基于GMS的水文地质数值模拟研究

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引言：
在某一段历史时期中，会形成一定的地质和自然条件，然而随着环境和生态状况的不断转换，地质也会产生不断的变化。

在某一地区内，由于人类活动的痕迹相对轻微，所以自然因素是对环境变化产生控制的最重要的因素，人为因素的影响可忽略不计，例如地壳运动、地貌、气候等，我们可称为这是自然环境的原始状态，这种原始状态与当今人类大规模的活动而言，相比属于最初始的状态[1]。

在原始状态下，自然因素中的很多因素作用缓慢而且规律性强，这种特性有时候是不可抗拒的，因此，寻求自然规律是很重要的，人类活动在一定程度上改变了自然状态，但不可违背其规律，一旦打破规律自然环境的不平衡会导致生态的破坏，从而影响人类社会。

由于我国煤矿开采不受节制，煤矿地层上的含水层受到严重破坏是的是的，随着我国煤矿的不断开采，煤矿地层上伏含水层遭到严重破坏，对开采周围的水资源与生态环境产生了一定的影响。

因此对煤矿开采区域建立地下水模型有重要意义。

一、GMS 软件简介
GMS 是地下水模拟系统的简称，它的形成是在Modflw 和Modpath 等现有模型的基础上利用Brigham young Univcrsity 大学环境建模研究实验室开发而成的一种综合地下水模拟软件，这种软件能够实现全方位多层次的图形系统模报，整个GMS 系统的组成，包括程序页和代码区。

从整体上来讲，肝系统相对宽泛，能够支持很多类型的模拟，它能够实现数据和模型之间的信息共享。

GMS 共有12个模块，每一个程序模块都对应着不同的数据类型模块，件在进行切换时，动态工具面板与菜单栏也会随之切换，所以在建模过程中要重点关注使用的工具和命令，Map 模块、Borehole 模块、Solid 模块等都是GMS 支持的模块。

1.1地质模型的建立
地质模型的建立和地下水数值模型的成功之间有着直接关系，需要在建立模型之前获取钻孔的实际数据，对地层单元进行划分，从而给予对应的参数赋值。

在确定好研究范围以后，应首先对钻孔的现在数据进行编号整理，然后利用
基于GMS 的水文地质数值模拟研究
【摘要】 矿产资源和环境受到经济发展以及人类环保意识的影响，逐渐从矿产地质转化为环境资源地质，这教育资源开发与环境保护的协调发展开辟了重要道路，结合我国国情和能源发展的一系列客观条件，可以发现我国长时间内最主要的一次性能源就是煤炭资源，在今后的发展与建设过程中，煤矿产业需要注重环保安全的同时，关注效益增长，促进煤炭产业集中度和机械化程度的不断提升，这些都将对煤炭地质工作带来更严格的标准，水文地质工程中占有很重要的地位。

煤炭资源促进了我国经济社会发展，但煤炭资源的开采对生态环境产生了不可忽视的影响，例如：地层沉降下陷、地面出现裂缝、地下水水位下降等一系列不良后果，同时，开采的工作人员如果遇到渗水现象会出现威胁到安全的危险。

常年的开采生产过程中破坏了原有的水文地质环境，从而影响到内含水层的水位、水量变化。

因此，本文借助地下水模拟系统对青海省内的煤矿进行预测模拟，煤炭的开采是否会影响到区域内地下水。

【关键词】 水文地质 数值研究 地下水模拟系统
CMS 软件进行钻孔定位，同时确定好钻孔的分布图，再利用Borehole 将钻孔数据传输到GMS 中，利用Tins 进行三角剖分，使用Soild Module 生成三维地质图[3]。

二、水文地质条件
青海地区昼夜温差大，气候相对寒冷，空气中的含氧量相对较低，全年平均气候大概在零下5.1℃，每年的1~2月是最低气温的集中月份，最低可达零下36℃左右，7~8月则是青海地区最高气温的时期，最高可达19.5℃。

青海地区每年降水量平均控制在500毫米左右，最大蒸发量则超过1200毫米，这样的气候导致青海地区寒冷，多风，冻土发育，自然条件相对恶劣，属于高原高寒地区，1~4月份是青海地区的强风季节，正西或西南风偏多，那风速可达每秒18米[4]。

在平面上多年冻土，呈现出连续分布的态势及厚度达40~150米，受到季节变化的影响，每年4月份动土从表层开始融化，融化深度最多能达到5米左右。

地层岩性：
1.元古界（Pt）：分布的主要区域集中在西部和西北部，呈现出较深变质的绿色片岩和片麻岩等。

均为遭受不同程度混合岩化的以黑云斜长片麻岩、云母石英片岩和角闪斜长片麻岩、斜长角闪岩为主要岩性的云英质、长英质、角闪质等片岩和片麻岩组成，夹石英岩、变砾岩、大理岩等，基本上是一套含有变质侵入岩（正片麻岩）的活动性泥砂质和火山质的变质岩岩石组合。

2.中元古界下部（Pt21）：该部以中祁连带发育最好，按岩石组合可分成上、下两段。

下段：灰、灰白、乳白等色石英岩夹千枚岩或板岩，厚164—814米。

西部石英岩纯度偏低，岩石色调紫色者较多；东部湟源县塔湾—洪河日河一带，近底部时有石英砾岩出现。

上段：灰色或杂色千枚岩或板岩、硅质或砂质千枚岩或板岩、粉砂岩、石英细砂岩的间互层，夹硅质岩、千枚状结晶灰岩；厚453—3000余米。

3.中元古界上部（Pt22）：该部仍以中祁连带发育最好，而且分部也相对较广，包括阿尔金山在内的柴北元代和东昆仑代则是分段集中分布，这一部分组成的主要岩石包括白云岩、白云质灰岩或白云石大理岩及结晶灰岩等，普遍含硅质或硅质条带（局部构成硅质岩层），一般镁质含量以东昆仑带和中祁连带东部的湟源地区相对富集。

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4.新元古界（Pt3）：灰色板岩和粉砂岩是这一部分的主体岩性，前者是以粘板岩为主，其间包括粉，砂质、碳质、硅质等板岩呈夹层，剖面的上部常有白云岩或白云质灰岩夹层，下部则夹石英砂岩和长石石英砂岩，底部普遍有厚薄不一（26—200米）的砾岩（石英质或白云质）或含砾粗砂岩，与下伏中元古界上部碳酸盐岩地层呈平行不整合关系。

三、地下水类型
1.松散岩类孔隙水：干旱荒漠盆地、山间盆地的山前平原和河谷平原的第四系砂砾石、卵砾石、含泥质砂砾石及砂层中是这类地下水的主要分布区域，地下水有潜水也有承压，自流水在省内地下水中是资源最丰富，开采最有力的含水层[5]。

按地层结构和地形地貌特征，孔隙承压水含水层大致可分为两种类型。

冲洪积扇前缘细土平原多层结构承压自流水含水层，在柴达木盆地南部最为典型。

含水层岩性为中细砂、含砾石粗砂、粉细砂等。

在200米以内可见2个～6个含水层，总厚度约105米，水位高出地表20米左右，单位涌水量0.5升/秒～3.0升/秒每米，矿化度小于1克/升；山间盆地多层结构承压自流水含水层，主要分布在柴达木北部各山间盆地以及青海湖、茶卡、共和等山间盆地。

受山间盆地规模控制，承压自流水含水层的分布、厚度、富水性、水动力及水化学条件等变化及差异较大。

2.碎屑岩类孔隙裂隙水：碎屑岩类孔隙裂隙水，第三系、白垩系、侏罗系等中、新生界碎屑岩是这一类型地下水的主要分布地区。

砂砾岩及泥页岩孔隙裂隙潜水含水层，受大气降水补给制约，流量极不稳定；砂砾岩、砂岩孔隙裂隙承压自流水含水层，富水性及水质差异较大。

3.碳酸盐岩类裂隙溶洞水：侏罗纪以前的灰岩、结晶灰岩、大理岩、白云岩及其所夹的砂板岩、火山碎屑岩的裂隙溶洞中是这一类地下水分布的主要区域通常情况下是以下降泉的形式，沿着构造裂隙或曾经溶洞倾泻而出，裂隙溶洞水水化学类型比较单一，多属重碳酸钙镁型，矿化度多小于1克/升。

4.基岩裂隙水：前中生代各种沉积变质岩、侵入岩的风化裂隙、构造裂隙中是这种地下水存在的主要区域。

由于在不同的地貌气候和构造条件下，富水性很不均匀，所以埋藏相差悬殊，水质变化也比较复杂。

5.冻结层化：祁连山地及青南高原中纬度高海拔多年冻土区的松散岩类孔隙及基岩裂隙中使这种类型地下水的主要存在区域，在柴达木盆地东北部1 4200米以上的高山区，季节性冻结层上水较发育，形成许多高山沼泽，单泉流量小于100吨/日，矿化度小于0.2克/升[6]。

四、地下水动态
1.湟水山间河谷平原区：大气降水和季节性河水入渗是主要的补给来源，蒸发是排泄的主要途径，所以大气降水和季节会对其水位水量变化产生直接的控制，结合过去的动态观测资料，能够发现每年的6~10月中旬是最高水位出现的主要时期，而10月中旬到翌年的4月中旬，冻结年变幅将会随着季节和降雨强度的变化而产生变化，水位平均下降0.004m，为地下水相对稳定区，其中西宁市地下水位下降面积378.00Km2，降幅0.02m；互助县地下水位平均升幅0.16m，为地下水位相对稳定区[7]。

2.柴达木盆地南部昆仑山前倾平原区：诺木洪平原区地下水位相对稳定面积225.00Km2，弱下降面积75.00Km2，平均降幅0.36m，为地下水位相对稳定区；格尔木地区相对稳定面积258.30Km2，平均升幅0.69m为地下水位弱上升区。

3.柴达木盆地北部德令哈地区：平均降幅0.52m，其中地下水位相对稳定区面积160.00Km2，降幅0.31m；弱下降区面积240.00Km2，降幅0.67m。

五、结束语
随着社会经济的快速发展，地下水模拟系统技术在矿区的水文地质问题的研究分析中得到了广泛的应用，主要用于对地下水动态及涌水量的分析，对于矿区的开采来说，还不能对其关键的水文地质条件进行认识[8]，因此主要将矿区的地下水动态作为研究的主要目标，利用地下水模拟系统，对矿区存在的水质地质问题进行有效的预测，更好地准确进行开采工作，避免开采工作出现危险因素，从而产生不必要的损失。

参考文献
参 考 文 献
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云南陇川县某灌区水库建设为例[J].中国水运（下半月）,2019,19(7):74-76.
[3]魏亚强,陈坚,文一,等.中国地下水污染模拟预测标准体系研究现状[J].环境污染与
防治,2019,41(11):1387-1392.
[4]朱君妍,李翠梅,贺靖雄,等.GMS模型的水文水质模拟应用研究[J].水
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[5]张艳,王玉清,李铎,等.内蒙古临河地区地下水水位预测研究[J].河北地质大学学
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groundwater remediation:A review[J].中国环境科学与工程前沿:英文版,2019,13(6):11-21.
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Diyala Governorate[J].University of Baghdad Engineering Journal,2020,26(9):95-113.
[8]王新,郭小铭.越层水文地质现象及对煤矿防治水的影响研究[J].煤炭科学技术,
2020,549(8):155-161.
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