LU500829B1

LU500829B1 - Groundwater management method and device

Info

Publication number: LU500829B1
Application number: LU500829A
Authority: LU
Inventors: Gang Ji; Yinhui Long; Yaru Feng; Xiaomin Xu; Rui Jiao; Yanfei Zhang; Zilong Liao; Zhenhua Han; Wentao Liang; Chuanzhe Li; Ting Wang; Yingjie Cui; Yifan Song; Hualin Liu; Yongfu Wei
Original assignee: China Inst Water Resources & Hydropower Res
Priority date: 2021-11-05
Filing date: 2021-11-05
Publication date: 2022-05-05

Claims

PATENTANSPRUCHE 7900929

1. Ein Verfahren zur Bewirtschaftung von Grundwasser ist dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst: Erwerb eines numerischen Modells der Grundwasserströmung auf der Grundlage hydrologischer Daten im Untersuchungsgebiet, wobei das numerische Modell der Grundwasserströmung zur Beschreibung der Beziehung zwischen dem Grundwasserspiegel im Untersuchungsgebiet und der Abbaumenge des Grundwassers sowie den natürlichen Klimabedingungen verwendet wird; nach dem numerischen Modell der Grundwasserströmung, Durchführung einer iterativen Berechnung mit maximalem Abbau als Optimierungsziel und einem Grundwasserspiegel nicht unter dem niedrigsten ökologischen Wasserstand als Randbedingung Durchführung, Ermittlung des Zielabbauvolumens des einzelnen Förderbrunnens im Untersuchungsgebiet, wobei sich der niedrigste ökologische Wasserstand auf den entsprechenden Grundwasserspiegel bezieht, der keine durch die Verdunstung verursachte Veränderung hat.

2. Das Verfahren nach Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Erhalt des durch hydrologische Daten in dem Untersuchungsgebiet numerischen Modell der Grundwasserströmung das Verfahren ferner umfasst: Erwerb der hydrologischen Daten im Untersuchungsgebiet; anhand der hydrologischen Daten wird ein numerisches Modell der Grundwasserströmung (siehe unten) erstellt: pH 21) (Sean (x,y)eD,t>0 or ox\ ox) oy\ oy Ra (x,y)e D,t=0 H| =H(x,y,1) (x,y)el',t>0 rl = q(x, 3,1) (x,y)eT,,t >0 On |r, darunter D ist das Untersuchungsgebiet, H ist der Grundwasserspiegel des Kontrollpunkts, (x, J ) ist der Standort des Fôrderbrunnens oder des Kontrollpunkts und t ist die Zeit, E ist der Wasserspeicherparameter, T ist die hydraulische

Leitfähigkeit, q ist das Abbauvolumen des Grundwasser des Fôrderbrunnens, EV ist n 4 22 a A H, (x, y) . der Verdunstungsergänzung, P ist die Niederschlagsergänzung, ist der Anfangswasserstand der Kontrollstelle, [, ist der erste Typ der Grenze des Untersuchungsgebiets, I ist der zweite Typ Grenze des Untersuchungsgebiets, X, Vt al ‚X ) ist der Wasserdurchfluss durch die Grenze des zweiten Typs, q, Ev. P H, (x. J ) , [, und I werden durch die hydrologischen Daten bestimmt, die Anfangswerte von E und T werden durch die hydrologischen Daten bestimmt und nach der Abstimmung der Modellparameter festgelegt.

3. Das Verfahren nach Anspruch 2 ist dadurch gekennzeichnet, dass das Modell der numerischen Grundwasserstromung ein künstliches Stromungsfeldmodell und ein natürliches Strômungsfeldmodell umfasst, der vom numerischen Modell der Grundwasserstromung ausgegebene Grundwasserspiegel wird durch Überlagerung des ersten, vom künstlichen Stromungsfeldmodell berechneten Grundwasserspiegels und des zweiten, vom natürlichen Stromungsfeldmodell berechneten Grundwasserspiegels erhalten; das künstliche Stromungsfeldmodell ist: oH oH oH pe 0 T — 2 T— |+q (x,y)eD,t>0 or ox ox oy oy H,(x,y,0)=0 (x,y)e D,t=0 Hy =0 (x,y)eT,,t>0 oH T—F# =0 (x,y)eT,,t>0 on r, das natürliche Strômungsfeldmodell ist:

OH E—" „© ro. +Ë ro, +P+Ev (x,y)eD,t>0 ot Ox ox Oy Oy H,(x,y,0)=H,, (x.y) (x,y)e D,t =0 H,|. =H, (x,y,1) (x,y)el',t>0

OH ro =4(x,y.t) (x,y)eT,,t>0 On |p,

wobei 1 der erste Grundwasserstand ist, der durch das künstliche HU500829 Stromungsfeldmodell berechnet wird, und 2 der zweite Grundwasserstand ist, der durch das natürliche Stromungsfeldmodell berechnet wird.

4. Das Verfahren nach Anspruch 2 ist dadurch gekennzeichnet, dass das Grundwasser in dem Untersuchungsgebiet in mindestens einer grundwasserführenden Schicht verteilt ist und der Forderbrunnen zur Gewinnung des Grundwassers in einem der grundwasserführenden Schichten verwendet wird, wobei das numerische Modell der Grundwasserstromung auf der Grundlage der hydrologischen Daten der zu fôrdernden grundwasserführenden Schichten erstellt wird. S.Das Verfahren nach Anspruch 2 ist dadurch gekennzeichnet, dass das

N max > 0,1, Optimierungsziel durch die Funktion n=l gekennzeichnet ist und die Randbedingung ” =H, lautet ; N ist die Anzahl der Fôrderbrunnen, Q, ist die Menge des vom n-ten Fôrderbrunnens in einer Zeiteinheit gefôrderten Grundwassers, L, ist die Gesamtabbauzeit des n-ten Fôrderbrunnens und His ist der niedrigste ôkologische Wasserstand.

6. Das Verfahren nach Anspruch 3 ist dadurch gekennzeichnet, dass gemäß dem numerischen Modell der Grundwasserstromung iterative Berechnungen mit dem maximalen Grundwasserentnahmevolumen als Optimierungsziel und mit dem Grundwasserspiegel, der nicht niedriger als der niedrigste ökologische Wasserstand ist, als Randbedingung durchgeführt werden, um das Zielentnahmevolumen jedes Fôrderbrunnens im Untersuchungsgebiet zu erhalten; die Schritte sind wie folgt: den vom numerischen Modell der Grundwasserstromung ausgegebenen Grundwasserspiegel fiir jeden Kontrollpunkt erfassen; wenn der Grundwasserspiegel des Kontrollpunktes niedriger ist als der niedrigste ökologische Wasserstand, wird die Menge des aus dem Forderbrunnen in der Umgebung des Kontrollpunktes entnommenen Grundwassers verringert und wird die Menge des aus dem Forderbrunnen in der Nahe des Kontrollpunktes entnommenen Grundwassers erhoht, wenn der Grundwasserspiegel hoher ist als der niedrigste ôkologische Wasserstand, wobei die erhôhte Menge des entnommenen HU500829 Grundwassers nicht geringer ist als die verringerte Menge des entnommenen Grundwassers; Eingabe der neuen Menge der Grundwasserentnahme in das numerische Modell der Grundwasserstrômung; zu dem Schritt "Ermitteln des Grundwasserspiegels jedes Kontrollpunktes, der vom numerischen Modell der Grundwasserstromung ausgegeben wird" springen und die Iteration durchfithren; die Iteration endet, wenn der Grundwasserspiegel aller Kontrollpunkte nicht niedriger ist als der Ökologische Mindestwasserspiegel; Bestimmung des Abbauvolumens des Grundwassers in jedem Fôrderbrunnen, wenn die Iteration endet; Verwendung des Abbauvolumens des Grundwasser als Zielabbauvolumens fiir jeden Fôrderbrunnen.

7. Das Verfahren nach Anspruch 5 ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner Folgendes umfasst: die Beobachtungsdaten des Grundwassers im Kontrollpunkt in mehreren Zeiträumen auswählen und die Differenz zwischen der maximalen und der minimalen Grundwassertiefe in den Beobachtungsdaten des Grundwassers im ausgewählten Zeitraum und der durchschnittlichen Grundwassertiefe berechnen: Durchführung einer linearen Anpassung des Verhältnisses zwischen der Differenz zur durchschnittlichen Verdunstungsintensität in jedem ausgewählten Zeitraum und der durchschnittlichen Grundwassertiefe; Erhalt einer Anpassungsgeraden; Bestimmung der durchschnittlichen Grundwassertiefe, die der Anpassungsgeraden entspricht, wenn das Verhältnis Null ist, und Bestimmung der entsprechenden durchschnittlichen Grundwassertiefe als niedrigster ökologischer Wasserstand Hip, .

8. Das Verfahren nach Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass nach der Ermittlung des Zielabbauvolumens für jeden Forderbrunnen in dem Untersuchungsgebiet das Verfahren ferner umfasst: Bestimmung des Wasserquellenplanes im Untersuchungsgebiet entsprechend dem Zielabbauvolumen;

der Wasserquellenplan umfasst: 7500829 wenn das Zielabbauvolumen den Wasserbedarf im Untersuchungsgebiet decken kann, wird jeder Förderbrunnen entsprechend dem Zielabbauvolumen gefördert; wenn die Zielabbauvolumen den Wasserbedarf im Untersuchungsgebiet nicht decken, werden die Wasserquellen ersetzt, um das Wasser für den Förderbrunnen in der Umgebung des Kontrollpunktes zu ergänzen, wenn der Grundwasserspiegel niedriger ist als der niedrigste ökologische Wasserstand im Untersuchungsgebiet.

9. Das Verfahren nach Anspruch 2 ist dadurch gekennzeichnet, dass das numerische Modell der Grundwasserströmung auf einem vorgespaltenen dreidimensionalen Gitter aufgebaut ist; das dreidimensionale Gitter unterteilt den horizontalen zweidimensionalen Querschnitt im Untersuchungsgebiet in ein rechteckiges Gitter entsprechend einer festgelegten Gittergröße; und das dreidimensionale Gitter unterteilt das vertikale Profil der grundwasserführenden Schicht im Untersuchungsgebiet entsprechend der Oberplattenhöhe und der Unterplattenhöhe der grundwasserführenden Schicht.

10. Eine Vorrichtung zur Bewirtschaftung des Grundwassers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung umfasst: das Modellerfassungsmodul, das zur Erfassung des durch hydrologische Daten im Untersuchungsgebiet erstellten numerischen Modells der Grundwasserströmung dient; das numerische Modell der Grundwasserströmung wird zur Beschreibung der Beziehung zwischen dem Grundwasserspiegel, der Menge der Grundwasserentnahme und den natürlichen Klimabedingungen im Untersuchungsgebiet verwendet; und das Optimierungsmodul, das verwendet wird, um iterative Berechnungen auf der Grundlage des numerischen Modells der Grundwasserströmung mit der maximalen Grundwasserentnahme als Optimierungsziel und mit dem Grundwasserspiegel, der nicht niedriger als der niedrigste ökologische Wasserstand ist, als Randbedingung durchzuführen, um das Zielabbauvolumen jeder Forderbrunnen im Untersuchungsgebiet zu erhalten, wobei sich der niedrigste ökologische Wasserstand auf den entsprechenden Grundwasserspiegel bezieht, der keine durch die Verdunstung verursachte Veränderung hat.