状态，具体如下：

模型的基本控制方程为：

∂Mκ∂t=-divFκ+qκ---(1)]]>

式中，M^κ表示包括空气a和水w的κ组分的累积质量密度；F^κ为κ组分的平流流量；q^κ为κ组分的源汇项，t表示时间；

(1)累积质量密度M^κ表示β相中各组分κ的质量之和，其表达式为：

式中，β表示液相l或气相g，其中液相包括液态孔隙水及溶解的空气，气相包括干燥空气和水蒸气；为κ组分占β相的质量百分数；φ为孔隙率；S_β为β相的饱和度；ρ_β为β相的密度；

(2)平流流量F^κ的表达式为：

Fκ=ΣβXβκFβ---(3)]]>

式中，F_β为β相的平流流量，遵循达西定律，其表达式为：