(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210592792.0 (22)申请日 2022.05.27 (71)申请人 北京林业大 学 地址 100083 北京市海淀区清华 东路35号 (72)发明人 马伟芳　任杰　伦小秀　张盼月　 (74)专利代理 机构 北京华旭智信知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11583 专利代理师 吴鹏章 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06Q 10/04(2012.01) G06Q 50/26(2012.01) G16H 50/30(2018.01) G06F 111/10(2020.01)G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于Modflow模型的三维动态地下水污染模 拟的安全饮用水区域确定方法 (57)摘要 本发明涉及一种基于Modflow模型的三维动 态地下水污染模拟的安全饮用水区域确定方法， 包括： S1、 确定研究区域， 并且获取研究区域内的 与Modflow模型相关数据资料； S2、 基于S1中获取 的数据， 根据研究区域边界建立概念模型； S3、 建 立三维网格模型； S4、 在三维 网格上运行Modflow 模型以建立三维地下水静态模型； S5、 运行 Modflow模型以获得三维地下水动态模型； S6、 将 步骤S1中获取的数据资料输入Modflow模型中的 溶质运移(MT3DMS)模 块， 进行三维地下水溶质运 移动态模拟； 和S7、 基于步骤S6的模拟结果， 并结 合人体健康 风险阈值， 确定研究区域的安全饮用 水区域。 权利要求书2页 说明书8页 附图3页 CN 114861502 A 2022.08.05 CN 114861502 A 1.一种基于Modflow模型的三维动态地下水污染模拟的安全饮用水区域确定方法， 包 括： S1、 确定研究区域， 并且获取研究区域内的与Modflow模型相关数据资料， 所述相关数 据资料包括地下水文、 水文地质参数、 地质土壤， 气象、 污染物以及DEM数据资料， 其中地下 水位以及污染物浓度通过在地下水监测井中设置的在线数据采集 终端采集， 采集的数据通 过所述在线数据采集终端的GPRS模块进行传输和定位， 气象数据资料为公开的实时数据； S2、 基于S1中获取的数据， 根据研究区域边界建立概念模型， 包括进行边界概化以及内 部结构概 化； S3、 建立三维网格模型， 包括建立三维网格并对网格进行水平方向和垂直方向的网格 剖分； S4、 将概念模型中的初始边界地下水位和初始地下水动力参数赋予三维网格， 然后在 三维网格上运行Modfl ow模型以建立 三维地下 水静态模型； S5、 将地下水动力参数、 实时气象数据和在线监测采集地下水位数据导入概念模型并 赋予三维网格模型， 然后运行Modfl ow模型以获得三维地下 水动态模型； S6、 将步骤S1中获取的数据资料输入Modflow模型中 的溶质运移(MT3DMS)模块， 该输入 的数据资料包括土壤密度、 污染源空间位置、 土壤 吸附量、 微生物降解系 数、 对流弥散系数 以及在线监测采集的污染物浓度， 进行三维地下 水溶质运移动态模拟； 和 S7、 基于步骤S6的模拟结果， 并结合人体健康风险阈值， 确定研究区域中基于人体健康 风险的安全饮用水区域。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， S1中， 数据采集终端包括地下水位监测仪、 污染物浓度监测 仪以及GPRS模块， 地下水位监测 仪用于采集每日地下水位数据， 污染物浓 度监测仪用于检测地下水中污染物的浓度、 GPRS模块用于定位地下水位监测 井的位置； 在 数据传输过程中， GPRS能够根据现实与地下水模型中地下水监测 井的位置进行精确对应， 并传输地下 水位监测数据、 污染物浓度检测数据以及地下 水监测井的空间坐标。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 在S1中， 所述污染物包括阴阳离子、 重金属 以及有机物污染物， 所述气象数据包括逐日降雨 量和蒸发量数据。 4.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 在S3中， 建立三维网格并进行三维网格剖 分包括采用克里金插值法对研究区的地表高程、 潜水含水层地板和承压含 水层的顶板高程 及底板高程进行插值， 并根据研究区面积(S)进行网格划分。 5.根据权利要求4所述方法， 其特征在于， 根据研究区面积(S)进行网格划分具体包括： 水平方向网格剖分， 水平方向网格剖分为为正方形网格， 网格大小如下： 当研究区面积(S) ＜100km2， 网格大小在30～60m； 当100＜S＜500km2， 网格大小在150～300m； 当500＜S＜ 1000km2， 网格大小在3 00～400m； 当S＞10 00km2， 网格大小扩大到 500m以上。 6.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 在S4中， 地下水动力参数包括水力传导度 系数、 给水度以及储水率。 7.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 在S5中， 三维地下水动态模型的建立包括： 在三维地下水静态模型的基础上， GPRS模块根据定位的空间坐标与模 型中监测井坐标进 行 校对， 在众多监测井中找到对应监测井， 并将地下水位监测仪的每日监测数据导入概念模 型中对应监测井， 同时概念模型将动态地下水位数据赋予网格模型， 并添加 地下水每日监权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114861502 A 2测数据。 8.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 在S6中， 通过如下对流 ‑弥散方程对污染物 在地下水中的溶质运移进行模拟， 计算出地下 水的污染程度、 污染范围及未来演变趋势； 其中： θ 为地下介质的孔隙率； Ck为物质k的溶解浓度， ng/L； t为时间， d； Xi、 j为沿x、 y坐标 轴的距离， m； Dij为流体力学分散系 数张量， m2/d； vi为渗流或线性空隙的流速， m/d， 与单位 流量或达西 流量qi有关， vi＝qi/θ； qs为单位体积含水层的流量， 1/d； Ck  s为物质k在源和汇 中的浓度， ng/L； ∑Rn为化学反应项。 9.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 在S6中， 还包括利用在线监测采集的污染 物浓度与模拟结果进行比较， 以校验 模型。 10.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 在S7中， 根据人体健康风险评价规定阈 值， 计算人体饮用地下水 的最高可接受暴露浓度； 根据溶质运移模型绘制地下水污染光谱 图， 同时根据人体饮用地下水途径计算最高可接受暴露浓度， 划分人体安全接触区域； 人体 饮用地下 水接触受污染地下 水的最高可接受暴露浓度计算如下： 其中： ADD代表平均每日暴露剂量， L/d； EF代表暴露频率， d/a； ED代表平均暴露时， a； C 为地下水中污染物浓度， mg/L； SF是暴露斜率致癌因子， (mg ·kg‑1·d‑1)‑1； BW代表体重， kg； AT代表致癌 作用的平均时间， d； CR为长期暴露于单一污染物条件下的致癌风险值， CR＜10‑6 被认为不存在健康风险。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114861502 A 3