CN106203729A - 一种协助进行地下水污染评估的方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及地下水评估领域，将地下水污染评估的流程分解为可以线上实现的自助专家***，和必须线下实现的专家评估***。线上专家***中，将地下水污染评估工作按照时间和逻辑顺序拆分成8大类、35个子类和上百个细分任务。针对每个细分任务，专家***分别提供了样例答案和详细解释。委托方技术代表接受统一培训后，可在利用线上资源的基础上自主进行地下水污染初步评估。初步评估将产生一份内容详实的技术文档，成为评估报告的雏形。在此基础上，地下水评估专家与委托方技术代表在线下进行项目沟通，对地下水数值模型进行质证和完善，对评估报告初稿进行修改和加工。在评估工作结束时，同时完成对委托方的能力建设和成果转让。
Description
技术领域
本发明涉及水污染评估领域，具体涉及一种协助进行地下水污染评估的方法及***。
背景技术
地下水作为地球上重要的水体，地下水径流是重要的水循环过程；地下水积极参与地质过程和地球演化过程；具有重要的生态功能；地下水与其赋存的岩***同构成地表的应力平衡***。同时地下水与人类社会也有着密切的关系。地下水的贮存有如在地下形成一个巨大的水库，以其稳定的供水条件、良好的水质，而成为农业灌溉、工矿企业以及城市生活用水的重要水源，成为人类社会必不可少的重要水资源，尤其是在地表缺水的干旱、半干旱地区，地下水常常成为当地的主要供水水源。
地表水的水量和水质较为容易测量，而地下水隐蔽性强，除泉水、井水等集中***地带外，没有可供直接观察的天然窗口。在很长一段时间里，人们认为含水层之上的土壤和沉积物可以作为自然的“过滤器”来阻止污染物随水流迁移至地下水。但到上世纪70年代左右，人们逐渐形成共识，认识到这些过滤层往往不能有效阻止污染物向地下含水层的迁移。尽管如此，当时已经有相当大数量的污染物进入到土壤和地下水中。在对这些污染场地研究的过程中，科学家们开始意识到一旦地下含水层受到污染，其危害可能会持续几十年甚至更长时间，而且很难找到经济有效的处理办法。
到目前为止，进行地下水污染评估的主要依据仍然是钻孔以及基于钻孔进行的各种观测和试验，这种点状的信息源注定是稀疏的，在相当长的一段时间内，地下水污染评估的主要矛盾仍将是高昂的调查费用和相对缺乏的数据之间的矛盾；专业人员面临的主要挑战也将是如何使用有限的工作预算获得尽可能多的污染信息。
地下水在同一含水层中的径流量是地下水科学的主要研究对象，也是地下水污染评估的理论基础。人们习惯于使用线性关系将地下水径流量与地下水力坡度联系起来，这一关系被称为“达西定律”，是地下水科学中最为基础的科学定律。达西定律中引入了一个虚构的参数“渗透系数(K)”用来描述含水层的导水性质。含水层的渗透系数大时，其导水性能好。理论上讲，只要定时观测当地监测井中的地下水位，就可以获得相应的水力坡度信息，再加上对含水层渗透系数的了解，我们就可以概略的把握地下水的径流量。若要进行更精细的流量计算，则可以将空间和时间离散化进而建立地下水数值模型，这样可以得到模型内任意位置上的地下水流动状态。
在地下水数据稀缺性和基于大型矩阵运算的数值模型高速发展两方面共同作用下，地下水数值模拟已经成为地下水污染评估的主要手段。
80年代之后地下水质污染问题迅速出现，并很快成为地下水问题中的重要一极，然而我国地下水教育体系仍在沿袭中从以供水问题为主导缓慢转向以环境问题为主导，这一资源错配导致了我国总体地下水污染评估能力偏弱，亟需进行能力建设。
在我国体制内，地下水污染的调查、评估、及污染防治由环保部门负责管理。当接到包含地下水污染评估的工作任务后，由于缺乏水文地质工作基础，环境评估单位(“委托单位”)一般将此部分工作委托给地矿部门下属单位(“受委托单位”)，同时指定联系人进行接洽。受委托单位按照单位接收委托、现状调查与工程分析、预测评价和报告编写四个步骤开展地下水污染评估工作。单位接收委托即为收集相关资料，了解项目概况；现状调查与工程分析则是对项目工程现状进行调查分析；预测评价是将所得资料和调查数据对项目进行概化建模，根据项目目的预测评估结果；最后一步是进行评估报告的编写。
当前通行的地下水污染评估流程存在以下缺点：
1.委托方和受委托方信息不对称，导致工作质量不高。
委托方一般会任命本单位一名技术人员作为项目联系人，此联系人受经验和学科背景限制，无法对受委托方进行有效监管。另一方面，地下水污染评估一般需要建立数学模型，需要大量现场数据，受委托方在向委托方要求数据时经常会遇到困难。上述信息不对称的现实导致地下水污染评估工作质量不高成为高发现象。
2.评估结束后无法进行实质性成果转让。
评估项目结束后，受委托方向委托方提供报告、图件、电子文档等文件，但这并非实质性的成果转让。由于委托方无人深入参与评估项目，所以委托方没有能力在获取进一步数据后对产生评估结果的数学模型进行修改和完善。
3.委托方独立培养地下水污染评估人才极其困难。
基于数值模拟的地下水污染评估是技术性和实践性很强的专业活动，不仅需要评估人有水文地质专业背景和数值计算基础，还需要委托方单位有监管此类项目和培养此类人才的能力，单独依靠市场上现有的模拟评估技术短训班(时长在一周以内)是不现实的。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种高效率的协助进行地下水污染评估的方法。
为实现上述目的，本发明公开了如下技术方案：
一种协助进行地下水污染评估的方法：
委托方利用受委托方提供的线上自助专家***和线下专家评估***对地下水污染进行评估，线上专家***将地下水污染评估工作按照时间和逻辑顺序进行拆分，拆分为8大类、上百个细分任务，针对每个细分任务，线上专家评估***分别提供样例答案和详细解释，委托方技术代表接受统一培训后，在线上自助专家***资源的基础上自主进行地下水污染初步评估，初步评估将产生一份内容详实的技术文档(模型审计表)，成为评估报告的雏形，在此基础上，线下专家评估***与委托方技术代表在线下基于技术档案进行项目沟通，对地下水数值模型进行质证和完善，对评估报告初稿进行修改和加工，在评估工作结果时，同时完成委托方的能力建设和成果转让。
进一步的，所述线上自助专家***时协助进行地下水污染评估时包括如下步骤：
S1模型规划，确定模型用途、模拟目标和初始建模时空尺度，并根据已有信息，评估模型的可靠度；
S2模型概化，建立概念模型，基于已有的观测、测量和解译结果，对地下水***的地质、水文、水文地质条件进行概括性描述，包括水文地质架构及地下水物理过程；
S3模型构建，在模型构建阶段，建模者使用数学方法量化概念模型，并使用计算机软件建立地下水模型，选择恰当的建模软件平台，确定模型区及离散方式，边界条件的设定及模型参数赋值；
S4模型校准和敏感性分析，模型校准是模型构建之后，调整模型参数，使模型预测结果与观测数据吻合的过程；在模型校准后进行敏感性分析，以测试校准时模型的可靠性；
S5溶质运移模拟，对于要进行地下水污染评估的项目，需要增加溶质运移模型的构建和分析，溶质运移模型描述溶解在地下水中污染物(包括污染物离子、金属和有机物)的运动状态；
S6模型预测和不确定性分析，通过修改已校准模型的应力或边界条件，建模者能够模拟设计或假想的扰动对地下水***的影响，通过不确定分析检验模型预测的可靠性；
S7模拟结果分析与展示，通过使用模型对项目进行预测评估，得到合理的模拟结果，选择适合的模型展示软件，展示项目的预测结果；
S8完成模型审计表，根据线上专家***的帮助，完成模型审计表。
进一步的，模型规划步骤中，确定所述的模拟目标包括但不限于刻画地下水***流场、量化应力作用下地下水***响应、预测污染物在含水层中的迁移转化过程
确定所述的初始建模时空尺度时，空间尺度参考目标地下水***和应力的范围、潜在受体或敏感目标的位置；时间尺度参考应力的持续时间、地下水***的响应时间。
评估模型的可靠度时，相关人员讨论并根据数据量、校准方法、模型预测场景及应外力与校准过程的一致性信息，就模型目标可靠度达成一致意见，在随后的工作中，参考模型的目标可靠度开展工作。
进一步的，所述模型概化步骤中，基于已有的观测、测量和解译结果，对水文地质单元进行概化，水文地质架构的范围应尽可能涵盖主导研究区地下水行为的过程，及***内主要的应力和受这些应力影响的区域，所述水文地质架构至少包括水文地质体的结构和属性、边界条件和应力：
水文地质体结构即描述具有相似水力性质的物质的水平和垂直分布，用于概化水文地质体结构的数据包括地质报告和图件、钻探和物探数据、高程信息等等。在数值模型中，水文地质体的分层决定了模型层位的划分；水文地质体的属性包括渗透系数、给水度、释水系数以及溶质运移的相关参数；边界的概化包括对地下水进出***的区域、边界的空间分布、边界上发生的过程和这些过程的时间变化规律；应力包括自然应力和人工应力。
进一步的，在所述模型构建时，选择有限差分或者有限元法求解地下水水流和溶质运移方程构建数值模型，模型区范围至少包含研究区，并外扩以减少人工边界对模型结果的影响，必要时可借助解析模型估计外扩范围；模型的离散方式根据模型区大小、模拟目标、模型目标可靠度、水文地质体的异质性、边界条件和数据确定；建立地下水模型时，需要在边界处的水头或水力梯度信息来求解地下水流方程，需要在模型开始模拟时确定模型区的水头分布，即初始水头。
进一步的，所述模型校准过程至少需要模型区内不同观测井的水头、通过试验得到的含水层水文地质属性、地球物理勘探结果、抽水量和灌溉量、降水入渗补给和蒸散、河道流量和地下水/地表水溶质浓度，这些信息直接用于模型校准，或为模型参数的取值范围提供参考。
进一步的，对于要进行地下水污染评估的项目，需要在模型校准和敏感性分析步骤后增加溶质运移模型的构建和分析步骤，溶质运移模型描述溶解在地下水中物质的运动状态；溶质运移模型的模拟概化工作包括识别控制研究区内溶质运移的过程，确定溶质浓度的边界条件和溶质源汇，并收集溶质运移过程参数和溶质浓度数据。
进一步的，在进行模型预测和不确定性分析的时候，根据模拟目标和地下水***的特征设定预测模型模拟时段和时间步长；通过检查模型预测的水均衡情况、水头分布和流场形态以减少模型出错的风险。模型校准只能减少部分大尺度参数或参数组合的不确定性，无法减少模型简化的不确定性，以及小尺度参数的不确定性。因此，模型不确定性的研究无法用模型校准代替。
进一步的，通过使用模型对项目进行预测评估，得到合理的模拟结果，填写模型审计表，并使用合适的软件展示模拟结果。
进一步的，所述线下专家***为，相关地下水环境评估专家基于委托方填写的地下水模型审计表，提供初审建议；委托方同期开展模型报告撰写工作，报告完成后，专家出具复审意见，指导模型报告的修改完善。
本发明还公开了一种协助进行地下水污染评估的***，包括线上自助专家***和线下专家评估***，其中线上自助专家***包括：
模型规划模块，用于确定模型用途、模拟目标和初始建模时空尺度，并根据已有信息，评估模型的可靠度；
模型概化模块，用于建立概念模型，基于已有的观测、测量和解译结果，对地下水***的地质、水文、水文地质条件的概括性描述，包括水文地质架构及地下水物理过程；
模型构建模块，用于在模型构建阶段，建模者使用数学方法量化概念模型，并使用计算机软件建立地下水模型，选择恰当的建模软件平台，确定模型区及离散方式，边界条件的设定及模型参数赋值；
模型校准和敏感性分析模块，模型校准是模型构建之后，调整模型参数，使模型预测结果与观测数据吻合的过程；在模型校准后进行敏感性分析，以测试校准时模型的可靠性；
溶质运移模拟模块，对于要进行地下水污染评估的项目，需要增加溶质运移模型的构建和分析，溶质运移模型描述溶解在地下水中污染物(包括污染物离子、金属和有机物)的运动状态；
模型预测和不确定性分析模块，通过修改已校准模型的应力或边界条件，建模者能够模拟设计或假想的扰动对地下水***的影响，通过不确定分析检验模型预测的可靠性；
模拟结果分析与展示模块，通过使用模型对项目进行预测评估，得到合理的模拟结果，选择适合的模型展示软件，展示项目的预测结果；
模型审计表生成模块，根据线上专家***的帮助，完成模型审计表。
本发明将地下水污染评估的流程分解为可以线上实现的自助专家***，和必须线下实现的专家评估***。线上专家***中，将地下水污染评估工作按照时间和逻辑顺序拆分成8大类、35个子类和上百个细分任务。针对每个细分任务，专家***分别提供了样例答案和详细解释。委托方技术代表接受统一培训后，可在利用线上资源的基础上自主进行地下水污染初步评估。初步评估将产生一份内容详实的技术文档(模型审计表)，成为评估报告的雏形。在此基础上，地下水评估专家与委托方技术代表在线下进行项目沟通，对地下水数值模型进行质证和完善，对评估报告初稿进行修改和加工。在评估工作结束时，同时完成对委托方的能力建设和成果转让。
附图说明
图1是线上专家***的流程示意图；
图2是线下专家***的流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步描述。
请参见图1、图2。
一种协助进行地下水污染评估的方法：
本发明将地下水污染评估的流程分解为可以线上实现的自助专家***，和必须线下实现的专家评估***。委托方利用受委托方提供的线上自助专家***和线下专家评估***对水污染进行评估，线上专家***将地下水污染评估工作按照时间和逻辑顺序进行拆分，拆分为8大类、35个子分类和上百个细分任务，针对每个细分任务，线上专家评估***分别提供样例答案和详细解释，委托方技术代表接受统一培训后，可在线上自助专家***资源的基础上自主进行地下水污染初步评估，初步评估将产生一份内容详实的技术文档(模型审计表)，成为评估报告的雏形，在此基础上，线下专家评估***与委托方技术代表在线下基于技术档案进行项目沟通，对地下水数值模型进行质证和完善，对评估报告初稿进行修改和加工，在评估工作结果时，同时完成委托方的能力建设和成果转让。
本发明中的线上专家***为委托方基于收到的模型审计表格，在线上支持***的帮助下，自主进行模型开发，并同期填写模型审计表。线上专家***将在如下方面规范委托方的建模进程。线上自助专家***协助进行地下水污染评估时包括如下步骤：
S1模型规划，确定模型用途、模拟目标和初始建模时空尺度，并根据已有信息，评估模型的可靠度；
一个地下水模型不能回答所有地下水问题。用于研究区域地下水流场的模型不能用于预测场地尺度抽水井的影响。明确模型用途有助于后续资料收集、模型设计、模型建立和模型校准工作的开展。
模拟目标决定了建模工作的内涵，为后续建模工作提供指导，并为模型评估提供评判标准。典型的模拟目标包括：刻画地下水***流场，量化应力作用下地下水***响应，预测污染物在含水层中的迁移转化过程等等。
在模型规划阶段应根据模型用途、模拟目标确定初始建模时空尺度。空间尺度应参考目标地下水***和应力的范围、潜在受体或敏感目标的位置；时间尺度应参考应力的持续时间、地下水***的响应时间。
地下水模型的可靠度反映为模拟结果的可信程度，在模型规划阶段，相关人员应讨论并根据数据量、校准方法、模型预测场景及应外力与校准过程的一致性等信息，就模型目标可靠度达成一致意见。在随后的工作中，特别是模型审计过程中，应参考模型的目标可靠度开展工作。
预期结果：
明确项目目标和模拟目标；
选择最适宜的描述项目及模拟目标的地下水模型；
目标模型合理可靠；
明确模型的局限性和排他性。
S2模型概化，建立概念模型，基于已有的观测、测量和解译结果，对地下水***的地质、水文、水文地质条件的概括性描述，反映了建模者对***中主要水文地质过程及应力影响的理解。概念模型包括水文地质架构及地下水物理过程。建立恰当的概念模型是地下水模型实现模拟目标的必要条件。
概念模型的建立应基于已有的观测、测量和解译结果，并通过数据检查提高概念模型的可靠性。在模型概化阶段，通过分析，查找数据之间的联系，有助于确认概念模型中不同对象之间的联系。
水文地质架构的范围应尽可能涵盖1)主导研究区地下水行为的过程，及2)***内主要的应力及受这些应力影响的区域。水文地质架构应包括以下内容：水文地质体的结构和属性、边界条件和应力。概化水文地质体结构即描述具有相似水力性质的物质的水平和垂直分布。可用于概化水文地质体结构的数据包括地质报告和图件、钻探和物探数据、高程信息等等。在数值模型中，水文地质体的分层决定了模型层位的划分。
基于对***内地下水径流过程的理解，模型概化应确立概念模型的边界。边界的概化应包括对地下水进出***的区域、边界的空间分布、边界上发生的过程和这些过程的时间变化规律。
水文地质体的属性包括渗透系数、给水度、释水系数以及溶质运移的相关参数。这些属性决定了其中地下水的流动、存储以及溶质的运移过程。由于不可能测得这些属性的全区域分布，所以需对这些属性分布进行概化。
应力包括自然应力(如蒸散和降水补给)和人工应力(如抽水井)。概化应力时应考虑应力的时间变化过程、应力的流量和溶质负荷、应力的空间分布情况等。
在概化物理过程时，应详细阐述真实的过程。
预期结果：
完成包括之前调查在内的文献回顾；
收集并分析地下水应力、水位、水流数据；
明确测量错误及数据的不确定性；
准确阐述含水层***：
水文、地层及含水层类型；
范围、边界及内部特征；
含水层几何属性；
潜水和承压水的交互；
明确阐述概念模型；
确认概念模型与模拟目标、目标模型可靠度一致。
S3模型构建，在模型构建阶段，建模者使用数学方法量化概念模型，并使用计算机软件建立地下水模型，其工作重点是选择恰当的建模软件平台，确定模型区及离散方式，边界条件的设定及模型参数赋值；模型构建方式直接影响到模型校准和后续预测过程。若建模时不能正确反映概念模型的关键部分，则模型结果的可信度将受到影响。
常用的求解地下水水流和溶质运移方程的数学方法有两种：有限差分法和有限元法。两者主要的差别在于离散模型区的方法不同。基于不同的数学方法，当前市场上有很多地下水图形用户界面，这些图形界面在基本功能和软件包上基本相似，但是又各有特点。建模软件一般根据模拟目标和软件功能需求进行选择。
模型区范围应包含研究区，并适当外扩以减少人工边界对模型结果的影响，必要时可借助解析模型估计外扩范围。模型的离散方案应根据模型区大小、模拟目标、模型目标可靠度、水文地质体的异质性、边界条件和数据确定。模型剖分的越细，项目时间和经费需求就越大，同时对计算机性能的要求也越高。对非稳定流模型来说，还需根据应力、水头和溶质浓度变化的速率以及模型输出的需要确定非稳定流的时间步。
地下水模型需要在边界处的水头或水力梯度信息求解地下水流方程，需要在模型开始模拟时确定模型区的水头分布，即初始水头。从数学上来说，边界条件可以分为三类：定水头边界条件、定流量边界条件和混合边界条件。在建立数值模型时，同一个物理边界往往由不同的数学方法表示，需根据模拟目的和数据选择最佳的表示方式。
初始水头是模型开始模拟时模型区的水头分布。对稳定流模拟来说，初始水头不影响最终结果，但是影响模型收敛速率。对非稳定流模拟来说，将影响模型的模拟结果，非稳定模型中水头变化是应力变化与模型初始水头偏差共同作用的结果。因此，非稳定流模拟的初始水头应该与边界条件、模型参数和观测结果一致。
预期结果：
选择恰当的数学方法及软件；
设置合理的模型区范围、空间离散和时间离散；
设置合理的边界条件、初始水头和特征参数；
得到合理的模型数值解。
S4模型校准和敏感性分析，模型校准是模型构建之后，调整模型参数，使模型预测结果与观测数据吻合的过程。通过模型校准，建模者可以了解模型参数对模型模拟预测能力的影响。一般来说，在模型校准后进行敏感性分析，以测试校准时模型的可靠性；
模型校准需要反映地下水***行为的观测数据，如模型区内不同观测井的水头、通过试验得到的含水层水文地质属性、地球物理勘探结果、抽水量和灌溉量、降水入渗补给和蒸散、河道流量和地下水/地表水溶质浓度等等。有些数据可以直接用于模型校准，有些则可以为模型参数的取值范围提供参考。
在一些情况下，地下水***的行为仅受部分过程影响。通过模型校准只能确定这些过程对应参数的比值，而不是单个参数值。此时，存在多个参数的组合使模型很好的拟合观测结果。为此，需增加地下水***在受所有过程影响时的观测数据，估计所有参数值。
模拟校准的统计值，如RMS等，常用来评价模拟结果的好坏。但不应过度强调这些统计值的重要性，而应从多个方面评价模型的可靠性，如模型的收敛情况、水均衡情况、与概念模型的吻合程度、模拟结果与观测数据的误差大小和分布等。
预期结果：
选择合适的观测数据用于校准；
选择最佳的校准方法；
正确评价模型关键输出的参数敏感性；
准确报告校准结果，采用多种方法绘制校准结果图以表明结果的可靠性；
得到合理的校准参数，可信的水均衡中的水量和流量；
通过验证得到合理准确的评价模型。
S5溶质运移模拟，对于要进行地下水污染评估的项目，需要增加溶质运移模型的构建和分析，溶质运移模型描述溶解在地下水中污染物(包括污染物离子、金属和有机物)的运动状态；
溶质在地下水中的运移过程受一系列物理和水文地球化学过程的影响。其中，物理过程包括对流、扩散和弥散，水文地球化学过程包括吸附/解吸、溶解、降解等，甚至可能涉及溶质的液态与非液态之间的转换。溶质运移模拟的概化工作应识别控制研究区内溶质运移的过程，确定溶质浓度的边界条件和溶质源汇，并收集溶质运移过程参数和溶质浓度数据。因为溶质运移模型将不可避免的省略一些重要过程(如某些化学反应)，所以模型概化还应描述数值模型中简化的这些过程。
溶质运移方程(ADE)的数值求解方法一般可以分为三类：欧拉法、拉格朗日法和混合法欧拉-拉格朗日法。由于ADE的数学性质，这三种数值方法都存在一定的缺陷，可能带来数值弥散、人工振荡和数值稳定性的问题。应此，需仔细检查数值方法的误差是否导致不合理的溶质运移模拟结果。
溶质运移模拟的网格划分应在考虑计算能力的情况下，尽可能刻画主要的溶质运移过程。模型网格单元的平面细化和垂向剖分应足以刻画污染物浓度场。除此之外，数值解法也对网格细分的程度提出要求。
溶质运移模型一般使用污染物浓度及衍生的观测数据，如污染烟羽质量、穿透曲线等，作为校准目标。由于数据不足，溶质运移模型往往不能或不能充分校准。此时，需通过不确定性分析以评估溶质运移模型参数对预测结果的影响。
预期结果：
收集并分析关于溶质分布、源和运移过程的数据；
刻画恰当的模型区域范围，采用可信的溶质浓度边界；
选用恰当的软件和数值方法；
设置合理的网格和精度设计；
确定合适的解算器和参数；
评估对流、弥散和扩散的相关重要性；
考虑变密度情况；
得到合适的初始溶质浓度，分析溶质边界条件和应力期中的溶质浓度变化。
S6模型预测和不确定性分析，通过修改已校准模型的应力或边界条件，建模者能够模拟设计或假想的扰动对地下水***的影响，因为预测模型无法使用观测数据进行校准，所以建模的关键是对未来地下水***应力和边界条件的准确刻画。模型预测的可靠性通过不确定性分析检验；
应根据模拟目标和地下水***的特征设定预测模型模拟时段和时间步长。预测长期稳定的应力或边界条件下的地下水***响应时，预测模型可以是稳定流模型。如果模型模拟建设项目对水资源的影响，则需要非稳定流模型模拟建立模拟项目建设和运行期的地下水动态。如果地下水***的动态会影响地下水水位，如潮汐、季节性补给等，则非稳定流模型的时间步长应与地下水水位的波动相符。
由于预测模型无法校准，应通过检查模型预测的水均衡情况、水头分布和流场形态以减少模型出错的风险。在条件允许的情况下，可以通过比较数值解和解析解来确认模拟结果是否合理。
模型的不确定性源于建模或校准使用的观测数据误差和模型概化时的错误和简化处理。模型校准只能减少部分大尺度参数或参数组合的不确定性，无法减少模型简化的不确定性，以及小尺度参数的不确定性。因此，模型不确定性的研究无法用模型校准代替。
预期结果：
得到满足模型目标的预测模型；
得到可信的预测的质量平衡组分；
假设合适的气候应力期；
明确是否使用粒子追踪作为溶质运移模拟的替代方案；
可以根据模型目标和置信等级定义预测场景；
选择误差方差最小的模型进行预测；
明确预测不确定性的定性和定量内容；
明确不确定性的来源。
S7模拟结果分析与展示，通过使用模型对项目进行预测评估，得到合理的模拟结果，选择适合的模型展示软件，展示项目的预测结果；
预期结果：
得到合适的模型展示软件；
简单明了展示模型模拟结果。
S8完成模型审计表，根据线上专家***的帮助，完成模型审计表，模型审计表章节设置如下所示：
模型规划
模型用途
模拟目标
模拟的时空尺度
资料收集
水流模型概化
模型区域
水文地质结构概化
地下水的补给、径流及***条件
地下水开采利用
地下水的动态特征
模型边界条件及其概化依据
水文地质试验资料(水流模拟)汇总
水流模型构建
地下水流概念模型的数学表达
模拟界面软件选择
模型建立步骤
水流模型特征参数设置
水流模型校准
校准目标
校准方法
校准结果评价
参数最终取值
溶质运移模型概化
污染源识别
迁移途径识别
污染物迁移转化过程
运移模型特征参数资料汇总
受体分析
预测情景概化
溶质运移模型构建
溶质运移概念模型的数学表达
基于水流模型的结构更改
运移模型特征参数设置
源项设置
溶质运移模拟期划定
模型预测
结果分析和展示
模型敏感性分析
敏感性因子选择
变化系数设定
结果分析和展示
不确定性分析
本发明的线下专家***为相关地下水环境评估专家基于委托方填写的地下水模型审计表，提供初审建议；委托方同期开展模型报告撰写工作，报告完成后，专家出具复审意见，指导模型报告的修改完善。
在进行审计表初审时，具有多年经验的地下水环境评估专家将针对审计表以及模型文件进行深入评估，如需要应要求委托方补充原始资料。
线下专家***将根据模型报告提出修改与建议。模型报告是评价建模工作质量和模型质量的基础。它是地下水模拟工作成果的集合，应详细描述各阶段工作的成果，并提供所用数据、所得信息和模型，以确保模拟结果能在将来的研究中重现。
地下水模型报告应该包括如下部分：
摘要
模拟目标
水文地质条件概化
模拟软件和模型构建
模型校准和敏感性分析
模型预测
不确定性分析
模型局限性
结论和建议
参考文献
模型报告还涉及将模型所得成果存档。基于这些存档，其他工作者可以重现模型模拟结果，评估模型质量，并为将来的研究提供帮助。模型存档应包括建模使用的数据、软件及其版本和模型本身。由于商业软件的兼容性，建议使用标准化的数据格式保存模型。
预期结果：
明确阐述的项目目标、模拟目标；
构建清晰的模型报告结构；
优质的报告图件表格；
准确的模型概念模型；
清楚阐述的模型参数分布、应力数据；
报告模型校准、水均衡、质量平衡和不确定性；
得到满足项目目标的模拟结果和完善的评估报告。
本发明公开了一种协助进行地下水污染评估的***，包括线上自助专家***和线下专家评估***，其中线上自助专家***包括：
模型规划模块，用于确定模型用途、模拟目标和初始建模时空尺度，并根据已有信息，评估模型的可靠度；
模型概化模块，用于建立概念模型，基于已有的观测、测量和解译结果，对地下水***的地质、水文、水文地质条件的概括性描述，包括水文地质架构及地下水物理过程；
模型构建模块，用于在模型构建阶段，建模者使用数学方法量化概念模型，并使用计算机软件建立地下水模型，选择恰当的建模软件平台，确定模型区及离散方式，边界条件的设定及模型参数赋值；
模型校准和敏感性分析模块，模型校准是模型构建之后，调整模型参数，使模型预测结果与观测数据吻合的过程；在模型校准后进行敏感性分析，以测试校准时模型的可靠性；
溶质运移模拟模块，对于要进行地下水污染评估的项目，需要增加溶质运移模型的构建和分析，溶质运移模型描述溶解在地下水中污染物(包括污染物离子、金属和有机物)的运动状态；
模型预测和不确定性分析模块，通过修改已校准模型的应力或边界条件，建模者能够模拟设计或假想的扰动对地下水***的影响，通过不确定分析检验模型预测的可靠性；
模拟结果分析与展示模块，通过使用模型对项目进行预测评估，得到合理的模拟结果，选择适合的模型展示软件，展示项目的预测结果；
模型审计表生成模块，根据线上专家***的帮助，完成模型审计表。
本发明使原本模糊的地下水污染评估工作流程化，清晰化，模块化，改变了委托方和受托方信息不对等的现状，提高评估工作质量。通过线上专家***自助产生评估报告后，委托方可以基于此对线下评估部分公开发包招标，充分引入市场竞争，改变当前行业垄断的现状，并为委托方建立地下水污染评估能力建设机制。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，而非对其限制；应当指出，尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改和替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种协助进行地下水污染评估的方法，其特征在于：
委托方利用受委托方提供的线上自助专家***和线下专家评估***对地下水污染进行评估，线上专家***将地下水污染评估工作按照时间和逻辑顺序进行拆分，拆分为细分任务，针对每个细分任务，线上专家评估***分别提供样例答案和详细解释，委托方技术代表接受统一培训后，在线上自助专家***资源的基础上自主进行地下水污染初步评估，初步评估将产生一份内容详实的技术文档，成为评估报告的雏形，在此基础上，线下专家评估***与委托方技术代表在线下基于技术档案进行项目沟通，对地下水数值模型进行质证和完善，对评估报告初稿进行修改和加工，在评估工作结果时，同时完成委托方的能力建设和成果转让。
2.根据权利要求1所述的一种协助进行地下水污染评估的方法，其特征在于，所述线上自助专家***时协助进行地下水污染评估时包括如下步骤：
S1模型规划，确定模型用途、模拟目标和初始建模时空尺度，并根据已有信息，评估模型的可靠度；
S2模型概化，建立概念模型，基于已有的观测、测量和解译结果，对地下水***的地质、水文、水文地质条件进行概括性描述，包括水文地质架构及地下水物理过程；
S3模型构建，在模型构建阶段，建模者使用数学方法量化概念模型，并使用计算机软件建立地下水模型，选择恰当的建模软件平台，确定模型区及离散方式，边界条件的设定及模型参数赋值；
S4模型校准和敏感性分析，模型校准是模型构建之后，调整模型参数，使模型预测结果与观测数据吻合的过程；在模型校准后进行敏感性分析，以测试校准时模型的可靠性；
S5溶质运移模拟，对于要进行地下水污染评估的项目，增加溶质运移模型的构建和分析，溶质运移模型描述溶解在地下水中污染物的运动状态；
S6模型预测和不确定性分析，通过修改已校准模型的应力或边界条件，建模者能够模拟设计或假想的扰动对地下水***的影响，通过不确定分析检验模型预测的可靠性；
S7模拟结果分析与展示，通过使用模型对项目进行预测评估，得到合理的模拟结果，选择适合的模型展示软件，展示项目的预测结果；
S8完成模型审计表，根据线上专家***的帮助，完成模型审计表。
3.根据权利要求2所述的一种协助进行地下水污染评估的方法，其特征在于：
所述模型规划步骤中，确定模拟目标包括但不限于刻画地下水***流场、量化应力作用下地下水***响应、预测污染物在含水层中的迁移转化过程；
确定所述的初始建模时空尺度时，空间尺度参考目标地下水***和应力的范围、潜在受体或敏感目标的位置；时间尺度参考应力的持续时间、地下水***的响应时间。
评估模型的可靠度时，相关人员讨论并根据数据量、校准方法、模型预测场景及应外力与校准过程的一致性信息，就模型目标可靠度达成一致意见，在随后的工作中，参考模型的目标可靠度开展工作。
4.根据权利要求2所述的一种协助进行地下水污染评估的方法，其特征在于，所述模型概化步骤中，基于已有的观测、测量和解译结果，对水文地质单元进行概化，水文地质架构的范围涵盖主导研究区地下水行为的过程，及***内主要的应力和受这些应力影响的区域，其中水文地质架构至少包括水文地质体的结构和属性、边界条件和应力：
水文地质体结构即描述具有相似水力性质的物质的水平和垂直分布，用于概化水文地质体结构的数据包括地质报告和图件、钻探和物探数据、高程信息等等。在数值模型中，水文地质体的分层决定了模型层位的划分；水文地质体的属性包括渗透系数、给水度、释水系数以及溶质运移的相关参数；边界的概化包括对地下水进出***的区域、边界的空间分布、边界上发生的过程和这些过程的时间变化规律；应力包括自然应力和人工应力。
5.根据权利要求2所述的一种协助进行地下水污染评估的方法，其特征在于，在所述模型构建时，选择有限差分或有限元法求解地下水水流和溶质运移方程构建数值模型；模型区范围至少包含研究区，并外扩以减少人工边界对模型结果的影响，必要时可借助解析模型估计外扩范围；模型的离散方式根据模型区大小、模拟目标、模型目标可靠度、水文地质体的异质性、边界条件和数据确定；建立地下水模型时，需要在边界处的水头或水力梯度信息来求解地下水流方程，需要在模型开始模拟时确定模型区的水头分布，即初始水头。
6.根据权利要求2所述的一种协助进行地下水污染评估的方法，其特征在于，所述模型校准过程至少需要模型区内不同观测井的水头、通过试验得到的含水层水文地质属性、地球物理勘探结果、抽水量和灌溉量、降水入渗补给和蒸散、河道流量和地下水/地表水溶质浓度，这些信息直接用于模型校准，或为模型参数的取值范围提供参考。
7.根据权利要求2所述的一种协助进行地下水污染评估的方法，其特征在于，对于要进行地下水污染评估的项目，需要在模型校准和敏感性分析步骤后增加溶质运移模型的构建和分析步骤，溶质运移模型描述溶解在地下水中物质的运动状态；溶质运移模型的模拟概化工作包括识别控制研究区内溶质运移的过程，确定溶质浓度的边界条件和溶质源汇，并收集溶质运移过程参数和溶质浓度数据。
8.根据权利要求2所述的一种协助进行地下水污染评估的方法，其特征在于，在进行模型预测和不确定性分析的时候，根据模拟目标和地下水***的特征设定预测模型模拟时段和时间步长；通过检查模型预测的水均衡情况、水头分布和流场形态以减少模型出错的风险。
9.根据权利要求1所述的一种协助进行地下水污染评估的方法，其特征在于，所述线下专家***为相关地下水环境评估专家基于委托方填写的地下水模型审计表，提供初审建议；委托方同期开展模型报告撰写工作，报告完成后，专家出具复审意见，指导模型报告的修改完善。
10.一种协助进行地下水污染评估的***，其特征在于，包括线上自助专家***和线下专家评估***，其中线上自助专家***包括：
模型规划模块，用于确定模型用途、模拟目标和初始建模时空尺度，并根据已有信息，评估模型的可靠度；
模型概化模块，用于建立概念模型，基于已有的观测、测量和解译结果，对地下水***的地质、水文、水文地质条件的概括性描述，包括水文地质架构及地下水物理过程；
模型构建模块，用于在模型构建阶段，建模者使用数学方法量化概念模型，并使用计算机软件建立地下水模型，选择恰当的建模软件平台，确定模型区及离散方式，边界条件的设定及模型参数赋值；
模型校准和敏感性分析模块，模型校准是模型构建之后，调整模型参数，使模型预测结果与观测数据吻合的过程；在模型校准后进行敏感性分析，以测试校准时模型的可靠性；
溶质运移模拟模块，对于要进行地下水污染评估的项目，需要增加溶质运移模型的构建和分析，溶质运移模型描述溶解在地下水中污染物的运动状态；
模型预测和不确定性分析模块，通过修改已校准模型的应力或边界条件，建模者能够模拟设计或假想的扰动对地下水***的影响，通过不确定分析检验模型预测的可靠性；
模拟结果分析与展示模块，通过使用模型对项目进行预测评估，得到合理的模拟结果，选择适合的模型展示软件，展示项目的预测结果；
模型审计表生成模块，根据线上专家***的帮助，完成模型审计表。
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| CN201610581204.8A CN106203729A (zh) | 2016-07-21 | 2016-07-21 | 一种协助进行地下水污染评估的方法及*** |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20161207 |