地下水数值模拟报告 - 图文

中国地质大学 研究生课程论文封面

地下水数值模拟模型建立的一般步骤

课程名称：地下水数值模拟 教师姓名： 研究生姓名： 研究生学号： 研究生专业： 所在院系： 类别： B.硕士 日期： 2014 年12月31日

评语

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摘要

随着工农业生产的发展和人民生活水平的提高，水资源的供需矛盾日渐突出，大量开采地下水，产生了诸多的地质环境问题，如区域水位大幅下降，漏斗不断扩大，产生地面沉降、塌陷、水质恶化、泉水干涸等问题。因此对地下水资源的合理开发利用提出了更高的要求，即要从定量角度对地下水资源进行预测和评价，建立合理的开发利用方案。但水文地质条件客观的复杂性，限制了用地下水动力学中建立的解析法解决问题的广泛性。于是，70年代初以来，随着电子计算机的发展，地下水数值模拟技术逐渐渗透到水文地质学科，开拓了水文地质领域的定量计算。人们通过地下水数值模拟技术，来获得满足一定工程要求的数值解，尤其在水量计算、资源评价、地下水污染预测、地下水的合理开发和地下水资源管理等方面应用更加广泛。经过20年的探索和实践表明，地下水数值模拟对水文地质学科中某些理论和实际问题的解决起了很大作用，构成现代水文地质学科形成和发展的重要推动力之一，己成为人们揭示水文地质规律和资源评价与管理中必不可少的工具。

地下水系统数值模拟是定量分析地下水资源和地下水环境变化的手段。其实现过程为：在给定的地下水系统水文地质条件下，从初始状态开始，根据初始水位及地面标高等确定初始蒸发量、灌溉入渗量及泉水溢出量，再由边界附近的初水力梯度确定边界流量，然后通过上述定解条件对数学模型离散求解，得到下一时刻各点的水位（包括边界水位）。根据求得的水位，确定新的蒸发量、灌溉入渗量、泉水溢出量、边界水力梯度和边界流量，为下一步计算提供依据。不断重复上述过程，就可实现地下水动态数值模拟。此模拟过程避免了定解条件的先验给定，由具体的开采规划和开采后的水文地质环境来确定新的补排关系。

地下水数值模拟广泛应用于地下水位预测、地下水资源开发利用规划、地下水循环机制研究、地下水溶质及热运移研究、地下水资源预报与评价等，并在我国取得了巨大成就。

关键词：地下水数值模拟；溶质运移；模型建立；

目录

摘要 .................................................................................................................................................. 3 目录 .................................................................................................................................................. 4 第一章 绪论 ..................................................................................................................................... 5

§1.1 问题的提出 ...................................................................................................................... 5 §1.2 研究现状 .......................................................................................................................... 5

1.2.1 国外研究现状 ......................................................................................................... 5 1.2.2 国内研究现状 ......................................................................................................... 6 §1.3 研究目的及意义 .............................................................................................................. 7 第二章 地下水数值模型的过程 ..................................................................................................... 8

§2.1 水文地质概念模型 .......................................................................................................... 8

2.1.1水文地质概念模型分析 .......................................................................................... 8 2.1.2 MODFLOW模型水文地质资料 ............................................................................ 8 §2.2 MODFLOW数学模型 ................................................................................................... 10

2.2.1 方法分类 ............................................................................................................... 10 2.2.2 MODFLOW模型实例 .......................................................................................... 11 §2.3 溶质运移模型 ................................................................................................................ 12

2.3.1 溶质运移模型的建立 ........................................................................................... 12 2.3.2 溶质运移数值模拟-MT3D ................................................................................... 12 2.3.3 溶质运移模型 ....................................................................................................... 13

第三章 模型校验，预测及参数灵敏度分析 ............................................................................... 15

§3.1模型校验 ......................................................................................................................... 15

3.1.1 模型校验 ............................................................................................................... 15 3.1.2 模型预测 ............................................................................................................... 15 §3.2 参数灵敏度分析 ............................................................................................................ 15 第四章 结论与建议 ....................................................................................................................... 16

§4.1 结论 ................................................................................................................................ 16 §4.2 建议 ................................................................................................................................ 16 参考文献......................................................................................................................................... 17

第一章 绪论

§1.1 问题的提出

地下水作为中国重要的供水水源，维持着全国近 70%人口的饮用，40%的农田灌溉，

在保证居民生活用水、社会经济发展和生态环境平衡等方面，起着不可替代的作用。近几十年来日益加剧的人类活动破坏了地下水资源的平衡同时也造成巨大的经济损失，如过量开采引起的水资源枯竭、海水入侵、地面沉降和塌陷、土壤次生盐渍化和次生沼泽化等。当今地下水资源的可持续利用，紧密关系到国民经济的可持续发展。随着计算机技术的飞速发展，数值手段开始引用，各种地下水数值模型和模拟软件被逐渐开发出来。利用地下水数值模型模拟地下水流和溶质运移，用以评价地下水资源的合理开发、预测地下水污染，达到可持续利用地下水资源的目的。这种模拟方法以快捷、有效、灵活、经济等特点逐渐成为地下水研究领域的一种不可或缺的重要方法，受到人们越来越多的关注。在我国，通过数值模拟技术已解决地下水流、水质、污染物在地下水中的运移、淡-咸水分界面移动、地下水热运移及含水介质形变、地下水最优管理等问题。

地下水系统数值模拟是定量分析地下水资源和地下水环境变化的手段。其实现过程为：在给定的地下水系统水文地质条件下，从初始状态开始，根据初始水位及地面标高等确定初始蒸发量、灌溉入渗量及泉水溢出量，再由边界附近的初水力梯度确定边界流量，然后通过上述定解条件对数学模型离散求解，得到下一时刻各点的水位（包括边界水位）。根据求得的水位，确定新的蒸发量、灌溉入渗量、泉水溢出量、边界水力梯度和边界流量，为下一步计算提供依据。不断重复上述过程，就可实现地下水动态数值模拟。此模拟过程避免了定解条件的先验给定，由具体的开采规划和开采后的水文地质环境来确定新的补排关系。

§1.2 研究现状

1.2.1 国外研究现状

最早对地下水进行动态分析，采用的是比较直观也是最为简单的水均衡方法以及水文地

质比拟方法。十九世纪中叶，法国人达西在总结前人实践的基础上，通过试验提出了水在孔隙介质中渗透的线性渗透定律，即达西定律；稍后，袭布衣以达西定律为基础，研究了单向和平面径向稳定运动，奠定了地下水稳定流理论的基础。1905年，梅勒第一次用解析法论证了泉水流量的预测方法。

1935年，泰斯提出了地下水向承压水井的非稳定流公式，开创了现代水文地质计算的历史。五十年代，随着深层承压水的开发利用，代雅柯布、汉土什等人研究了有越流补给的情况，接着出现了考虑无压含水层迟后反应、非完整井等情况下的解析解。同时把稳定流计算中己经行之有效的叠加原理、映射法应用到非稳定流计算中来，以解决井群干扰和边界的影响以及抽水流量呈阶梯式变化等非稳定流动问题。20世纪50年代后期，T.H.卡门斯基在解析法分析群孔潜水动态的基础上，系统地研究了存在降水入渗条件下的有限差分法，并用它来预测地下水动态的变化。

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