地下水流数值的预测方法、装置、服务器和存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术实施例涉及一种地下水流数值的预测方法、装置、服务器和存储介质。该地下水流数值的预测方法包括：对饱和‑非饱和第一地下水流模型的第一方向和第二方向采用有限元法处理，以得到第二地下水流模型；对所述第二地下水流模型的第三方向采用有限差分法处理，以得到第三地下水流模型；矩阵化所述第三地下水流模型以生成第四地下水流模型；迭代求解所述第四地下水流模型，以预测不同时间的地下水流数值。本发明专利技术实施例所提供的技术方案，实现对地下水流的精准预测。

【技术实现步骤摘要】
地下水流数值的预测方法、装置、服务器和存储介质
本专利技术实施例涉及数据处理
，尤其涉及一种地下水流数值的预测方法、装置、服务器和存储介质。
技术介绍
理解地下水的水流运动对地下水资源的管理具有重要意义。非饱和带是沟通地下水与地表水的桥梁。降雨、河流和湖泊等对地下水的补给首先穿越非饱和带，其过程涉及到入渗、蒸发和渗流等。因此，用单独的非饱和带和地下水的饱和带模型不能准确的刻画这个过程，有必要耦合饱和-非饱和带来研究地下水的水流运动。目前，主要用Richards方程来描述饱和-非饱和地下水流模型。Richards方程是一个非线性偏微分方程，难以得到解析解，主要以数值方法为主要手段对其进行求解。目前常用的数值离散方法有：有限元法(FEM)和有限差分法(FDM)等。有限元是一种为求解偏微分方程边值问题近似解的数值技术，它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的)近似解，然后推导求解这个域总的满足条件，从而得到问题的解。有限差分是将求解域划分为差分网格，用有限个网格节点代替连续的求解域，把地下水流模型中的导数用网格节点上的函数值的差商代替进行离散，从而建立以网格节点上的值为未知数的代数方程组。其中有限元法精度高且处理边界灵活，但是占用内存高。有限差分法简单灵活，但是难以处理复杂的边界条件。饱和-非饱和数值模型发展面临的主要问题是该系统是高度非线性的，其计算结果难以收敛，特别是大尺度的模型中，水平方向和数值方向的尺度的差异性加大了收敛的难度。因此，开发饱和-非饱和地下水计算模型一直以来都具有重要的实用意义。专利技术内容本专利技术实施例提供一种地下水流数值的预测方法、装置、服务器和存储介质，实现将有限元法边界灵活性强、精度高等优点与有限差分法简单灵活等优点结合起来，提高地下水流数值预测的准确度。第一方面，本专利技术实施例提供了一种地下水流数值的预测方法，该方法包括：对饱和-非饱和第一地下水流模型的第一方向和第二方向采用有限元法处理，以得到第二地下水流模型；对所述第二地下水流模型的第三方向采用有限差分法处理，以得到第三地下水流模型；矩阵化所述第三地下水流模型以生成第四地下水流模型；迭代求解所述第四地下水流模型，以预测不同时间的地下水流数值。第二方面，本专利技术实施例还提供一种地下水流数值的预测装置，该装置包括：有限元法处理模块，用于对饱和-非饱和第一地下水流模型的第一方向和第二方向采用有限元法处理，以得到第二地下水流模型；有限差分法处理模块，用于对所述第二地下水流模型的第三方向采用有限差分法处理，以得到第三地下水流模型；模型简化模块，用于矩阵化所述第三地下水流模型以生成第四地下水流模型；迭代求解模块，用于迭代求解所述第四地下水流模型，以预测不同时间的地下水流数值。第三方面，本专利技术实施例还提供一种服务器，包括存储器、处理装置及存储在存储器上并可在处理装置上运行的计算机程序，所述处理装置执行所述计算机程序时实现本专利技术第一方面实施例所提供的地下水流数值的预测方法。第四方面，本专利技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理装置执行时实现本专利技术第一方面实施例所提供的地下水流数值的预测方法。与现有技术相比，本专利技术实施例通过提供一种地下水流数值的预测方法、装置、服务器和存储介质，对饱和-非饱和第一地下水流模型的第一方向和第二方向采用有限元法处理，以得到第二地下水流模型，对所述第二地下水流模型的第三方向采用有限差分法处理，以得到第三地下水流模型，矩阵化所述第三地下水流模型以生成第四地下水流模型，迭代求解所述第四地下水流模型，以预测不同时间的地下水流数值。解决了现有的单独采用有限元法或有限差分法对饱和-非饱和地下水流模型进行地下水流预测，容易出现预测不精准的技术问题。本专利技术实施例结合有限元法和有限差分法的优点，实现对地下水流的精准预测。附图说明图1为本专利技术第一实施例提供的地下水流数值的预测方法的流程示意图；图2为本专利技术饱和-非饱和第一地下水流模型的网格划分示意图；图3为本专利技术输入文件1的格式示意图；图4为本专利技术输入文件2的格式示意图；图5为本专利技术提供的地下水流数值的预测装置的模块结构示意图；图6为本专利技术提供的服务器的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各步骤描述成顺序的处理，但是其中的许多步骤可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各步骤的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。此外，术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种方向、动作、步骤或元件等，但这些方向、动作、步骤或元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个方向、动作、步骤或元件与另一个方向、动作、步骤或元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一速度差值称为第二速度差值，且类似地，可将第二速度差值称为第一速度差值。第一速度差值和第二速度差值两者都是速度差值，但其不是同一速度差值。术语“第一”、“第二”等不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。请参阅图1，本专利技术第一实施例提供了一种地下水流数值的预测方法，该地下水流数值的预测方法可由地下水流数值的预测装置来执行，该装置可通过硬件和/或软件的方式来实现，并通常集成于服务器中，例如支撑某应用软件的业务平台服务器中，用于预测地下水流数值。该地下水流数值的预测方法包括：S110：对饱和-非饱和第一地下水流模型的第一方向和第二方向采用有限元法处理，以得到第二地下水流模型；本专利技术中，饱和-非饱和第一地下水流模型指的是现有的饱和-非饱和地下水流模型，目前，主要用Richards方程来描述饱和-非饱和地下水流模型，Richards方程是一个非线性偏微分方程。饱和-非饱和第一地下水流模型对应的控制Richards方程如下：上述(1)式中，Kx，Ky，Kz分别为饱和-非饱和第一地下水流模型中x，y，z轴方向的水力传导系数；w为源汇项；C为容水度；Se为饱和度；S为储水系数；H为总水头值，用如下(2)式表示：H＝h+z(2)上述(2)式中，h为压力水头值，z为位置水头值。本专利技术对饱和-非饱和第一地下水流模型采用网格划分法，参见图2，该网格划分法是将地层竖直方向划分为不同水平层，每个水平层再划分为不同单元，单元由节点构成，如图2所示，竖直方向共划分为11个水平层，e为第一层的一个单元，由节点i，j，m构成。根据该网格划分法，第一方向和第二方向分别表示饱和-非饱和第一地下水流模型对应的三维建模中X轴方向和Y轴方向，也称之为水平方向；第三方向表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地下水流数值的预测方法，其特征在于，包括：对饱和‑非饱和第一地下水流模型的第一方向和第二方向采用有限元法处理，以得到第二地下水流模型；对所述第二地下水流模型的第三方向采用有限差分法处理，以得到第三地下水流模型；矩阵化所述第三地下水流模型以生成第四地下水流模型；迭代求解所述第四地下水流模型，以预测不同时间的地下水流数值。

【技术特征摘要】
1.一种地下水流数值的预测方法，其特征在于，包括：对饱和-非饱和第一地下水流模型的第一方向和第二方向采用有限元法处理，以得到第二地下水流模型；对所述第二地下水流模型的第三方向采用有限差分法处理，以得到第三地下水流模型；矩阵化所述第三地下水流模型以生成第四地下水流模型；迭代求解所述第四地下水流模型，以预测不同时间的地下水流数值。2.根据权利要求1所述的地下水流数值的预测方法，其特征在于，所述第一方向、第二方向和第三方向分别为地下水流模型中的X轴方向、Y轴方向和Z轴方向。3.根据权利要求1所述的地下水流数值的预测方法，其特征在于，所述对饱和-非饱和第一地下水流模型的第一方向和第二方向采用有限元法处理，以得到第二地下水流模型，包括：对饱和-非饱和第一地下水流模型的第一方向和第二方向进行有限元离散，以得到第一离散模型；构建所述第一方向和第二方向的水平矩阵；根据所述水平矩阵和第一离散模型，得到所述第二地下水流模型。4.根据权利要求3所述的地下水流数值的预测方法，其特征在于，所述构建所述第一方向和第二方向的水平矩阵，包括：获取所述饱和-非饱和第一地下水流模型的基本信息；根据所述基本信息构建所述饱和-非饱和第一地下水流模型第一方向和第二方向的单元水平矩阵；根据所述单元水平矩阵构建所述水平矩阵。5.根据权利要求4所述的地下水流数值的预测方法，其特征在于，所述对所述第二地下水流模型的第三方向采用有限差分法处理，以得到第三地下水流模型，包括：对所述第二地下水流模型的第三方向进行有限差分离散，以得到第二离散模型；根据所述水平矩阵构建第三方向矩阵；根据所述第三方向矩阵和第二离散模型，得到所述第三地下水流模型。6.根据权利要求5所述的地下水流数值的预测方法，其特征在于，所述迭...

【专利技术属性】
技术研发人员：高玉龙，易树平，郑春苗，胡文华，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东,44