基于Modflow的某水源区地下水开采三维数值模拟_路瑞利
地下水流模型MODFLOW简介
在空间离散上，MODFLOW 对含水层采用等距或不等距正交 的长方体剖分网格。 用户易于准备数据文件，便于输入文件的 规范化。MODFLOW 模拟系统中引入了应力期的概念。整个 模拟期可划分为若干应力期可再划分为 若干时间段。
三维有限单元地下水流的溶质运移模拟并可模拟热运移
HST3D GUIPIE
Visual Groundwater
Ken. Kipp博士
ＨＳＴ３Ｄ的可视化界面
加拿大Waterloo水 专门的可视化，包括钻孔、水位、地球化学资料的三维可视化，能够把其他软件
文地质公司
模拟的网络化离散数据三维可视化显示
Argus ONE 美国地质调查局 专门的可视化，可以作为ＭＯＤＦＬＯＷ、ＳＵＴＲＡ等模拟软件的可视化平台
大差异 地下水、地表状况、土壤、植被、气候变量和土地
利用等都存在时空变异性，模型的耦合集成存在较大 的难度。
2.地下水数值模拟发展趋势
(3)勘探技术水平还有待于进一步提高 随着计算机的广泛应用，计算机软浸实现了对大量水文地质学
及地下水动力学问题的模拟，其计算能力远远超过人们获取数值 模型所需野外资料的能力。因此，野外资料的准确性及全面性就 决定了数值模拟的精度。 (4)物化反应和生化作用的溶质迁移模型
设计新颖的菜单结构允许用户非常容易地在计算机上直接圈定模型区 域和剖分计算单元, 并可方便地为各剖分单元和边界条件直接在机上赋值, 做到真正的人机对话。用户可单独或共同运行MODFLOW、MODPATH和MT3D三 大部分。Visual MODFLOW的最大特点是将数值模拟评价过程中的各个步骤 有机的结合起来，从开始建模、输入和修改各类水文地质参数与几何参数、 运行模型、反演校正参数，一直到显示输出结果，使整个过程从头至尾规 范化、系统化。
基于三维随机水文地质结构模型的地下水流数值模拟:以西辽河平原为例
基于三维随机水文地质结构模型的地下水流数值模拟：以西辽河平原为例孙倩;邵景力;崔亚莉;王玉龙;薛俊环;马涛【摘要】为了探究水文地质结构对地下水流数值模拟的不确定性,可以运用随机模拟建立地下水位的预测模型.根据转移概率地质统计方法模拟多孔介质岩性分布,利用非线性规划的思路计算岩性与水文地质参数之间的关系,从而建立相对精确的随机水文地质参数场.将不同的水文地质参数场运用到MODFLOW中,得到不同的随机模拟结果.通过比较随机模型和确定模型的末流场拟合情况以及水位动态拟合图,发现确定模型和随机模型具有相似趋势,都能与实测流场拟合较好,但是随机模型更能体现真实的水文地质特征.对随机模型预测10年后的地下水水位做不确定性分析,得到水位平均变幅介于-5～5 m之间,且95％置信度水位变幅的平均上限线约为0.146 m.研究结果为决策者提供科学依据.【期刊名称】《现代地质》【年(卷),期】2019(033)002【总页数】10页(P451-460)【关键词】TPROGS;水文地质参数;随机;非线性规划;不确定性【作者】孙倩;邵景力;崔亚莉;王玉龙;薛俊环;马涛【作者单位】中国地质大学(北京)水资源与环境学院,北京100083;中国地质大学(北京)水资源与环境学院,北京100083;中国地质大学(北京)水资源与环境学院,北京100083;内蒙古自治区第四水文地质工程地质勘察院,内蒙古通辽028000;内蒙古自治区第四水文地质工程地质勘察院,内蒙古通辽028000;中国地质调查局水文地质环境地质调查中心,河北保定071051【正文语种】中文【中图分类】P6410 引言地下水流随机模拟是近年来研究的一个热点，越来越多的学者发现用一个确定模型来描述复杂的水文地质现象是不合理的[1-3]。
例如，边界条件的概化、地质体和水文地质条件的复杂性，以及通过有限的勘探试验得到有限的水文地质参数等，都会使得所建立的地下水数值模拟具有很大不确定性[3]，其中水文地质参数的空间变异性对地下水环境的影响非常显著[4]。
基于Visual_MODFLOW的丰南区北刘堼水源地地下水位预测
总754期第二十期2021年7月河南科技Henan Science and Technology基于Visual MODFLOW的丰南区北刘堼水源地地下水位预测温海燕1吕昊楠2（1.河北省唐山水文勘测研究中心，河北唐山063000；2.华北水利水电大学河南郑州450045）摘要：为满足河北省唐山市丰南城区用水需求，解决高峰期供水不足问题，拟在北刘堼水源地原有18眼水源井基础上，增建6眼水源井。
为此，本文采用Visual MODFLOW数值模拟方法建立水文地质概念模型和数学模型，按照拟建开采方案分别对项目满负荷开采2、5、10、20年后的地下水流场及降深场进行预测，从而得到新增水源井地下水位降深值、地下水位平均降速、漏斗中心降深变化情况。
关键词：Visual MODFLOW；地下水位；预测；数值模拟中图分类号：P641.2文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）20-0013-03 Groundwater Level Prediction of the Beiliuheng Water Source Areain Fengnan District Based on Visual MODFLOWWEN Haiyan1LYU Haonan2（1.Tangshan Hydrological Survey and Research Center of Hebei Province，Tangshan Hebei063000；2.North china Univevsity ofWater Resources and Electric Pouev，Zhengzhou Henan450045）Abstract:In order to meet the water demand in Fengnan City and solve the problem of insufficient water supply dur⁃ing peak periods,it is planned to build6additional water source wells on the basis of the original18water source wells in the water source area of Beiliuheng.Therefore,the Visual MODFLOW numerical simulation method is used to establish the hydrogeological conceptual model and mathematical model.According to the proposed mining plan, the groundwater flow field and drawdown field after the project is fully mined for2,5,10,20years and get the change of the groundwater level drop value,the average groundwater level drop speed,the depressioncenter drop for the new⁃ly added water source wells.Keywords:Visual MODFLOW；groundwater level；prediction；numerical simulation近年来，丰南城区的用水量呈快速增长趋势，在夏季用水高峰期，即使所有水源井满负荷运转，也不能满足用水需求［1］。
Visual MODFLOW在地下水模拟中的应用分析
Visual MODFLOW在地下水模拟中的应用分析【摘要】：采用Visual MODFLOW预测诸暨某厂区建成投产后流场的变化，建立地下水数值模型。
在此基础上，利用Visual MODFLOW软件中的MT3DMS 模块，选取CODCr为溶质进行污染物运移模拟，预测地下水中污染物的运移情况。
结果表明：拟建项目正常运行情况下，生产污水对地下水水质的影响很小；在非正常工况下，废水泄漏进入地下水，地下水中CODCr浓度达到最大值为16mg/L，最大迁移距离为180m。
【关键词】：地下水；数值模拟；Visual MODFLOW；CODCr1、当前地下水流和溶质运移的研究中，常用的方法有解析法、数值法和实验法。
水文地质领域的数值模拟方法主要有有限差分法、有限元法、边界单元法和有限分析法。
地下水模拟在地下水研究中发挥着越来越重要的作用，目前流行的地下水模拟软件主要有GMS、Visual MODFLOW、FEFLOW、TOUGH2等。
笔者采用Visual MODFLOW软件模拟研究诸暨某拟建厂区投产后废水泄漏对地下水的影响。
1.1 模拟范围综合考虑拟建项目周围的区域地形地貌特征、水文特征、地质条件、水文地质条件和周围的地下水环境敏感目标等因素，结合本次实地勘探和水质分析结果，模拟计算范围约为1.8km2。
根据区内钻孔资料，研究区地面高程范围为15～20m，浅层含水层大多集中在-3～-1m，其下为相对隔水层。
该区域面积较小，水文地质条件差异性不大，可视为单一性质含水层。
该区域含水层主要岩性为粉质黏土，渗透性能较差，含水层渗透系数为0.5m/d。
1.2 网格剖分考虑到模拟精度尤其是溶质迁移模型精度的要求，根据模拟区水文地质条件，在垂向上将模拟区划为一层；各层南北长1.0km，东西长1.7km，在水平方向上用正交网格进行剖分，网格数目为100×200，单个网格大小为10m×8.5m。
1.3 边界条件利用观测水位资料，确定研究区中部渠道为河流边界，并确定西部和南部定水头边界。
基于MODFLOW在地下水资源评价的应用现状和未来展望
基于MODFLOW在地下水资源评价的应用现状和未来展望李小玲;邓英尔;蔡尚俊【摘要】地下水数值模拟软件在我国地下水资源评价中发挥了重要作用,而Visual MODFLOW是目前公认的应用最广最标准的可视化专业软件.介绍MODFLOW的发展历史、功能特点及其应用模块等.目前评价地下水资源的最常用方法是数值法,并说明该方法的应用步骤.阐述软件在国内外对地下水资源评价方面的应用现状,提出存在的问题,指出与GIS密切结合、同多学科耦合是今后地下水系统数值模拟的重要课题.【期刊名称】《地下水》【年(卷),期】2012(034)006【总页数】2页(P11-12)【关键词】Visual MODFLOW;地下水资源评价;应用现状;未来展望【作者】李小玲;邓英尔;蔡尚俊【作者单位】成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川成都610059;成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川成都610059;成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川成都610059【正文语种】中文【中图分类】P641.8近十几年来，随着电子计算机的大量涌现和数值方法的推广，许多数值模拟软件逐渐替代传统的模拟技术，成为模拟分析评价地下水运动和溶质运移的主要手段。
目前数值模拟方法主要有有限差分法(FDM)、有限单元法(FEM)、边界元法(BEM)和有限分析法(FAM)等，而较著名的地下水数值模拟软件有 Visual MODFLOW、GMS、FEFLOW 等，这些通用的地下水模拟软件在我国地下水资源评价中发挥了重要作用。
1 MODFLOW介绍目前国内外最常用于水流模型的计算机程序软件是MODFLOW［1，2］(Modular Three － dimensional Finite － difference Ground－water flow model的简称)，它是由美国地调局(U.S.Geological Survey)的 McDonald和Harbaugh于二十世纪八十年代开发的基于DOS操作系统专用于多孔介质中地下水三维有限差分法地下水数值模拟软件，Domenico and Schwarz(1998)and Fetter(2001)补充扩展，推进了其发展应用。
三维数值模拟(modflow)在基坑抽水试验中的应用
三维数值模拟(modflow)在基坑抽水试验中的应用
吴延松
【期刊名称】《科学技术创新》
【年(卷),期】2024()5
【摘要】为进行基坑降水设计,需要在前期进行抽水试验,通过试验求取水文地质参数。
在此基础上对基坑围护与降水一体化设计。
本文通过抽水试验采用modflow 通过非稳定流计算水文地质参数,在分析水文地质条件的基础上,建立水文地质概念模型、数字模型,对截水帷幕三种方案模拟计算,对基坑周边地面沉降进行预测,结合工程降水实际,推荐截水帷幕的设计方案。
【总页数】4页(P130-133)
【作者】吴延松
【作者单位】江苏省水文地质工程地质勘察院
【正文语种】中文
【中图分类】P641.4
【相关文献】
1.宁波轨道交通某车站深基坑工程承压水降压抽水试验及数值模拟
2.软土地区基坑开挖现场抽水试验数值模拟研究
3.上海深层承压水抽水试验流固耦合三维数值模拟
4.抽水试验及数值模拟在基坑工程中的应用
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基于Modflow的虎林灌区地下水开采三维数值模拟
ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｅ ｘ ｅ ｍｐ ｌ ｉ ｆ ｉ ｅ ｄ ｂ ｙ ａ ｃ ａ ｓ ｅ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｆ ｉ ｒ ｒ ｉ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｒ ｅ ａ ｓ ｉ ｎ Ｈｕ ｌ ｉ ｎ ｉ ｎ Ｊ ｉ ｘ ｉ ｃ ｉ ｔ ｙ ｉ ｎ ｖ ｏ ｌ ｖ ｅ ｓ
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基于Visual_MODFLOW地下水数值模拟的水源地保护研究
第１０卷 第５期中 国 地 质 调 查Ｖｏｌ．１０ Ｎｏ．５２０２３年１０月ＧＥＯＬＯＧＩＣＡＬＳＵＲＶＥＹＯＦＣＨＩＮＡＯｃｔ．２０２３ｄｏｉ：１０．１９３８８／ｊ．ｚｇｄｚｄｃ．２０２３．０５．１１引用格式：曹振东，谭廷静，杨明星，等．基于ＶｉｓｕａｌＭＯＤＦＬＯＷ地下水数值模拟的水源地保护研究［Ｊ］．中国地质调查，２０２３，１０（５）：９１－９８．（ＣａｏＺＤ，ＴａｎＴＪ，ＹａｎｇＭＸ，ｅｔ．ａｌ．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｗａｔｅｒｓｏｕｒｃｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎＶｉｓｕａｌＭＯＤＦＬＯＷｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＳｕｒｖｅｙｏｆＣｈｉｎａ，２０２３，１０（５）：９１－９８．）基于ＶｉｓｕａｌＭＯＤＦＬＯＷ地下水数值模拟的水源地保护研究曹振东１，３，谭廷静１，３，杨明星２，宋小庆１，３，蒲秀超１，３（１．贵州省地质矿产勘查开发局１１１地质大队，贵州贵阳 ５５００８１；２．贵州理工学院资源与环境工程学院，贵州贵阳 ５５０００３；３．贵州地质工程勘察设计研究院有限公司，贵州贵阳 ５５００８１）摘要：明确地下水运移条件是城市地下水水源地保护的基础。
为确保沈阳市某地下水源地的可持续开发，依据沈阳市某地下水水源地的水文地质条件，构建了研究区水文地质概念模型和地下水数值模型，采用ＶｉｓｕａｌＭＯＤＦ ＬＯＷ软件对模型进行求解，并基于大量监测井水位数据对模型进行参数的识别和验证。
依据校正后的数值模型分析了水源地运营后地下水漏斗的范围及水位降深，并对水源地停采后水位恢复状况进行了模拟预报。
结果表明：通过模型计算可知，研究区水源地地下水含水层总补给量为６２２３０ｍ３／ｄ，总排泄量为６３４００ｍ３／ｄ，均衡差为－１１７０ｍ３／ｄ，多年地下水动态呈负均衡状态；通过对研究区水源地开采２ａ、５ａ、１０ａ后承压水状态进行预测，地下水水位分别平均下降６ｍ、８ｍ、９ｍ，形成中心漏斗区，面积分别为５４．５６ｋｍ２、６５．０４ｋｍ２、６５．８０ｋｍ２，开采初期降落漏斗急剧扩张，然后速度逐渐放缓；研究区水源地承压含水层开采对周围流场产生了一定的影响，但这种影响主要在开采期较为明显，停抽１ａ后漏斗区逐渐恢复，为了水源地的可持续利用及保护，建议严格控制开采量，加强地下水的监测与管理。
基于Visual Modflow模型的黄河滩地地下淡水资源评价
基于Visual Modflow模型的黄河滩地地下淡水资源评价侯聪;张治晖;赵华
【期刊名称】《中国农村水利水电》
【年(卷),期】2014()1
【摘要】通过在东营市利津县黄河滩地使用国际通用化软件Visual Modflow的SEAWAT模块,建立了三维变密度非稳定水流和溶质运移耦合模型,用数值模拟方法对研究区进行了地下水资源评价和开采井的优化布置,并对设计开采方案下未来10年的地下水位和咸水运移范围进行了预报。
结果显示:利津黄河滩区大致以黄河大堤为咸淡水分界面;按水源地设计方案进行开采,采补趋于平衡,具有补给保证;未来10年,在设计开采量下,咸水不会影响开采井水质。
Visual Modflow在利津黄河滩地地下水资源评价中的成功运用,为研究区地下淡水资源的合理开发利用提供了科学依据,具有很好的应用和推广前景。
【总页数】5页(P123-127)
【关键词】地下水资源评价;Visual;Modflow;咸水入侵;利津黄河滩地;辐射井【作者】侯聪;张治晖;赵华
【作者单位】中国水利水电科学研究院;北京中水科工程总公司
【正文语种】中文
【中图分类】P641.8
【相关文献】
1.辐射井技术在滨州市黄河滩地地下淡水资源开发中的应用 [J], 张利红;魏俊芳;董睿
2.滨州市黄河滩地地下淡水资源开发利用分析 [J], 张利红;陈连波;纪胜奎
3.浅谈滨州市城区段黄河滩地地下淡水资源的开发 [J], 张利红;刘向东;陈连波;魏立山
4.基于Visual MODFLOW模型的地下水资源评价 [J], 胡文明
5.基于Visual MODFLOW模型的三湖灌域地下水资源评价 [J], 丁雪华;朝伦巴根因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
MODFLOW在磁县地下水数值模拟中的应用
MODFLOW在磁县地下水数值模拟中的应用李树文;于虎广【摘要】磁县东部平原区水环境由于水资源利用不合理、地下水超采等原因发生恶化.通过分析研究区水文地质条件,运用MODFLOW进行浅层地下水数值模拟.结果表明,在保持开采条件不变的情况下,至2020年,漏斗面积由18.59 km2增大为23.31Km2.提出合理调整和优化地下水开采方案可以有效地避免降落漏斗影响范围的增大.【期刊名称】《华北水利水电学院学报》【年(卷),期】2012(033)002【总页数】3页(P53-55)【关键词】地下水;数值模拟;MODFLOW【作者】李树文;于虎广【作者单位】河北工程大学,河北邯郸056038;河北省资源勘测研究重点实验室,河北邯郸056038;河北工程大学,河北邯郸056038【正文语种】中文研究区位于磁县东部平原，属暖温带半湿润半干旱大陆性季风气候区，多年平均降水量531.4 mm，每年汛期(6—9月份)的降水量约占全年降水量的70% ～80%. 研究区是由漳河、滏阳河和牤牛河的山前冲积物组成的太行山前冲积扇.其中南部为漳河冲积扇，北部是沙洺河和漳河冲积、洪积扇之间的交接带，多是滏阳河和牤牛河出山口的冲积和洪积物.地下水赋存于第四系松散岩层中，主要受大气降水和地表水体渗入补给及山前潜水的侧向补给.含水砂层分布显示了典型的山前冲积扇规律，主流部位，含水层砂粒粗、厚度大，向主流两翼渐变为中细砂，地下水流向与地形基本一致.近年来该地区地下水供水量约占区域总供水量的70%左右［1］，长期超量开采致使地下水资源衰竭，造成地面沉降，当地的供水安全受到严重影响.研究区西部为山区，接受山前侧向径流补给，将研究区西部边界概化为二类流量边界，流量以注水井的形式赋入模型，各段流量值利用达西定律分别计算.研究区东部有多个地下水位检测井，故将东部边界概化为一类水头边界.模拟区通过上部边界接受补给和排泄，补给方式主要为地表水体入渗，排泄方式为垂直蒸发，故将上部平面边界概化为二类流量边界.下部边界主要为几乎不透水的泥岩，故概化为隔水边界.综上所述，研究区可以概化为非均质各向同性三维非稳定地下水流系统.数学模型是在研究区水文地质条件的基础上建立的，如下式所示:式中:K为含水层渗透系数，m/d;W为单位时间、单位体积上从垂直方向上流入或流出含水层的水量(流入为正，流出为负)，m3/d;SS为贮水率;Ω为渗流区域;H为水位，m;t为时间，d;H0为初始时刻水位值，m.模型采用Visual MODFLOW 4.2进行求解.利用MapGIS对研究区1∶50 000第四系水文地质图做矢量化处理，作为模拟区的底图.对研究区进行矩形网格剖分，网格大小为500 m×500 m，共剖分70行50列，去除无效单元格，有效单元体共计996个.基于前期研究工作中各个阶段的调查，并结合抽水试验结果，将研究区含水层参数分为3个分区，如图1所示.给定渗透系数和给水度的初值，见表1. 根据水文地质概念模型建立的数学模型必须反为了确保数学模型的可靠性，还需要进行模型验证.模型验证数据为从已有的地下水位观测资料中筛选出的其他时段数据;选择的模型验证时段为2009年8月30日至10月30日.降水入渗为主要补给来源，人工开采为主要排泄方式.潜水含水层绝对误差的平均值为0.017 m，其中90%的观测井拟合后绝对误差小于0.032 m.通过模型识别和验证，所映实际流场的特点［2］.为此，首先对数学模型中的数学方程及边界条件进行校正，以确定是否能确切地反映实际水文地质条件.模型识别时段选取2009年3月30日至6月30日.随着春灌时节开采量持续增加，地下水水位会持续下降.通过持续观测抽水井，可以获得实际水位的变化数据，为下一步的参数识别提供依据.对模型采用PCG2(预调共轭梯度法)进行求解，得到在给定水文地质参数和各均衡项条件下地下水位的时空分布［3］.通过实际水位与计算水位的拟合分析［4］，反复地修改参数，直到达到文献［5］中规定的“水位变化值较小(＜5 m)的情况下，水位拟合误差一般应小于0.5 m”时，认为此时的参数值为含水层的实际参数.由于是以实际的水文地质条件作为依据划分参数分区、选取参数初值，加上多次调参拟合，模型识别结果较为满意.在模拟区分散选取4 个观测井(S42，S73，S53，S61)，做出地下水位观测值与计算值拟合图，如图2所示.绝对误差的平均值为0.023 m，其中所有观测井拟合绝对误差均小于0.043 m.可见实测水位与计算水位相关程度较高，拟合效果较好［6］，说明建立的水文地质概念模型以及数学模型是正确的.表2列出了具体的参数识别结果.建立的数学模型、选取的边界条件及最终确定的水文地质参数均正确、可靠，地下水流系统的预报可以运用该模型进行. 在模型的应用过程中，认定开采条件不变，采用Monte-Carxo(蒙特卡罗)方法预报研究区内的降水量，进行随机模拟和预报.1)预测至2020年，降落漏斗的变化情况.结果表明，在保持开采量不变，随机预报降水量情况下，降落漏斗持续增大，漏斗面积由18.59 km2增大至23.31 km2，如图3所示.漏斗中心一直在磁州镇内.2)为了控制降落漏斗，须规划研究区工农业及城镇生活用水.随着南水北调中线工程的逐步实施，每年可为研究区补给水量945×104m3，再加上合理的工农业节水措施，可以做到减少地下水开采量，将开采量由现在的6 032×104m3减少至2020年的4 848×104m3.漏斗中心水位将回升到模拟初始状态，影响范围基本未扩大，如图4所示.1)数值模拟结果表明，通过合理选取水文地质参数以及源汇项，建立了合理的水文地质概念模型，并最终建立了正确的数学模型.研究区地下水的实际情况可以得到正确的反映，且溶质运移模拟也可以应用该模型.2)采取有效的节水措施，可以使地下水位有所回升，控制降落漏斗影响范围的扩大.［2］李平，卢文喜，马洪云，等.Visual MODFLOW在地下水数值模拟中的应用——以公主岭市黄龙工业园水源地为例［J］.工程勘察，2006(3):24－28.［3］San Juan Canna，Kolm Kenneth E.Concept ualization，characterization and numerical modeling of the Jackson Hole alluvial aquifer using ARC/INFO and MODFLOW［J］.Engineering Geology，1996，42(2 －3):119 －137.［4］Peeve A S，Wariochaa J.Regional groundwater flow modeling of the Glacial Lake Agassiz Peatlands，Minnesota［J］.Journal of Hydrology，2001，243(1 －2):94 －100.［5］中国地质调查局.GWID1地下水流数值模拟技术要求［S］.北京:地质出版社，2004.［6］康敏娟.基于Visual MODFLOW的邯郸县浅层地下水量评价研究［D］.邯郸:河北工程大学，2010.【相关文献】［1］张兆吉，费宇红，陈宗宇，等.华北平原地下水可持续利用调查评价［M］.北京:地质出版社，2009.。
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第5期
路瑞利, 等: 基于 M o dflow 的某水源区地下水开采三维数值模拟
61 9
过程中水位和地面沉降的动态变化[ 7] . 以宁夏青铜峡市旋风槽水源地为研究对象, 采
用 Visual M odf low 软件建立对象区域的地 下水数 值模型, 对不同开采条件下的浅层地下水变化状况 进行数值模拟研究. 该水源地位于宁夏平原引黄灌 区中部, 受地质构造条件的控制, 具有簸箕状的地貌 性状. 青铜峡市属于水资源紧缺地区, 地下水资源开 发利用程度仅为 34% , 浅层地下水开采潜力较大. 地下水开采可能对水文地质情势和生态水量平衡关 系产生一定影响, 因此研究该区地下水资源的分布 特征及开采潜力, 了解地下水开采带来的影响, 对制 定合理的水资源开发利用方案十分必要.
灌溉取水或基坑开挖引起的地下水开采, 会使 局部区域的地下水位发生较大变化. 建立反映地下 水运动的数学模型, 利用数值模拟软件对地下水流 动和溶质运移等问题进行计算分析, 是目前研究地 下水流动、评价地下水环境状况及研究土体稳定性 的主要技术方法之一. 近年来借助数值模拟技术, 已
经建立了不少地下水计算与水质预测模型[ 1-4] , 它们 多采用模块化结构[ 5] 组合成子程序包, 允许用户直 接接受 G IS 输出的数据和图形文件[ 6] , 降低模拟工 作的繁复性. 有些模型还考虑了土体的非线性特征 及应力状态的变化, 结合水文与地质机制, 建立地下 水 开采与地面沉降的耦合模型, 模拟出地下水开采
1 地下水数值模拟的基本理论
1. 1 三维运移微分方程
地下水流动数值模拟的理论基础是孔隙介质地
下水三维运移方程、定解条件及数值计算方法. 运移
方程依据质量守衡定律导出, 定解条件由模拟计算 区域地下水的初始条件与计算 区域的边界条 件给
定. 在非均质、各项异性孔隙介质中, 地下水非稳定 流的三维运动偏微分方程为
L U R uili1 , FA N G Shuxing2 , WA N G H ong yu3
( 1. Scho ol of Civ il and Ar chitect ur al Engineer ing , W uhan U niver sity, Wuhan 430072, China; 2. Ning x ia Bureau of H y dr olo gy and W at er Resources Sur vey , Y inchuan 750000, China;
3. Inst itute of Civil and Conserv ation Engineer ing , Ning x ia U niver sity, Yinchuan 750021, China)
Abstract: T he theory and solving method of groundwater simulat ion have been introduced briefly. T he groundwat er mining mat hematical model of a water source area in Qingt ongxia region has been set up. T he authors analyze and determine the paramet ers and source- sink term in the model, which taken the model to be verified very w ell. T he forecasting simulation of groundwater change in the area has been made for 20 years fut ure besed on modflow softw are, in which moving properties of seepage and groundwater level dist ribution are given in t he area, during diff erent periods. By analyzing simulation dat a, it is showed that the dynamic balance betw een supplement and drainage in the area can be achieved after 5 years, groundw ater level also st eadied, Further forecasting set tlement induced by decrease in w ater level, has been discussed based on achievement s in simulat ion of Modf low. Key words: g roundw at er; mult iple w ell; numerical simulat ion; Mo df low ; dy namic balance; w ater sour ce ar ea
方程通常求解的数值计算方法: 用渗流区内有 限个离散点的集合代替连续的渗流区, 在这些离散 点上用差商近似地代替微商, 将微分方程及其定解 条件转化为代数方程, 以待求函数在离散点上的近 似值作为待求函数, 然后求解差分方程, 从而得到微 分方程的解在离散点上的近似值[ 2] .
采用单元体中心差分的形式, 三维地下水运动
Qi, j, k =
Ssi, j, k ( $ri $cj $v k )
H - H m i, j , k
m- 1 i, j, k
t m - tm- 1
( 2)
式中: i , j , k 为任一个离散单元在三度空间( x , y, z )
的节点数; CR i, j- 1/ 2, k 、CC i, j- 1/ 2, k 表示 k 层、i 行与 j
列上节 点 ( i - 1, j , k ) 与 ( i, j , k ) 间的 导 水能 力,
m2 / d; CV i, j- 1/ 2, k 表示 i 行、j 列上节点( i- 1, j , k) 与
( i , j , k) 间的导水能力, m 2 / d; P i, j, k 、Q i, j , k 分别表示
水位下降引起的地面沉降问题.
关键词: 地下 水; 井群; 数值模拟; M o dflow ; 动态平衡; 水源地
中图分类号: P 641. 69
文献标志码: A
The 3D numerical simulation of groundwater mining in a water source area based on Modflow
5 5x
K
xx
5H 5x
+
5 5y
K
y
y
5H 5y
+
5 5z#43;
X=
Ss
5H 5t
( 1)
式中: K xx 、K yy 、K z z 为地下水流 x 、y 、z 方向 渗透系 数, m / d; H 为地下水水头, m; X 表示征源、汇项的 单位面积上的通量, m/ d; Ss 是孔隙介质的单位储水 系数, 1/ m . 1. 2 方程的离散与求解
第 44 卷 第 5 期 2011 年 10 月
武汉大学学报( 工学版) Eng ineering Jo ur nal of W uhan U niver sity
V ol. 44 N o. 5 Oct. 2011
文章编号: 1671- 8844( 2011) 05-0618- 06
基于 Modflow 的某水源区地下水开采三维数值模拟
路瑞利1 , 方树星2, 王红雨3
( 1. 武汉大学土木建筑工程学院, 湖北 武汉 430072; 2. 宁夏水文水资源勘测局 , 宁夏 银川 750000; 3. 宁夏大学土木与水利工程学院, 宁夏 银川 750021)
摘要: 简述了地下水数值模拟计算的基本理论与 求解方 法, 运用 M odf low 软 件, 建立了 青铜峡某 水源区 地下水 开
分网格中的水头为未知量. 对每一差分网格均可建
立类似的方程, 而对于每个网格仅有一未知水头值,
联立求解方程组就可得到时段末各网格的水头值.
2 基于 M odflow 的地下水运动数值 模拟
2. 1 模拟区的边界特性与网格剖分 2. 1. 1 模拟区地理特征及水文地质特性
模拟 区 域 为 一 地 下 水水 源 地, 地 处 东 经 105. 92b~ 106. 05b, 北 纬 37. 82b ~ 37. 90b, 海 拔 1 168~ 1 170 m. 该区属冲湖积平原, 处于黄河西侧 二级阶地, 地势西南略高于东北, 是一个相对独立的 水文地质单元, 地下水类型为黄河冲积平原第四系 孔隙潜水. 模拟区拟布置 10 口取水井, 分布在东西 宽 2 km、南北长 5. 3 km 的范围内, 井群区设 8 个水 文地质钻孔进行勘探试验, 见图 1 中的图框 A BCD 及标示孔点; 根据井群开采影响范围, 模拟计算范围 大于布井区, 面积为 25. 6 km2 , 见图框 A . B. C. D . .
收稿日期: 2010- 09- 04 作者简介: 路瑞利( 1984- ) , 女, 博士研究生, 主要从事防灾减灾及防护工程研究, E- mail: ruili_0328@ 163. com. 基金项目: 湖北省自然科学杰出青年人才 基金( 编号: 2009CDA 149) ; 宁夏自然科学基 金项目( 编号: NZ0942) .