地下水数值模拟研究现状及发展趋势.pdf

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1、第1期总第223期农业科技与装备No．1TotalNo．223兰Q!兰±!塑垒g堕￡旦!堕型墨!!竺翌竺竺垒!竺!垒里竺!竺￡Ⅸ兰里鱼里g旦!巳里兰望!．I兰翌：至Q!兰地下水数值模拟研究现状及发展趋势孙放(昌图县水利局，辽宁铁岭112500)摘要：在简单介绍国内外地下水数值模拟的研究发展现状的基础上，详细探讨分析我国地下水数值模拟研究中存在的主要问题及其发展趋势，为提高我国地下水数值模拟结果的准确性提供科学参考。关键词：地下水；数值模拟；现状；问题；趋势’中图分类号：TV213．9文献标识码：A文章编号：1674一l161(2013)01—0055—02地下水系统数值模拟是定量分析地下水资

2、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、灌溉人渗量及泉水溢出量，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、灌溉人渗量、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国内外地下水数值模拟研究发展状况1．1国外地下水动态预测最早采用的是比较简单的水均

3、衡法及水文地质比拟法。1905年．E．梅勒第一次用解析法论证了泉水流量预测方法。20世纪50年代后期，r．H．卡门斯基在考虑降水入渗的情况下，通过有限差分法预测地下水动态变化规律。20个世纪80年代后期。随机法在国外迅速发展起来。目前．国际上采用的地下水分析计算方法有数值模拟法、水动力解析法、电网络模拟法、水均衡法等。数值模拟法方便灵活。适用于各种复杂水文地质条件，广泛应用于各种实际工作。其计算原理为：利用地下水动态模拟软件和高性能的数值计算机，建立分析地区的地层三维模型，再将其划分成众多的规则单元并分别计算。最后将计算结果综合输出。国外的研究成果更多的体现在一些专业软件上，目前应用较广的地

4、下水可视化软件主要是美国地质调查局(USGS)的MODFLOW(ModularThree—Dimen一收稿日期：2012—10—12作者简介：孙放(1973一)，女，工程师，从事水资源及农村水利工程管理工作。sionFinite-differenceGroundwaterFlowModle)、加拿大Waterloo水文地质公司的VisualGroundwater、Vi—sualMODFLOW、VMOD3D—Explorer，以及美国杨伯翰大学环境模拟实验室和美国陆军水路试验站合作开发的GMS(TheDepartmentofDefenseGroundwaterModlingSystem)。近年

5、来，国外该领域的研究主要是针对数值模拟法的薄弱环节，提出新的思维方法，采用新的数学工具，分析不同尺度下的变化情况．合理描述地下水系统中的不确定性和模糊因素。该领域科学家在地下水系统数值模拟的工作程序、步骤方面达成了一致。强调水文地质条件合理概化的重要性，并深入探讨尺度转换问题和量化不确定因素问题。研究人员广泛应用地下水系统数值模拟软件和3S技术。不断加强数值模拟法的功能，并通过与其他模型耦合来发挥其独特优势。1．2国内20世纪70年代中后期，国内才开始采用确定性方法预测地下水动态，而随机模拟法在近十几年才刚刚发展起来，而且研究有限。从80年代以来．我国开始应用MODFLOW法。并在此基础上发

6、展出一些新算法。中国地质大学环境学院与美国、加拿大、以色列、德国、荷兰、南菲等国家进行合作，获得了许多成果：GPS和卫星应力遥感技术应用于京津唐地区地质灾害检测预报；RS技术应用于塔里木盆地南缘大中型河流变迁研究；大庆地区地下水位动态观测网优化设计及信息研究系统、陕西泾河东庄水库蓄水后的渗流场和水库渗漏量预测、南水北调中线(北京段)地下水数值模拟、北京市地下水回灌区域的模拟分析等预测研究成功实现。南水北调中线河北省段所经过的太行山山前平原区地形地貌复杂，地下水亦呈多种形态．其扬压力对渠道衬砌板的稳定具有反作用。另外，地下水位亦56农业科技与装备是边坡稳定分析及防冻设计的重要参数。在此情况下，

7、研究者选用水均衡法进行地下水位预测，且预测成果可靠。目前。此项预测成果已在河北省总干渠设计中应用并向全线推广。近几年，随着新技术、新方法的广泛应用，我国的科学家在建立地下水系统数值模拟模型过程中。不断创新理论和方法．通过数值模型理论与相关研究理论结合．不断提高模拟结果的可靠性。孙讷正与陈葆仁等分别在其专著里对随机数值模拟进行简单介绍。杨金忠对多孔介质中水分及溶质运移的随机理论进行总结性介绍。诸云强、宫辉力等以