[发明专利]一种感潮地区地下水压预测方法及系统

说明书

本发明涉及一种感潮地区地下水压预测方法及系统，该方法包括如下步骤：S1：基于感潮地区的含水层系统，建立潮汐响应地下水控制方程，推导控制方程的完整基底及满足控制方程的近似解；S2：采用时空坐标系统建立感潮地区地下水模型，分别将空间坐标轴与时间坐标轴离散；S3：使离散的时间边界点、空间边界点分别满足给定的边界值、初始值，将边界值、初始值分别代入控制方程的近似解，建立线性方程组并表示为矩阵运算形式；S4：求解待定系数；S5：将时空坐标系统内任意点代入近似解，计算出感潮地区内任意点的水头值，实现对感潮地区地下水压的预测。该方法及系统有利于快速、高效、准确地预测感潮地区地下水压。

技术领域

本发明属于地下水压感测技术领域，具体涉及一种感潮地区地下水压预测方法及系统。

背景技术

水资源是人类生存和发展的根本，更是举足轻重的能源中枢，它与生态系统的平衡和稳定息息相关，在确保人类生命延续的同时，对社会可持续发展也具有不可估量的重要意义。地下水是全球水资源中少有的能够为人类所利用的水资源，是我国居民生活、工业生产、农业灌溉用水的主要供水来源，特别是沿海地区的地下水资源占据着大部分比例。

感潮地区是陆地淡水与海水相互交汇的区域，由于常年受到地质作用与潮汐涨落影响，该区域地下水位会伴随潮汐波动而产生相应的起伏，即地下水潮汐效应。地下水潮汐效应不但会逐渐改变岸滩结构，而且与含水层、海水之间的水量交换和物质转移存在密切联系。因此，感潮地区的生态环境与地下水具有密不可分的关系，尤其与不合理开采地下水资源具有直接干系。随着工程建设的日渐发展，地下水位与水质早已因为水循环失调与地下水不均衡而产生诸多变化，感潮地区渐渐出现地下水位下降、地面下沉、海水入侵、地下水质污染等诸多环境地质问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种感潮地区地下水压预测方法及系统，该方法及系统有利于快速、高效、准确地预测感潮地区地下水压。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种感潮地区地下水压预测方法，包括如下步骤：

S1：基于感潮地区的含水层系统，建立潮汐响应地下水控制方程，推导控制方程的完整Trefftz基底及满足控制方程的近似解；

S2：采用时空坐标系统建立感潮地区地下水模型，分别将空间坐标轴与时间坐标轴离散为n₁个点、n₂个点；

S3：使离散的时间边界点、空间边界点分别满足给定的边界值、初始值，将边界值、初始值分别代入控制方程的近似解，建立线性方程组并表示为Aλ＝B的矩阵运算形式；

S4：求解待定系数λ；

S5：将时空坐标系统内任意点代入近似解，由Β＝Αλ计算出感潮地区内任意点的水头值h(x_i,t_j)，实现对感潮地区地下水压的预测。

进一步地，所述步骤S1中，感潮地区的含水层系统包括自由含水层和越流含水层，假设感潮地区的自由含水层不受潮汐波动的影响，地下水位与平均海平面水位相同，且以平均海平面作为含水层系统的基准面，则该含水层系统对应的潮汐响应地下水控制方程如下：

0≤x≤L_n，0≤t≤t_max

其中，x为离岸距离，t为预测时间，h为地下水总水压，T为导水系数，L为越流系数，S为储水系数，L_n为离岸距离，t_max为最终历时。

进一步地，所述步骤S1中，通过分离变量法推导出一组满足潮汐响应地下水控制方程的完整Trefftz基底函数，通过基底函数的线性叠加组合表示控制方程的近似解。