一种用于地下水污染的评估系统及方法与流程

技术特征：
1.一种用于地下水污染的评估系统，包括数据采集模块、数值反演追踪模块和污染评估模块，其特征在于，所述数据采集模块用于将研究矿区的地质和水文地质条件以及采样井地下水监测数据传输给所述数值反演追踪模块，所述数值反演追踪模块根据采集的数据信息设定水文地质条件、计算流场边界以及边界已知条件，建立多相流数值模拟模型，所述数值反演追踪模块连接有污染评估模块；所述数值反演追踪模块的数值建模信息包括：初始条件：包括模拟区的初始压力分布、初始so
42-以及含水相以及初始so
42-的浓度，初始条件为：；；；式中：记为模拟区域的初始压力分布函数，记为已知的压力函数；记为地下水的初始饱和度，记为已知的地下水饱和度函数；记为地下水中so
42-的初始浓度函数，记为已知的so
42-初始浓度函数；边界条件：根据水文地质条件设定已知的流量边界和压力边界，根据矿区的暴雨强度及周边河流信息设定源汇项以及so
42-浓度边界，边界条件为：；；；；；
；；；式中：记为地下水中so
42-的浓度；记为地下水的实际平均流速，记为so
42-的饱和度，记为地下水中so
42-的弥散系数张量，n记为边界的法线方向，记为上部边界上的已知压力分布函数，记为左边界的已知压力函数，记为右边界的已知压力函数，记为上部边界so
42-的已知浓度函数，记为左边界的so
42-已知浓度函数，记为右边界的so
42-已知浓度函数；时间步长：根据采样井的采样时间间隔设定数值模拟的计算时间步长t，并选取需要模拟计算的计算时刻t=10t，11t，12t，13t，14t；多相流数值模拟计算偏微分方程：根据质量守恒定律建立多相流偏微分方程，多相流偏微分方程为：，；式中：s记为组成物质种类，s=1记为组成物质为水，s=2记为组成物质为so
42-，记为研究模拟区域地层的孔隙度，记为地下水中so
42-的总浓度，记为组成物质的密度，记为地下水中so
42-的浓度，记为地下水中so
42-的饱和度，记为地下水中so
42-的弥散系数张量；，；
式中：d记为so
42-在地下水中的分子扩散系数，记为地层的扭曲系数，记为克罗内克函数，和分别记为so
42-在地下水中的横向弥散度和纵向弥散度，记为so
42-的渗流速度，和分别表示so
42-在i方向和在j方向上的渗流分速度；，；式中：记为so
42-的相对渗透率，记为so
42-的固有渗透率，记为地下水的粘滞度，记为地下水的压力，g记为重力加速度，记为地下水的密度。2.根据权利要求1所述的一种用于地下水污染的评估系统，其特征在于：所述数据采集模块采集的矿区地质条件、水文地质条件以及地下水采样井实时监测数据包括：实际研究场地的三维区域边界：用于划定数值模拟计算流场的三维计算区域，根据实际的场地大小设定计算的空间步长l，并根据空间步长将实际研究场地的大小划分为的三维区域，式中al、bl和cl记为实际研究场地的长度、宽度和深度，并将计算区域内的坐标集合记为；待评估矿区地层性质和分类：用于设定数值计算潜水含水层的类型，并根据大部分的潜水含水层类型设定潜水含水层的性质和参数；地表类型：用于设定数值模拟计算的上部边界，根据场地的开阔性和雨水渗入特性将上部边界设定为水量交换边界，记为；底层地下水的边界岩层性质：用于设定数值模拟计算区域的底部边界性质和参数，根据底部微渗透的特性，将研究区域的底部边界设定为零通量边界，记为；研究矿区四周的地下水流量以及水压信息：设定计算区域的上、下边界和左、右边界类型及参数，设定模拟区域的上边界和下边界均为不透水的零通量边界，分别将上边界和下边界记为和，将左边界和右边界设定为已知压力的边界，并分别将左边界和右边界记为和；设定监测数据的取样时间间隔：作为数值模拟计算的监测时刻划分依据；采样井信息：用于在数值模拟计算中对采样井编号并实施数值计算；采样井水质信息中的so
42-浓度：通过采样的方式从待求的污染源位置so
42-浓度范围中抽取300组数据代入多相流数值模拟模型，并对其进行反演，取100组接近取样井so
42-浓度
的数据进行核对，取准确度达到提前设定要求的数据进行统计计算。3.根据权利要求1所述的一种用于地下水污染的评估系统，其特征在于：所述数值反演追踪模块上设有显示屏，所述显示屏用于显示数值模拟计算结果，并将计算结果显示在矿区三维地图上，标定可信度最高的串层污染井三维坐标，同时显示此处so
42-的浓度。4.根据权利要求1所述的一种用于地下水污染的评估系统，其特征在于：所述污染评估模块对所述数值反演追踪模块的计算结果可信度进行评估，所述可信度计算公式为：；式中：记为数据可信度，记为通过数值计算所得的so
42-浓度，记为实际取样所得so
42-浓度。5.根据权利要求1所述的一种用于地下水污染的评估系统，其特征在于：用于地下水污染的评估系统通过数值模拟技术反演追踪闭坑煤矿区地下水污染源的方法如下：步骤一：数据采集模块采集采样井地下水水质和水位信息、矿区的地质条件和水文地质条件以及串层污染井的范围，并将数据传输给数值反演追踪模块；步骤二：数值反演追踪模块对研究的区域进行网格划分，对串层污染井范围内局部加密，数值反演追踪模块根据数据采集模块提供的数据，基于so
42-的扩散建立多相流数值模拟模型，根据数据采集模块提供的数据设定数值模拟初始条件、边界条件，圈定串层污染井的范围，求解污染源的三维坐标；步骤三：根据数值模拟技术得到三维坐标，在坐标位置打孔取样，验证污染源位置的地下水样本中so
42-的浓度是否与数值模拟计算得到的计算浓度接近；步骤四：在不同的串层污染井采用同样的方法进行数值模拟，收集数值模拟结果和采样结果；步骤五：对数值模拟的计算结果可信度进行分析，利用数值模拟计算得出so
42-浓度减去实际采样地下水中so
42-浓度的绝对值，除以实际采样地下水中so
42-的浓度，得到的百分比作为可信度评估的依据，所得到的百分比数值大于80%的记为可信样本组，并对可信样本组对应的串层污染井进行有效封堵或者投放药剂进行治理。

技术总结
本发明涉及预测评估的数据处理领域，具体公开了一种用于地下水污染的评估系统及方法，包括数据采集模块、数值反演追踪模块和污染评估模块。本发明通过数据采集模块的设置能够采集闭坑煤矿区域的地质条件信息和水文地质条件信息，使用SO


技术研发人员：张立川 王超 邹晔 秦志强 陈洪年 张宇飞 薛良方 朱世芳 张梅
受保护的技术使用者：山东省鲁南地质工程勘察院（山东省地质矿产勘查开发局第二地质大队）
技术研发日：2022.10.14
技术公布日：2022/11/11