一种水文地质参数估计方法、装置、设备和存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术适用水文地质参数计算技术领域，提供了一种水文地质参数估计方法、装置、设备和存储介质，通过对已有的地下水位观测资料进行频谱分析，并结合水文地质参数建立近河含水层水位对补给源响应的传递函数理论模型，由含水层水位响应的传递函数理论模型对监测到的实测水位响应频谱特征拟合配线获得含水层水文地质参数，本发明专利技术方法解决了现场试验方法存在人为干扰和成本较高无法实现连续监测的问题，同时避免了观测场地环境因素的限制，充分利用已有资料即可实现对近河含水层水文地质参数的估算，且本发明专利技术操作简单，易于实际应用，为近河含水层水文地质参数的确定提供了一种新的方法和思路。方法和思路。方法和思路。

【技术实现步骤摘要】
一种水文地质参数估计方法、装置、设备和存储介质


[0001]本专利技术属于水文地质参数计算
，尤其涉及一种水文地质参数估计方法、装置、设备和存储介质。

技术介绍

[0002]水文地质参数是表征含水层渗透性及储水性能的关键指标。含水层的响应时间及河床渗透性指数是定量评价流域尺度地下水流的重要参数，其中，L为分水岭至河流的平均长度，D为含水层水力扩散系数，K为含水层渗透系数，K
’
为河床渗透系数，b
’
为河床厚度。正确估计这两个水文地质参数是地下水资源评价及地下水环境保护的重要基础。
[0003]水文地质参数估计方法通常包括：查阅图表、土壤颗粒分析、室内砂柱试验、野外抽水试验、数值模型反演等。这些方法均各有利弊，其中，抽水试验方法是最常用且有效的水文地质参数估计方法，但是存在成本高、估计的参数仅限于较小的场地尺度等问题，不适用于流域尺度水文地质参数估计。数值模型反演方法可用于流域尺度水文的参数的估计，但是该方法需要详细的水文地质资料，如建立数值模型需要掌握含水层分布、岩性、边界条件、源汇项等，且数值模型反演需要高昂的计算成本。随着水位自动监测技术进步及相应监测设备的发展，监测地下水位变得成本低廉且数据丰富，具有长时间序列高频率的监测数据可用使用。这些监测的地下水位数据隐含着含水层的渗透性及储水性的重要信息。采用功率谱的时间序列分析方法可以挖掘出长时间序列的地下水位数据所包含的信息，可用于水文地质参数估计。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种水文地质参数估计方法、装置、设备和存储介质，旨通过采用功率谱的时间序列分析方法挖掘出长时间序列的地下水位数据所包含的信息用于水文地质参数估计。
[0005]一方面，本专利技术提供了一种水文地质参数估计方法，所述方法包括以下步骤：
[0006]收集待求解水文参数的河岸带近河含水层的水文地质资料，包括地质信息、观测井的施工信息及其水位观测信息；
[0007]对所述水文地质资料进行预处理，所述预处理包括无量纲化和去趋势化，求解不同的所述观测井的水位波动的功率谱密度；
[0008]根据两口距河流不同位置的所述观测井的水位波动功率谱密度的比值确定传递函数之比；
[0009]根据基于实际地质情况预设的理论模型推导水位振幅在频域的解析解，并确定传递函数解析解，进而确定对应两口所述观测井的井位的不同目标参数对应的传递函数之比；
[0010]将对应两口所述观测井的井位的不同目标参数对应的传递函数之比与两口所述观测井的实测数据的功率谱密度函数比值曲线进行配线，选取最接近的理论曲线对应的参数作为估算结果，进而确定含水层的响应时间及河床渗透性指数。
[0011]进一步地，水文地质资料包括分水岭距河流的距离L、水位观测孔的水位观测数据h、各水位观测孔距离河岸的距离x，观测井的数量不少于两个，观测时间不少于1年。
[0012]进一步地，去趋势化处理包括使用原始数据减去其线性趋势，计算公式为：y
t
＝y
‑
y
m
，式中：y
t
为波动项，y为剔除异常值后的原始数据，y
m
为线性趋势项。
[0013]进一步地，所述水位波动的功率谱密度为单位频率的水位波动的功率谱，采用傅里叶变换的方法计算水位波动的功率谱，即水位波动的功率谱为其傅里叶变换的模的平方。
[0014]进一步地，所述理论模型为一维空间模型，所述一维空间模型包括一个边界为低渗透性河床，其补给源随时间变化，左边界河水位为固定水头，且需满足以下假设条件：
[0015]取水平右方向为正方向，且零点位于河岸带向下延伸与隔水界面的交点；
[0016]河岸带是均质各向同性的，且河床渗透系数K
’
、不随时间变化；
[0017]初始时刻饱和与非饱和带中的水位均为0；
[0018]非承压含水层中的水流运动为一维水平流；
[0019]非承压含水层为均值各向同性，渗透系数K不随时间变化；
[0020]河水位的波动不予考虑，视河水位始终为0。
[0021]进一步地，所述对应两口所述观测井的井位的不同目标参数对应的传递函数之比为：
[0022][0023]式(18)中，TF1
h1R
和TF2
h2R
分别为两口所述观测井处地下水位的传递函数，S
h1h1
和S
h2h2
分别为两口所述观测井处地下水位的功率谱。
[0024]进一步地，与实测数据的功率谱密度函数比值曲线进行配线，选取最接近的理论曲线对应的参数作为估算结果的具体实现方式如下：
[0025]在ω
D
＝2πft0的设定条件下，将公式(18)转换为：
[0026][0027]传递函数TF(t0,f,α)中的频率f即为实测数据的时间频率f。
[0028]另一方面，本专利技术提供了一种水文地质参数估计装置，所述装置包括：
[0029]实测数据获取模块，用于收集待求解水文参数的河岸带近河含水层的水文地质资料，包括地质信息、观测井的施工信息及其水位观测信息；
[0030]实测数据处理模块，用于对所述水文地质资料进行预处理，求解不同的所述观测井的水位波动的功率谱密度；
[0031]实测数据计算模块，用于根据两口距河流不同位置的所述观测井的水位波动功率谱密度的比值确定传递函数之比；
[0032]理论模型计算模块，用于根据基于实际地质情况预设的理论模型，推导水位振幅在频域的解析解，并确定转化函数解析解，进而确定对应两口所述观测井的井位的不同目
标参数对应的传递函数之比；
[0033]配线及估算模块，用于通过做出两个观测井井位对应的不同目标参数传递函数之比，与实测数据的功率谱密度函数比值曲线进行配线，选取最接近的理论曲线对应的参数作为估算结果，确定含水层的响应时间及河床渗透性指数。
[0034]另一方面，本专利技术还提供了一种水文地质参数估计设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现水文地质参数估计方法中所述的步骤。
[0035]另一方面，本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现水文地质参数估计方法中所述的步骤。
[0036]本专利技术的有益效果：
[0037](1)本专利技术基于谱分析和传递函数的原理，依据已有的水文地质观测数据，推导出近河含水层系统的水位对于补给的响应关系，即传递函数——并与实测数据的功率谱密度比值曲线进行配线，利用最优拟合配线确定对应的河岸带含水层水文地质参数，将实测结果与理论结果相联系，充分挖掘了已有数据的利用价值。
[0038](2)本专利技术不需再进行现场试验，建立理论模型后即可根据理论推导和数据拟合获得水文本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水文地质参数估计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：收集待求解水文参数的河岸带近河含水层的水文地质资料，包括地质信息、观测井的施工信息及其水位观测信息；对所述水文地质资料进行预处理，所述预处理包括无量纲化和去趋势化，求解不同的所述观测井的水位波动的功率谱密度；根据两口距河流不同位置的所述观测井的水位波动功率谱密度的比值确定传递函数之比；根据基于实际地质情况预设的理论模型推导水位振幅在频域的解析解，并确定传递函数解析解，进而确定对应两口所述观测井的井位的不同目标参数对应的传递函数之比；将对应两口所述观测井的井位的不同目标参数对应的传递函数之比与两口所述观测井的实测数据的功率谱密度函数比值曲线进行配线，选取最接近的理论曲线对应的参数作为估算结果，进而确定含水层的响应时间及河床渗透性指数。2.根据权利要求1所述的水文地质参数估计方法，其特征在于，所述地质信息包括分水岭距河流的距离，所述观测井的施工信息包括观测井距离河岸的距离。3.根据权利要求2所述的水文地质参数估计方法，其特征在于，所述去趋势化处理包括使用原始数据减去其线性趋势。4.根据权利要求3所述的水文地质参数估计方法，其特征在于，所述水位波动的功率谱密度为单位频率的水位波动的功率谱，采用傅里叶变换的方法计算水位波动的功率谱，即水位波动的功率谱为其傅里叶变换的模的平方。5.根据权利要求1所述的水文地质参数估计方法，其特征在于，所述理论模型为一维空间模型，所述一维空间模型包括一个边界为低渗透性河床，其补给源随时间变化，左边界河水位为固定水头，且需满足以下假设条件：取水平右方向为正方向，且零点位于河岸带向下延伸与隔水界面的交点；河岸带是均质各向同性的，且河床渗透系数K
’
、不随时间变化；初始时刻饱和与非饱和带中的水位均为0；非承压含水层中的水流运动为一维水平流；非承压含水层为均值各向同性，渗透系数K不随时间变化；河水位的波动不予考虑，视河水位始终为0。6.根据权利要求5所述的水文地质参数估计方法，其特征在于，所述对应两口...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁修雨，孟祥帅，马恩泽，张将伟，周韵秋，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：