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原文传递基于区域地下水流场方向的水质类别评价方法

专利名称：	基于区域地下水流场方向的水质类别评价方法
摘要：	本发明提供一种基于区域地下水流场方向的水质类别评价方法，包括：确定需要进行水质类别评价的研究区域；进行格网化；对数据集M(n2)进行处理，使符合正态分布；计算每一个未知采样点的水质监测参数估计值；对研究区域进行单指标水质类别评价和多指标水质类别综合评价。在插值计算未知采样点的水质监测参数时，不仅考虑已知采样点对未知采样点的距离影响因素，还同时考虑了地下水流场方向对地下水溶质运移的影响，使用增加了各向异性角度θ参数的半变异函数模型反映地下水溶质在空间上的变化情况，从而可更精确的反映地下水溶质在空间上的分布规律，为地下水资源评价和开发利用提供方法和依据。
专利类型：	发明专利
申请人：	水利部信息中心
发明人：	孙峰;金喜来;章树安;孙龙;赵雪纯;姜付仁;张淑娜
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T23:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T08:00:00+0805
申请号：	CN201911335040.0
公开号：	CN111122813A
代理机构：	北京市盛峰律师事务所
代理人：	席小东
分类号：	G01N33/18;G;G01;G01N;G01N33;G01N33/18
申请人地址：	100053 北京市西城区宣武区白广路二条1号
主权项：	1.一种基于区域地下水流场方向的水质类别评价方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定需要进行水质类别评价的研究区域，对所述研究区域进行格网化处理，形成r×d＝n1个网格；其中，r为网格的行数；d为网格的列数；n1为网格的总数量；确定待研究的至少一种水质监测参数；对于每种水质监测参数，均执行步骤2-步骤6；步骤2，对于格网化的研究区域，确定n2个已知采样点以及n3个未知采样点；其中，n2+n3＝n1；所述已知采样点是指已测量到对应的水质监测参数实测值的采样点；所述未知采样点是指水质监测参数值待求解计算的采样点；所述已知采样点和所述未知采样点均具有位置坐标；步骤3，n2个已知采样点的水质监测参数实测值组成数据集M(n2)；判断数据集M(n2)是否符合正态分布，如果不符合，则执行步骤4；如果符合，则执行步骤5；步骤4，对数据集M(n2)进行数据变换，使其符合正态分布，然后执行步骤5；步骤5，对于每一个未知采样点x0，均采用以下方法得到其水质监测参数估计值Z(x0)：步骤5.1，所述研究区域的实际地下水流场方向为θ0；实际地下水流场方向θ0的垂直方向为θ1；步骤5.2，对于方向θi，i为0或1，构建得到θi参数的半变异函数模型：其中： h为步长； N(h)为：n2个已知采样点中，间隔为h并且连线方向为θi的已知采样点数据对的个数； Z(ui)和Z(ui+h,θi)分别为：θi方向间隔为h的已知采样点ui和已知采样点ui+h的水质监测参数实测值； γ(h,θi)为：θi方向，步长h对应的半变异函数值；步骤5.3，对于n2个已知采样点，当步长h依次按设定规则选取h1,h2,…,hf时,其中,f为步长选取的总数量，按照公式1，分别计算得到半变异函数值γ(h1,θi),γ(h2,θi),…,γ(hf,θi)；步骤5.4，因此，当方向θi等于实际地下水流场方向θ0时，得到与步长h1,h2,…,hf分别对应的半变异函数值γ(h1,θ0),γ(h2,θ0),…,γ(hf,θ0)；然后，以步长h为横坐标，以半变异函数值γ为纵坐标，将f个步长与半变异函数值间的离散点表示于坐标系；再采用半变异函数数学模型对离散点进行曲线拟合，得到与实际地下水流场方向θ0对应的地下水流场方向半变异函数拟合曲线；当方向θi等于实际地下水流场方向θ0的垂直方向θ1时，得到与步长h1,h2,…,hf分别对应的半变异函数值γ(h1,θ1),γ(h2,θ1),…,γ(hf,θ1)；然后，以步长h为横坐标，以半变异函数值γ为纵坐标，将f个步长与半变异函数值间的离散点表示于坐标系；再采用半变异函数数学模型对离散点进行曲线拟合，得到与实际地下水流场方向θ0的垂直方向θ1对应的地下水流场垂直方向半变异函数拟合曲线；步骤5.5，对所述地下水流场方向半变异函数拟合曲线进行分析，得到块金值c0、基台值c以及第一变程as1；对所述地下水流场垂直方向半变异函数拟合曲线进行分析，得到第二变程as2；步骤5.6，以第一变程as1为椭圆长轴，以第二变程as2为椭圆短轴，则得到的椭圆方程为半变异函数变程as和任意方向θ之间的关系式：步骤5.7，当半变异函数数学模型采用球形拟合模型时，将公式2代入球形拟合模型，得到考虑各项异性角度的半变异函数拟合方程为：其中，L为采样点之间的距离；步骤5.8，对于未知采样点x0，以未知采样点x0的位置为中心，以第一变程as1为搜索半径，从而确定搜索范围；假设搜索范围内包含已知采样点的个数为m个，依次表示为：已知采样点p1,已知采样点p2,…,已知采样点pm；步骤5.9，根据公式3计算γjk的值，其中，γjk代表已知采样点pj和已知采样点pk之间的半变异函数值；j＝1,2,...,m；k＝1,2,...,m；γjk的计算方式为： 1)根据已知采样点pj和已知采样点pk的位置坐标，得到已知采样点pj和已知采样点pk连线的方向θjk；将方向θjk作为公式2的θ值代入公式2，从而得到as(θjk)的值； 2)计算已知采样点pj和已知采样点pk之间的距离Ljk； 3)如果Ljk等于0，则γjk等于c0；如果Ljk≤as(θjk)，则γjk等于如果Ljk＞as(θjk)，则γjk等于c；步骤5.10，根据公式3计算γj0的值，其中，γj0代表已知采样点pj和未知采样点x0之间的半变异函数值；j＝1,2,...,m；γj0的计算方式为： 1)根据已知采样点pj和未知采样点x0的位置坐标，得到已知采样点pj和未知采样点x0连线的方向θj0；将方向θj0作为公式2的θ值代入公式2，从而得到as(θj0)的值； 2)计算已知采样点pj和未知采样点x0之间的距离Lj0； 3)如果Lj0等于0，则γj0等于c0；如果Lj0≤as(θj0)，则γj0等于如果Lj0＞as(θj0)，则γj0等于c；步骤5.11，将γjk、γj0代入公式4，根据公式4求解得到λ1,λ2,...,λm：其中： λ1：已知采样点p1对未知采样点x0影响的权重系数； λ2：已知采样点p2对未知采样点x0影响的权重系数；依此类推 λm：已知采样点pm对未知采样点x0影响的权重系数； μ：拉格朗日乘数；步骤5.12，依照公式5计算得到未知采样点x0的水质监测参数估计值Z(x0)：其中：Z(pj)代表已知采样点pj的水质监测参数实测值；步骤6，因此，对于n3个未知采样点，每个未知采样点均计算得到对应的水质监测参数估计值；对于n2个已知采样点，每个已知采样点均具有水质监测参数实测值；所以，对于格网化的研究区域，每个网格均对应水质监测参数值；对研究区域进行单指标水质类别评价，方法为：预设定水质类别评价等级；将每个网格的水质监测参数值对应为水质类别评价等级；在GIS地图中，采用不同色彩表示不同网格的水质类别评价等级，从而得到单指标水质类别评价结果。 2.根据权利要求1所述的基于区域地下水流场方向的水质类别评价方法，其特征在于，还包括多指标水质类别综合评价，方法为：预设定q个水质监测参数；对于研究区域的每个网格，均得到q个水质监测参数值，每个水质监测参数值均对应为水质类别评价等级；因此，每个网格可对应q个水质类别评价等级，将q个水质类别评价等级中的最大值，作为该网格的最终水质类别评价等级；然后，在GIS地图中，采用不同色彩表示不同网格的最终水质类别综合评价等级，从而得到多指标水质类别综合评价结果。
所属类别：	发明专利