资源描述：
《MODFLOW和IDP在天津地面沉降数值计算中的应用与开发》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第9卷第2期中国地质灾害与防治学报Vol.9No.21998年5月THECHINESEJOURNALOFGEOLOGICALHAZARDANDCONTROLMay1998MODFLOW和IDP在天津地面沉降数值计算中的应用与开发崔小东(天津市地质环境监测总站,天津,300191)提要本文介绍了美国三维有限差分数学模型MODFLOW的原理、特点及其在天津市区模拟计算中的使用情况。以一维固结理论为基础开发了夹层排水程序包IDP,并与MODFLOW耦合使用,在模拟市区大厚度沉降层的缓慢排水方面有了突破性的进展,从而使地面沉降的模拟和预测由科研转入实用阶段。关键词MODFLOWIDP地面沉降
2、数学模型MODFLOW(AMODULARTHREEDIMENSIONALFINITE-DIFFERENCEGROUNDWATERFLOWMODEL)(模块式地下水三维流有限差分模型)是由美国地调所(USGS)开发的用以模拟地下水三维运动的数学模型。近年来经过不断地修改和完善,它已经成为国际上较为流行的应用软件。之所以能够很快地被水文地质学家接受并加以推广应用,得益于它丰富的内涵和灵活的模块结构。MODFLOW由一个主程序和一系列高度独立的子程序包(MODULES)组成。这些子程序块根据所描述的对象被分别组合成一系列的程序包(PACKAGE)。每个程序包可以用来模拟水文地质系统中的一种
3、特定的水文地质特征。例如河流对地下水的下渗补给及排泄、降雨入渗及蒸发消耗、工作着的抽水井与回灌井以及不同类型的水文地质边界。它可以模拟具有不同水动力待征的地下水运动,如潜水、承压水,也可以模拟地下水的二维、三维及拟三维运动。1993年笔者在天津市地矿局与英国地调所的合作项目中,与英国水文地质学家Dr.Kiching和Mr.Shearer一起应用MODFLOW对天津汉沽含水层系统进行了模拟,并共同开展了IDP夹层排水程序包(In-terbedDrainagePackage夹层排水程序包),用来模拟由于抽取地下水引起的地面沉降。在此基础上,笔者在“八五”国家科技攻关课题《天津市地面沉降机
4、理研究及预测预报、综合治理》中进一步对原模型作了有效的改进,从而使天津市区地面沉降的模拟获得成功。一、MODFLOW原理及模块式结构在MODFLOW中,描述地下水三维运动的微分方程为:hhhhKx+Ky+Ks+W=Ssxxyyzzt式中:Kx,Ky,Kz—含水层沿x、y、z方向的渗透系数(m/d);h—含水层水头(m);W——122—h源汇项(l/d);Ss—含水层单位释水系数(l/m);—水头随时间变化率(m/d)。t将研究区域划分为若干微元之后(图1),其有限差分方程为:CR111i,j-,k(hi,j-1,k-hi,j,k)+CRi,j+,k(h
5、i,j+,k-hi,j,k)222+CC11i-,j,k(hi-1,j,k-hi,j,k)+CCi+,j,k(hi+1,j,k-hi,j,k)22+CV11i,j,k-(hi,j,k-1-hi,j,k)+CVi,j,k+(hi,j,k+1-hi,j,k)22+Pi,j,khi,j,k+Qi,j,k=Si,j,krjCiVkhi,j,k/t2式中CR、CC、CV—沿行、列、层方向的传导力(m/d);P—与水头有关的系统外部流入23项系数(m/d);Q—已知项(m/d);r、c、v—差分网格的长、宽、高(m)。在计算机程序(FOR-TRAN)结构中,每一项实施步骤由过程(
6、PROCEDURE)和程序包(PACKAGE)交织成网状的模块式结构(图2),用户可根据研究区所具有的水文地质现象,对网状结构进行修改,根据需要删除掉若干个包或在适当的集团上增加若干个包。在天津市地面沉降的模拟计算中删除了RCH、DRN、EVT、SOR程序包,增加了IDP程序包。图1含水层系统微分示意图Fig.1DifferentialmapoftheaquifersystemBASBCFWELRCHRIVDRNEVTGHBSIPSORDefine(DF)BASIDFAllocate(AL)BASIALBCFIALWELIALRCHIALRIVIALDRNIALEVTIALGHBIA
7、LSIPIALSIPIALPRRead&Prepare(RP)BASIRPUBCFIRPUSSIPIRPSORIRPOStress(ST)BASISTCERead&Prepare(RP)WELIRPRCHIRPURIVIRPDRNIRPEVTIRPUGHBIRPDUAdvance(AD)BASIADRFormulate(FM)BASIFMBCFIFMSWELIFMRCHIFMRIVIFMDRNIFMEVTIFMGHBIFMApproximate(AP)SI
