有效
地表水和地下水模拟耦合方法、装置、计算机设备、可读存储介质和程序产品
龙笛、崔英杰、胥元程
清华大学
摘要
本申请涉及一种地表水和地下水模拟耦合方法、装置、计算机设备、可读存储介质和程序产品。所述方法包括:在地表水模拟模型中,基于目标区域的环境数据确定目标水量分配参数;在地下水模拟模型中,基于有限差分模拟算法、目标水量分配参数,确定地下水流动函数,以及基于地下水流动函数确定地下水水头;并基于地下水水头确定目标地下水排泄量;在地表水模拟模型中,基于预设流体动力学算法、目标地下水排泄量,确定目标区域对应的汇流参数,汇流参数表征地表水和地下水的相互影响程度。采用本方法能够提升地表水以及地下水的耦合精度。
1.一种地表水和地下水模拟耦合方法,其特征在于,所述方法包括:在地表水模拟模型中,基于目标区域的环境数据确定目标水量分配参数;在地下水模拟模型中,基于有限差分模拟算法、所述目标水量分配参数,确定地下水流动函数,以及基于所述地下水流动函数确定地下水水头;并基于所述地下水水头确定目标地下水排泄量;在所述地表水模拟模型中,基于预设流体动力学算法、所述目标地下水排泄量,确定所述目标区域对应的汇流参数,所述汇流参数表征所述地表水和所述地下水的相互影响程度;其中,所述方法还包括:基于所述环境数据和初始模型参数,确定初始地表水模拟模型和初始地下水模拟模型;在第一空间分辨率对应的所述初始地表水模拟模型和所述初始地下水模拟模型中,基于预设率定算法对所述初始模型参数进行率定,得到第一模型参数;在第二空间分辨率对应的所述初始地表水模拟模型和所述初始地下水模拟模型中,基于所述预设率定算法对所述第一模型参数进行率定,得到第二模型参数;基于所述第二模型参数对所述初始地表水模拟模型和所述初始地下水模拟模型进行优化,得到所述地表水模拟模型和所述地下水模拟模型。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述环境数据至少包括:总需水量、土壤非饱和导水率、土壤含水量和土壤残余含水量,所述在地表水模拟模型中,基于环境数据确定目标水量分配参数,包括:在地表水模拟模型中,按照人口密度分布策略,将所述总需水量进行划分,得到需水量;将所述土壤非饱和导水率与单位时长的乘积值,确定为土壤中的水分传输量;将所述土壤含水量和所述土壤残余含水量的差值,确定为土壤有效利用含水量;确定所述水分传输量和所述土壤有效利用含水量的最小值,并将所述最小值与地下含水层的非饱和度的面积占比的乘积确定为深层渗漏量;基于植被冠层截留后到达土壤表层的水量和土壤相对饱和度的乘积值,确定优先流,并确定所述深层渗漏量和所述优先流为下渗量;将所述需水量和所述下渗量确定为初始水量分配参数,并基于所述初始水量分配参数确定所述目标水量分配参数。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述基于所述地下水水头确定目标地下水排泄量,包括:如果所述地下水水头高于所述目标区域对应的土壤下边界的空间范围,则确定所述地下水水头与所述土壤下边界的空间范围的差值,将所述差值与地下水含水层的导水率的乘积值确定为地下水的排泄总水量;将所述排泄总水量与所述目标区域对应的水域面积所占的比例的乘积确定为从地下水向地表水补给产生的基流,将所述排泄总水量与所述基流的差值确定为毛细上升量;将所述基流和所述毛细上升量确定为初始地下水排泄量,并基于所述初始地下水排泄量确定目标地下水排泄量。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述目标区域包括基于第一网格划分尺度进行划分得到的多个第一网格,以及基于第二网格划分尺度进行划分得到的多个第二网格;所述基于所述初始水量分配参数确定目标水量分配参数,包括:针对所述地下水模拟模型中的各所述第二网格,确定所述第二网格对应的所述地表水模拟模型中的各第一网格;确定所述第二网格与对应的各所述第一网格的第一重叠面积,将所述第一重叠面积和所述第一网格中的初始水量分配参数的乘积值进行加权求和,得到第一加权求和值;将所述第一加权求和值与所述第二网格的面积的比值确定为所述第二网格的目标水量分配值。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述基于所述初始地下水排泄量确定目标地下水排泄量,包括:针对所述地表水模拟模型中的各所述第一网格,确定所述第一网格对应的所述地下水模拟模型中的各所述第二网格;确定所述第一网格与对应的各所述第二网格的第二重叠面积,将所述第二重叠面积和所述第二网格中的初始地下水排泄量的乘积值进行加权求和,得到第二加权求和值;将所述第二加权求和值与所述第一网格的面积的比值确定为所述第一网格的目标地下水排泄量。
6.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述在所述地表水模拟模型中,基于预设流体动力学算法、所述目标地下水排泄量,确定汇流参数,包括:在所述地表水模拟模型中,将地表水的流量和地表水的坐标变化值的比值确定为所述地表水的流量变化率,将地表水的横截面积与单位时长的比值确定为所述地表水的横截面变化率;基于所述流量变化率、所述横截面变化率以及所述毛细上升量和所述基流,确定汇流参数。
7.一种地表水和地下水模拟耦合装置,其特征在于,所述装置包括:第一确定模块,用于在地表水模拟模型中,基于目标区域的环境数据确定目标水量分配参数;第二确定模块,用于在地下水模拟模型中,基于有限差分模拟算法、所述目标水量分配参数,确定地下水流动函数,以及基于所述地下水流动函数确定地下水水头;并基于所述地下水水头确定目标地下水排泄量;第三确定模块,用于在所述地表水模拟模型中,基于预设流体动力学算法、所述目标地下水排泄量,确定所述目标区域对应的汇流参数,所述汇流参数表征所述地表水和所述地下水的相互影响程度;其中,所述第三确定模块,还用于基于所述环境数据和初始模型参数,确定初始地表水模拟模型和初始地下水模拟模型;在第一空间分辨率对应的所述初始地表水模拟模型和所述初始地下水模拟模型中,基于预设率定算法对所述初始模型参数进行率定,得到第一模型参数;在第二空间分辨率对应的所述初始地表水模拟模型和所述初始地下水模拟模型中,基于所述预设率定算法对所述第一模型参数进行率定,得到第二模型参数;基于所述第二模型参数对所述初始地表水模拟模型和所述初始地下水模拟模型进行优化,得到所述地表水模拟模型和所述地下水模拟模型。
8.一种计算机设备,包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
9.一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器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机程序产品,包括计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。



