多含水层基坑降水的优化方法、系统及电子设备与流程

1.本发明涉及基坑降水领域，具体涉及一种多含水层基坑降水的优化方法、系统及电子设备。


背景技术：

2.在工程建设开挖基坑时，往往由于地下水位较浅而需要进行施工降水，单层含水层的施工降水设计是比较容易的，可以简单使用解析法进行设计，而当涉及多层含水层时，则不易确定采用解析法设计的降水方案的实际效果。
3.现有技术采用解析法设计的降水方案可能出现无法满足降水需要或者设计井数过多或开采量过大而造成浪费施工成本以及地下水资源的情况。
4.因此亟待提供一种新的技术方案以解决上述技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了克服现有技术存在的利用单一解析法进行基坑降水设计降水效果不佳的问题，提供一种多含水层基坑降水的优化方法、系统及电子设备，所述多含水层基坑降水的优化方法、系统及电子设备既能满足降水需求又可以节约施工成本和地下水资源。
6.为了实现上述目的，本发明一方面提供一种多含水层基坑降水的优化方法，包括以下步骤：s1，获取水文地质参数；s2，进行基坑涌水量计算；s3，进行降水井设计；s4，建立基坑降水的概念模型；s5，利用flowheat软件建立基坑降水的数值模型并进行计算；s6，检验计算结果是否满足基坑内水位降深要求。
7.优选地，所述s1中所述水文地质参数通过开展现场水文地质勘察或收集水文地质勘察资料得到，所述水文地质参数具体包括导水系数、渗透系数、给水度和贮水系数。
8.优选地，所述s2中所述基坑涌水量计算方法为大井法。
9.优选地，所述s3中所述降水井设计包括降水井的数量、井间距、井径、井深及单井出水量。
10.优选地，所述s4具体包括以下步骤：s41，进行地层条件概化；s42，进行边界条件概化。
11.优选地，所述s41以基坑场地为中心，依据场地的实际地层条件，将地层条件概化为地层水平、均质、各向同性二维地下水流运动模型；所述s42根据降水设计方案进行降水井布置，将场地南北两侧影响半径边缘设置为定水头边界，东西两侧设置为隔水边界。
12.优选地，所述s5具体包括以下步骤：s51，选择计算模块；s52，进行参数准备；s53，进行网格剖分；s54，设定边界条件与初始条件；s55，设置水井；s56，模型运行计算；s57，输出计算结果。
13.优选地，所述s6具体包括以下步骤：s61，当基坑内水位降深满足要求，则考虑降水井是否存在优化的空间；s62，当基坑内水位降深不满足要求，则重复步骤s3至s6，直至满足
基坑降水需求。
14.本发明第二方面提供一种多含水层基坑降水的优化系统，所述多含水层基坑降水的优化系统包括：参数获取模块，获取水文地质参数；涌水量计算模块，进行基坑涌水量计算；降水井设计模块，进行降水井设计；概念模型建立模块，建立基坑降水的概念模型；数值模型模块，利用flowheat软件建立基坑降水的数值模型并进行计算；检验模块，检验计算结果是否满足基坑内水位降深要求。
15.本发明第三方面提供一种电子设备，所述电子设备包括存储单元和处理单元，所述存储单元用于存储计算机程序，所述处理单元用于通过所述存储单元存储的计算机程序执行所述多含水层基坑降水的优化方法的步骤。
16.与现有技术相比，本发明所提供的一种多含水层基坑降水的优化方法、系统及电子设备具有如下的有益效果：
17.本发明所提供的一种多含水层基坑降水的优化方法，通过开展现场水文地质勘察或收集水文地质勘察资料，获取水文地质参数；进行基坑涌水量计算；进行降水井设计；建立基坑降水的概念模型；利用flowheat建立基坑降水的数值模型并进行计算；检查计算结果是否满足基坑内水位降深要求。所述方法基于数值模型预测多含水层基坑降水井设计的效果并加以优化，既能满足降水需要又可以节约施工成本和地下水资源，避免不合理设计带来的工程施工费用和时间的浪费。
18.本发明所提供的一种多含水层基坑降水的优化系统及一种电子设备，具有与上述多含水层基坑降水的优化方法相同的有益效果，能够基于数值模型预测多含水层基坑降水井设计的效果并加以优化，既能满足降水需要又可以节约施工成本和地下水资源，避免不合理设计带来的工程施工费用和时间的浪费。
附图说明
19.图1是本发明所述的多含水层基坑降水的优化方法的步骤流程示意图；
20.图2是本发明第二实施例提供的多含水层基坑降水的优化系统的功能模块示意图；
21.图3是本发明第三实施例提供的电子设备的功能模块示意图；
22.图4为地层分布与降水井结构图；
23.图5为研究区网格及降水井分布示意图；
24.图6为基坑附近水位稳定时的水位降深分布示意图。
25.附图标记说明
26.20、多含水层基坑降水的优化系统；21、参数获取模块；22、涌水量计算模块；23、降水井设计模块；24、概念模型建立模块；25、数值模型模块；26、检验模块；30、电子设备；31、存储单元；32、处理单元。
具体实施方式
27.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
28.在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示相对
重要性，或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，除非另有说明，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；“多个”的含义是两个或两个以上。术语“包括”及其任何变形，意为不排他的包含，可能存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。
29.另外，“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的术语，是基于附图所示的方位或相对位置关系描述的，仅是为了便于描述本技术的简化描述，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
30.此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
31.请参阅图1，本发明提供一种多含水层基坑降水的优化方法s10，包括以下步骤：
32.s1，获取水文地质参数。
33.s2，进行基坑涌水量计算。
34.s3，进行降水井设计。
35.s4，建立基坑降水的概念模型。
36.s5，利用flowheat软件建立基坑降水的数值模型并进行计算。
37.s6，检验计算结果是否满足基坑内水位降深要求。
38.所述方法对多含水层基坑降水设计进行优化，是利用数值模型对解析法设计的方案的降水效果进行预测，并形成反馈，帮助设计人员进行决策，选择优选的基坑降水设计方案，从而达到降低施工成本、节约地下水资源的效果。
39.具体地，所述s1中所述水文地质参数通过开展现场水文地质勘察或收集水文地质勘察资料得到，所述水文地质参数具体包括导水系数、渗透系数、给水度和贮水系数。
40.所述s2中所述基坑涌水量计算方法为大井法(即坑道系统的水动力学法)。在涌水量预测中，把坑道系统所占面积简化为一个圆形的大井，然后应用地下水向井运动的公式，预测坑道系统的涌水量。
41.所述s3中所述降水井设计包括降水井的数量、井间距、井径、井深及单井出水量。
42.所述s4具体包括以下步骤：
43.s41，进行地层条件概化。
44.s42，进行边界条件概化。
45.其中，所述s41以基坑场地为中心，依据场地的实际地层条件，将地层条件概化为地层水平、均质、各向同性二维地下水流运动模型；所述s42根据降水设计方案进行降水井布置，将场地南北两侧影响半径边缘设置为定水头边界，东西两侧设置为隔水边界。
46.所述s5具体包括以下步骤：
47.s51，选择计算模块。
48.s52，进行参数准备。
49.s53，进行网格剖分。
50.s54，设定边界条件与初始条件。
51.s55，设置水井。
52.s56，模型运行计算。
53.s57，输出计算结果。
54.所述s6具体包括以下步骤：
55.s61，当基坑内水位降深满足要求，则考虑降水井是否存在优化的空间；
56.s62，当基坑内水位降深不满足要求，则重复步骤s3至s6，直至满足基坑降水需求。
57.上述方法基于数值模型预测多含水层基坑降水井设计的效果并加以优化，既能满足降水需要又可以节约施工成本和地下水资源，避免不合理设计带来的工程施工费用和时间的浪费。
58.请参阅图2，本发明第二实施方式提供一种多含水层基坑降水的优化系统20，其包括：
59.参数获取模块21，获取水文地质参数；
60.涌水量计算模块22，进行基坑涌水量计算；
61.降水井设计模块23，进行降水井设计；
62.概念模型建立模块24，建立基坑降水的概念模型；
63.数值模型模块25，利用flowheat软件建立基坑降水的数值模型并进行计算；
64.检验模块26，检验计算结果是否满足基坑内水位降深要求。
65.具体地，在本实施方式中，有关地质参数获取、涌水量计算、数值模型建立等相关内容，与上述第一实施例中的一致，在此不再赘述。
66.请参阅图3，本发明的第三实施例提供一电子设备30，所述电子设备30包括存储单元31和处理单元32，所述存储单元31用于存储计算机程序，所述处理单元32用于通过所述存储单元31存储的计算机程序执行上述第一实施例中所述多含水层基坑降水的优化方法的具体步骤。
67.在本发明一些具体的实施例中，所述电子设备30可以是硬件，也可以是软件。当电子设备30为硬件时，可以是具有显示屏并且支持视频播放的各种电子设备，包括但不限于智能手机、平板电脑、电子书阅读器、mp3播放器(moving picture experts groupaudio layer iii，动态影像专家压缩标准音频层面3)、mp4(moving picture experts group audio layer iv，动态影像专家压缩标准音频层面4)播放器、膝上型便携计算机和台式计算机等等。当电子设备30为软件时，可以安装在上述所列举的电子设备中。其可以实现成多个软件或软件模块(例如用来提供分布式服务的多个软件或软件模块)，也可以实现成单个软件或软件模块。在此不做具体限定。
68.所述存储单元31包括只读存储器(rom)、随机访问存储器(ram)及硬盘等的存储部分等，所述处理单元32可以根据存储在所述只读存储器(rom)中的程序或者加载到随机访问存储器(ram)中的程序而执行各种适当的动作和处理。在随机访问存储器(ram)中，还存储有所述电子设备30操作所需的各种程序和数据。
69.所述电子设备30还可包括键盘、鼠标等的输入部分(图未示)；所述电子设备30还可进一步包括诸如阴极射线管(crt)、液晶显示器(lcd)等以及扬声器等的输出部分(图未示)；以及所述电子设备30可进一步包括诸如lan卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分(图未示)。所述通信部分经由诸如因特网的网络执行通信处理。
70.特别地，根据本发明公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明所公开的实施例可包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分从网络上被下载和安装。
71.在该计算机程序被所述处理单元32执行时，执行本技术的所述多含水层基坑降水的优化方法中限定的上述功能。需要说明的是，本技术所述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
72.在本技术中，计算机可读存储介质还可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本技术中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。
73.可采用一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明的操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言
--
诸如java、smalltalk、c ，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
74.在本发明的附图中的流程图和框图，图示了按照本技术各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方案中，方框中所标注的功能也可以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，在此基于涉及的功能而确定。需要特别注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
75.在本发明的实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的单元也可以设置在处理器中。
76.作为另一方面，本发明的第四实施例还提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质可以是上述实施例中描述的装置中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该装置中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，所述程序具体包括：获取水文地质参数；进行基坑涌水量计算；进行降水井设计；建立基坑降水的概念模型；利用flowheat软件建立基坑降水的数值模型并进行计算；检验计算结果是否满足基坑内水位降深要求。
77.以下将通过具体实施例对本发明进行详细描述。
78.实施例1
79.请参阅图4-6，通过执行本发明所提供的多含水层基坑降水的优化方法，得到具体过程和结果如下：
80.s1，在基坑降水场地开展水文地质勘察，进行抽水试验，获取水文地质参数，见表1。
81.表1水文地质参数
[0082][0083]
s2，选取基坑长140m、宽60m，采用圆形基坑大井公式计算基坑涌水量，得出潜水含水层水位需要降低5.5m，承压含水层水位需要降低到15m以下。计算结果见表2。
[0084]
表2涌水量计算结果
[0085][0086][0087]
s3，设计20个降水井，井间距为20m，每个井井径为600mm，井深为36m。考虑安全系
数，最终确定单井出水量为11m3/h。
[0088]
s41，以基坑场地为中心，依据场地的实际地层条件，概化为地层水平、均质、各向同性二维地下水流运动模型。
[0089]
s42，按照降水设计方案进行降水井布置，场地南北两侧影响半径边缘设置为定水头边界，东西两侧设置为隔水边界。
[0090]
s51，选用hst3d-cug模块进行计算。
[0091]
s52，输入物理常数、流体参数、常规参考指标、介质参数、水井参数等。物理常数为固定数值，流体参数为地下水的经验参数和本次抽水试验计算成果。见表3。
[0092]
表3模型输入参数
[0093][0094]
s53，以10m为一个节点间距，将研究区含水层在水平方向上剖分为80x80个格网，垂直方向上分为2层。
[0095]
s54，编辑节点属性，将上下边界设置为定水头边界，左右边界设置为隔水边界。对定水头边界上的节点分别设置水头为477.85m、477.25m，水力坡度为0.75
‰
。
[0096]
s55，设计20个降水井，井间距固定20m，井依次命名为w1-w20。井性质设为定流量单井，抽水流量为11m3/h。
[0097]
s56，模拟时长48h，时间步长1h，采用全隐式格式求解控制方程。
[0098]
s6，抽水进行27h后，水位趋于稳定状态，对模拟计算结果利用surfer软件进行插值，基坑内最大降深25.5m，最小降深19.5m。根据地面高程计算降水后基坑内地下水最高和最低水位分别为13.5m和7.5m，满足降水需要。而最高水位只比设计降水要求达到的15m高程低1.5m，降水井设计优化空间不大，则该降水井设计方案合理。
[0099]
与现有技术相比，本发明通过开展现场水文地质勘察或收集水文地质勘察资料，获取水文地质参数；进行基坑涌水量计算；进行降水井设计；建立基坑降水的概念模型；利用flowheat建立基坑降水的数值模型并进行计算；检查计算结果是否满足基坑内水位降深要求。本发明所提供的技术方案基于数值模型预测多含水层基坑降水井设计的效果并加以优化，既能满足降水需要又可以节约施工成本和地下水资源，避免不合理设计带来的工程施工费用和时间的浪费。
[0100]
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。