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如何建立『三维水文地质结构模型』和『地下水流数值模拟模型』

来源:网络 作者:管理员 发布时间:2019-06-06 点击量:449次

一、基础图件和资料

用于划分水文地质单元,确定模型的边界和范围,并作为模型的工作底图(注意底图的比例尺和坐标的转换和统一)。

1.    地形地貌图;

2.    第四纪地质图;

3.    水文地质图;

4.    地下水等水位线及埋深图;

5.    研究区遥感影像数据;

6.    地表数字高程模型数据(DEM);

7.    前人有关区域地下水、地表水方面的调查、勘察、研究报告及成果。

二、模型结构

为建立研究区水文地质模型和地下水流模拟模型,首先要对研究区的地质和 水文地质条件加以概化,建立水文地质概念模型(含水层和隔水层(弱透水层)的空间分布),进而建立数值模型。

1.  尽可能多的水文地质剖面图(要有剖面线的位置);

2.  尽可能多的地质、水文地质钻孔资料,深孔资料尤为重要,要有钻孔的 名称、地理位置(坐标)、孔口标高、终孔深度、分层信息和岩性描述;

3.  模型范围:最好以完整的水文地质单元(地下水系统)作为模拟区。如 边界太远,可考虑模拟区范围尽量大些,或采用模型嵌套技术。

三、模型参数

1.  潜水、承压水含水层和弱透水层水平、垂向渗透系数(K)分区图和值(根据岩性和抽水试验分区);

2.  潜水含水层给水度(?)分区图和值;

3.  承压水含水层储水率(Ss)分区图和值;

4.  弱透水层(隔水层)储水率(Ss)分区图和值;

5.  各层有效孔隙度(此项在MODPATH中应用,MODFLOW模拟不使用)、总孔隙度(在MODFLOW模拟中不使用);

6.  各类抽(渗)水试验资料和成果;

四、源汇项(地下水开发利用情况)和边界条件

区内潜水的主要补给方式为大气降水入渗补给、灌溉入渗补给、渠系渗漏补 给、河流侧渗补给和地下水径流补给,主要排泄方式为人工开采、蒸散发、侧向径流、向河流排泄和越流补给承压水。承压水的补给来源有自北部区外的侧向径流流入和上部潜水的越流补给,排泄方式为径流、人工开采和顶托补给潜水。各项均换算成相应分区的开采强度,然后分配到相应的单元格。

1.  大气降水入渗补给量(模拟期逐月降水量、降水入渗系数及其分区);

2. 灌溉水入渗补给(回归)量(农业灌溉分布图,灌溉总用水量(包括地 表水)、灌溉入渗系数及其分区);

3.  渠系渗漏补给量(渠系引水量和渗漏补给系数);

4. 河水侧渗补给量(河流的基本参数,如河流起点和终点的河水位、河床 底板标高、河床厚度、河床渗透系数、河流宽度等);

5.  人工回灌井分布位置、回灌层位和回灌量;

6.  潜水蒸发排泄量(逐月蒸发量,蒸发系数,潜水蒸发极限埋深分区图);

7. 人工开采量(水源地生产井、农业开采井、其它集中开采井和大型自备井的分布位置、开采深度(层位)和开采量;

8.  不使用水源地和其他集中开采井水资源的城镇居民的数量和用水量;

9.  工业及乡镇企业用水量;

10.农村人牲饮用水量;

11.模型边界类型划分及流入流出量。 在前处理中必须对各个补排项进行累计,求出其代数和。


边界条件

边界条件:通常以具有水文地质意义的界面作为模型的边界,主要有:地貌 单元的分界线、地层界限、阻水断层、与地下水有水力联系的河流,边界很远的 情况下可考虑通过边界的灵敏度分析确定边界位置。边界条件类型有三类:一类边界条件;二类边界条件;三类(混合)边界条件。

(1)潜水含水层的侧向边界概化

以常年有水的河流为界,概化为已知水头的一类边界;其它边界上水位动态观测井较多,故概化为已知水位的一类边界。

(2)承压含水层的侧向边界概化 

计算区边界上的水位动态观测孔较多,故将孔隙承压含水层边界概化为已知水头的一类边界。

(3)含水层垂向边界概化 

潜水含水层的上部边界为水量交换边界,有降水入渗、河道渗漏、灌溉渗漏(井灌、渠灌)和潜水的蒸发及人工开采;下部边界在单一含水层分布区,下面 直接与基岩接触,为隔水边界,如果为双层含水层,下面有孔隙承压水,则为越流边界;

承压含水层的上部边界一般为弱透水层,承压水可通过该层与上部潜水进行 水量交换,为越流边界,下部直接与相对隔水的基岩(泥岩、页岩等)接触,故为相对隔水边界。

五、地下水流场和动态

 1.初始流场和模拟期末流场; 地下水位统测数据,最好模拟期始、末各有一次统测数据,作为模型的初始流场和验证流场,要求:初始流场最好为枯水期末,统测数据要基本能绘制出主要含水层的流场等值线。

 2.长期观测孔连续的水位观测值,观测点越多越好。地下水长期观测数据:模拟期至少要每月一个观测数据,要有代表性和典型性,反映区域和水源地地下水动态变化特征。反复调整数值模型的渗透系数、贮水系数,以及边界条件数值大小,使计算流场图与实测流场图最为逼近,形态、趋势基本一致。

六、规划资料

1.区域水资源供需方面的调研报告和成果;

 2.区域中长期供水规划。

Surfer/ArcGIS/Visual Modflow/GMS Modflow均可同时绘制地下水等水位线和流向。


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