B/S架构场地地下水有机污染模拟系统及在线模拟方法

技术领域

本发明涉及污染物模拟技术领域，具体而言，涉及B/S架构场地地下水有机污染模拟系统及在线模拟方法。

背景技术

城市化进程的加快导致了地下水污染日益严重，据不完全统计，我国搬迁遗留严重污染场地超过50万块，污染场地地下水中各类高风险有机污染物(VOC、 SVOC、POPs)浓度普遍超标，部分有机污染物毒性较大且难以自然降解，一旦其渗漏到地下水环境，将形成稳定的污染源，持续释放污染羽并长期危害环境及周边水体健康，各行业正加大环保资金投入，推进地下水污染管控与治理，形成了场地污染调查、监测、风险评估和管控修复设计技术流程和操作规范。

目前各阶段工作存在数据集成化、可视化和模拟分析方面的缺陷，不利于实现高效的场地环境管理与制定经济的污染修复决策，因此，研发场地地下水有机污染模拟与可视化系统，掌握场地污染的分布特征，明确场地的污染边界，是场地有机污染管控和修复的前提和迫切需求。

发明内容

本发明的目的是提供B/S架构场地地下水有机污染模拟系统及在线模拟方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了B/S架构场地地下水有机污染在线模拟方法,包括如下步骤：获取三维地图；在三维地图上圈选模型边界，对该模型边界设置加密点并进行网格剖分；获取基础数据，该基础数据包括污染物的种类、泄露条件、初始条件和地质条件，并将该基础数据赋予网格剖分中；设置计算参数，扩散系数参数，设置好参数后点击计算模型进行模拟；根据计算结果得出预设周期内模型饱和度值，并模型管理中查看不同时间点对应的污染运移数据并分析。

进一步地，所述在三维地图上圈选模型边界，对该模型边界设置加密点并进行网格剖分中，所述网格剖分通过特殊的程序模块meshmaker提供了定义单元几何形状的额外方法，这可以执行网格生成和处理操作，该模块可以生成二维径向对称网格的RZ2D，以及用于一维、二维和三维直线网格的X、Y和Z坐标。

进一步地，所述在三维地图上圈选模型边界，对该模型边界设置加密点并进行网格剖分中，所述加密点包括加密半径、加密尺寸、缓冲半径和缓冲尺寸。

进一步地，所述获取基础数据，该基础数据包括污染物的种类、泄露条件、初始条件和地质条件，并将该基础数据赋予网格剖分中，所述泄露条件，在模型边界中，选择加密点附近为污染物的泄漏点，并设置泄漏速率。

进一步地，所述获取基础数据，该基础数据包括污染物的种类、泄露条件、初始条件和地质条件，并将该基础数据赋予网格剖分中，所述初始条件包括大气边界层压强、温度、包气带和饱水带；所述地质条件包括三种岩性：素填土、淤泥、粉质黏土，参数主要有渗透率、孔隙压缩系数、孔隙度、相对渗透率与毛细压力函数，将设置好的岩性赋值到划分的地层中去。

进一步地，所述根据计算结果得出预设周期内模型饱和度值，并模型管理中查看不同时间点对应的污染运移数据并分析中，模型三维可视化展示与后处理分析包括模型属性查看、竖向缩放显示、模型剖切、开挖、漫游，并支持对模型属性进行筛选分析和体积计算。

进一步地，根据权利要求1所述的初始条件设置模拟系统中的流体包括任意的多相混合物，包括水、NCG和VOCs，根据热力学条件和不同组分的相对含量，流体可能存在于七种不同的相组合中；运移模拟通过以下方式实现：

其中g代表气相，w代表水相，n代表NAPL相，各组分之间的箭头代表因热力学条件改变而导致Newton-Raphson迭代过程中的相间传质路线，假设同种组分不同相态下的化学势相同，则有：

μ

μ

式中：μ

模拟过程中设定理想混合组分中的活度系数和逸度系数为1，根据摩尔分数的比例采用平衡常数表示各相态间的分配系数：

式中：K

进一步地，根据权利要求1所述的线性方程的设置，系统中质量和能量平衡的总控制方程：

式中：V

根据热力学第一定律，热传导控制方程利用局部容积平均法可表示为

ρ

c

式中：ρ

湿度控制方程为

式中：D

依据ANTOINE方程以解释土壤中气体的饱和蒸汽压、平衡蒸汽压与蒸发速率的关系：

D

E＝k

lg P

式中：a为比例常数，为残余饱和度；k

本发明还提供一种B/S架构场地地下水有机污染模拟系统，三维地图模块，用于获取三维地图，模型边界模块，用于在三维地图上圈选模型边界，对该模型边界设置加密点并进行网格剖分；基础数据模块，用于获取基础数据，该基础数据包括污染物的种类、泄露条件、初始条件和地质条件，并将该基础数据赋予网格剖分中；设置模拟模块，设置计算参数，扩散系数参数，设置好参数后点击计算模型进行模拟；结果分析模块，根据计算结果得出预设周期内模型饱和度值，并模型管理中查看不同时间点对应的污染运移数据并分析。

本发明的有益效果是：

1、通过构建模型在模型管理中查看不同时间点对应的污染运移数据并分析，并对模型属性查看、竖向缩放显示、模型剖切、开挖、漫游，并支持对模型属性进行筛选分析和体积计算，提升场地有机物污染的综合管理与决策能力。

2、可将架构场地地下水存污染数据集成化、可视化，可高效的对场地环境管理与制定经济的污染修复决策，实现精准化管控。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的方法流程图；

图2是本发明用户数据进行网格剖分处理流程；

图3是本发明模拟各相态之间的转化关系；

图4是本发明算例的在线建模网格剖分结果；

图5是本发明算例的部分地质参数设置；

图6是本发明算例中的计算参数与扩散系数的设置；

图7是本发明算例的污染物运移模拟结果与系统中的三维展示。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

土壤一般被认为是一种含湿多孔介质，在TCH过程中的传热可以通过热量的传导、对流、相变、辐射以及水分的扩散，压力驱动等方式进行.系统模型假设条件：土壤外部绝热；土壤内部质地均匀；土壤热性能稳定；忽略污染物的传热；土壤中水的密度、导热性及比热容恒定不变。

S1、获取三维地图，以广州溶剂厂场地为例，采用广州溶剂厂详细调查报告数据作为本次模拟的数据来源，模拟计算10年有机污染物在场地中的运移情况，具体阐述本发明方法，包括如下步骤：

S2、在三维地图上圈选模型边界，对该模型边界设置加密点并进行网格剖分；导入mesh文件，调用meshmaker程序模块进行网格剖分，所述网格剖分通过特殊的程序模块meshmaker提供了定义单元几何形状的额外方法，这可以执行网格生成和处理操作，该模块可以生成二维径向对称网格的RZ2D，以及用于一维、二维和三维直线网格的X、Y和Z坐标，所述加密点包括加密半径、加密尺寸、缓冲半径和缓冲尺寸在地下水有机污染运移建模过程中，可在场地框选一发生泄漏的重点区域作为污染物运移建模的边界，之后对该平面区域设置加密点并进行网格剖分，通过网格文件的导入或设置网格剖分参数与加密点，将框选的平面区域转化为三维模型进行网格剖分，在本算例中设置加密点位为模型左上角，加密半径为3.65m，加密尺寸为1.22m，缓冲半径为3.66m，缓冲尺寸为2.58m，如图4所示。

S3、获取基础数据，该基础数据包括污染物的种类、泄露条件、初始条件和地质条件，并将该基础数据赋予网格剖分中，所述泄露条件，在模型边界中，选择加密点附近为污染物的泄漏点，并设置泄漏速率，所述初始条件包括大气边界层压强、温度、包气带和饱水带；

所述地质条件包括三种岩性：素填土、淤泥、粉质黏土，参数主要有渗透率、孔隙压缩系数、孔隙度、相对渗透率与毛细压力函数，将设置好的岩性赋值到划分的地层中去，网格剖分完成后，在系统污染物库选择需要模拟运移的污染物苯，之后便可以导入地层文件生成模型地层，即三维地层模型已建立完成，本算例导入的地层文件将模型划分为四个地层，从上到下分别为大气边界层、包气带层1、包气带层2、饱水带层，并按照划分地层对其初始状态分别进行设置本算例中将大气边界层压强设置为1.01E5Pa，温度设置为36.5℃；包气带层1压强设置为1.02E5Pa，温度为30.8℃；包气带层2压强设置为5E4Pa，温度为50.5℃；饱水带层压强设置为1E4Pa，温度为40.2℃。

S4、设置计算参数，扩散系数参数，设置好参数后点击计算模型进行模拟；设置模型中的岩性材料参数，本算例中共三种岩性：素填土、淤泥、粉质黏土，参数主要有渗透率、孔隙压缩系数、孔隙度、相对渗透率与毛细压力函数，之后便是将设置好的岩性赋值到划分的地层中去，至此算例的地质模型已经刻画完成，最后一步为设置污染物泄露条件，在配置点边界条件中，选择加密点附近为污染物的泄漏点，并设置泄漏速率为3e-5kg/s，如图5所示。

模型设置完成后对计算程序做一定设置并设置好各相的扩散系数。

S5、根据计算结果得出预设周期内模型饱和度值，并模型管理中查看不同时间点对应的污染运移数据并分析，计算完成之后可以基于三维GIS对模型进行三维可视化展示与后处理分析，包括模型属性查看、竖向缩放显示、模型剖切、开挖、漫游，并支持对模型属性进行筛选分析和体积计算。

图7中所示为SO(NAPL相的饱和度)的计算结果，从模型三维展示可以明显看出污染物的分布，由图7中饱和度数值SO定义框可知数值越大，污染越严重，反之，污染越轻。

本发明还提供一种B/S架构场地地下水有机污染模拟系统，三维地图模块，用于获取三维地图，模型边界模块，用于在三维地图上圈选模型边界，对该模型边界设置加密点并进行网格剖分；基础数据模块，用于获取基础数据，该基础数据包括污染物的种类、泄露条件、初始条件和地质条件，并将该基础数据赋予网格剖分中；设置模拟模块，设置计算参数，扩散系数参数，设置好参数后点击计算模型进行模拟；结果分析模块，根据计算结果得出预设周期内模型饱和度值，并模型管理中查看不同时间点对应的污染运移数据并分析，。

通过集成场地地下水环境信息数据集成管理、建模过程图形化、污染物运移过程场景可视化于一体的B/S架构场地地下水有机污染模拟与可视化系统，提升场地有机物污染的综合管理与决策能力。

基础数据模块，通过Web端数据库技术对场地调查和监测的数据进行集成管理，同时为后续构建多场耦合模型提供基础数据，对接模型输入所需的数据格式，实现建模过程中数据的直接调用，系统内数据主要分为两种类型进行存储，一种是离线的高精度影像地形服务数据，包括高精度影像瓦片服务、高分辨率三维地形服务、三维模型数据等；另一种是与场地、用户有关的数据，包括钻孔数据、土壤孔隙度数据、土壤渗透系数数据、地下水数据等采样数据以及用户信息等系统数据，对于这种数据采用PostgreSQL数据库进行存储。

设置模拟模块，三维场景可视化漫游，采用了开源虚拟地球框架Cesium作为三维可视化平台，Cesium提供了强大的GIS数据渲染和展示功能，为场地数据的三维可视化展示提供，支持多种、多源的图层影像，用户可以自己调用自己的地图服务来加载所需要的地图影像，Cesium提供了高精度的坐标参考系统和快速的坐标转化功能，还提供了线性差值、拉格朗日差值和埃尔米特差值等各种差值算法，有高精度的三维地理空间数据表示功能。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。