一种地下水流场可视化方法与流程

本发明属于地址勘测技术领域，具体涉及一种地下水流场可视化方法。

背景技术：

针对我国水资源、水生态、水环境面临严峻的形势，2011年中央一号文件明确提出要实行最严格的水资源管理制度，通过建立“三项制度”，确立“三条红线”，着力改变当前水资源过度开发、用水浪费、水污染严重等突出问题。由于水文地质条件及地下水开发利用状况具有明显的区域空间差异特征，对地下水的管理很难划定统一指标、制定统一的管理方法来进行控制。因此，根据各个地区地下水资源的类型分布、开采现状、用水需求、可开采量以及环境地质条件等的差异，需要因地制宜的设计地下水资源的管理方法。

地下水流场就是一个区域的地下水在宏观的流速、流向、范围等特征的概念。基于地下水流场进行地下水资源管理，可以实现对各区域地下水的水位动态特征表达，获得覆盖研究区域的水位红线分析结果。然而，如何将地下水赋存运动规律和动态特征实现地下水流场的可视化，一直是水文地质学的一个难题。

流线是由同一时刻不同流点组成的曲线，曲线上的任一点的速度矢量均与这条曲线相切。而地下水各点的流速与流向是可以计算出来的，是能够确定的。因此，通过确定地下水各点的流速与流向就可以拟合出地下水流线，从而可视化整个地下水流场。这种通过地下水各点流速与流向拟合的方式可以称为种子点法，各拟合点即为种子点。

理论上来说，只要播种足够多的种子点，就可在流场中生成足够多的流线，这样就不会丢失任何流场的特征。但是实称上，种子点和终止点选取策略不好，可能会产生流线杂乱或出现大片空白的情况。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种过程简单、易于实现的基于流线的地下水流场可视化方法。

具体地说，本发明是采用以下技术方案实现的，包括以下步骤：

1)生成地下水所在区域的等水位线；

2)对地下水所在区域进行规格网格的划分，所述规则格网用来控制和显示小网格覆盖区域是否有流线经过；

3)生成初始种子点，将每个网格中有最高等水位线的小网格作为初始种子点的所在网格；

4)进行流线分析：先取出一个初始种子点，判断该初始种子点是否为终止点，所谓终止点是指已经到了规则格网的边界；如果是终止点，则取下一个初始种子点进行分析，如果不是终止点，则计算该种子点的流速；如该种子点的流速小于设定的阈值则认为该种子点对应的流线已经终止，否则取下一个初始种子点进行分析；直至所有的初始种子点都分析完毕；最后根据各初始种子点的流速与流向，生成流线，进而借助流线可视化地下水流场。

上述技术方案的进一步特征在于：包括以下步骤：

5)初始种子点生成流线后，检查流线是否经过兴趣区域，如果流线未经过兴趣区域，则兴趣区域设置种子点并以步骤4)的方法进行流线分析。

上述技术方案的进一步特征在于：还包括以下步骤：

6)遍历所有的小格网，如果发现有大片的小格网没有已生成的流线经过，且这片区域中有除最高等水位线外的等水位线，则在这片区域设置种子点并以步骤4)的方法进行流线分析，从而对种子点实现加密，生成流线。

上述技术方案的进一步特征在于：：所述步骤1)中，通过调用地下水水位动态数据库中各相应时间的水位数据，生成相应时间的地下水的等水位线。

上述技术方案的进一步特征在于：所述规则格网的长宽由需要生成的流线密度决定。

上述技术方案的进一步特征在于：当进行流线分析时，如待分析的种子点与已生成的流线的间距小于设定的阈值，则终止该种子点的分析。

本发明的有益效果如下：本发明基于流线绘制实现地下水流场的可视化，能够很好地揭示流场的走向。在此基础上，通过地下水流场与研究区、开采井位置等数据叠置分析，可快速、准确了解各地区的地下水开采情况，为规划地下水的开采方案和制定地下水恢复治理措施提供科学的数据依据。

附图说明

图1是本发明方法的流程示意图。

图2是流线种子点选取示意图。

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详细描述。

实施例1：

本发明的一个实施例，为一种地下水流场可视化方法，其基于流线绘制实现地下水流场的可视化，能够很好地揭示流场的走向。

流线是由同一时刻不同流点组成的曲线，曲线上的任一点的速度矢量均与这条曲线相切。而地下水各点的流速与流向是可以计算出来的，是能够确定的。因此，通过确定地下水各点的流速与流向就可以拟合出地下水流线。这种通过地下水各点流速与流向拟合的方式可以称为种子点法，各拟合点即为种子点。

理论上来说，只要播种足够多的种子点，就可在流场中生成足够多的流线，这样就不会丢失任何流场的特征。但是实称上，种子点和终止点选取策略不好，可能会产生流线杂乱或出现大片空白的情况。考虑到地下水流动的特点、兴趣区域以及可视化效果，本实施例采用最高等水位线和规则格网作为辅助来选取初始种子点。

如图1所示，首先要生成地下水所在区域的等水位线，可以调用地下水水位动态数据库中各相应时间的水位数据，生成相应时间的地下水的等水位线。然后，根据生成的地下水的等水位线，划分规则格网。规则格网用来控制和显示小网格覆盖区域是否有流线经过，其中小网格的长宽由需要生成的流线密度决定。

规则格网生成后，开始生成初始种子点。对每个网格中有最高等水位线的小网格作为初始种子点的所在网格。初始种子点选取如图2所示，其中图中网格中有◎的初始种子点。

流线的具体生成过程为：先取出一个初始种子点，判断该初始种子点是否为终止点，所谓终止点是指已经到了规则格网的边界。如果是终止点，则取下一个初始种子点进行分析，如果不是终止点，则计算该种子点的流速。假设该种子点为p点，如p点的流速小于设定的阈值(比如速度为0时)则认为该流线已经终止，否则取下一个初始种子点进行分析。按上述方法直至所有的初始种子点都分析完毕。最后根据各初始种子点的流速与流向，生成流线，进而借助流线可视化地下水流场。

初始种子点生成流线后，还需要检查兴趣区域是否有已生成流线经过。如果兴趣区域是空白则要在兴趣区域设置种子点并进行相应流线分析，流线分析的方法同上。所谓兴趣区域是水文地质工作重点关注的地方，如地下水超采区、供水水源地、生态脆弱区及水资源管理和保护重点区等或者是可以反映地下水特点的具有代表性的区域。这些区域的水位变化通常会对资源、环境和生态产生较大影响，因此在可视化地下水流场时需要可视化出这些区域的水流情况。

此后遍历所有的小格网，如果发现有大片的小格网没有已生成的流线经过，且这片区域中有其他等水位线(即除最高等水位线之外的等水位线)，则在这片区域设置种子点并进行相应流线分析，从而对种子点实现加密，生成流线。

为防止流线过密，在进行流线分析中，如待分析的种子点与已生成的流线的间距小于设定的阈值，则终止该种子点的分析。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。