中国地下水数值模拟的现状与展望_薛禹群
地下水资源科学管理与地面沉降系统控制——中国科学院院士薛禹群接受本刊专访
地下水资源科学管理与地面沉降系统控制——中国科学院院士薛禹群接受本刊专访佚名【摘要】@@ [编者按]rn2010年12月23日,本刊编委、上海市地质调查研究院副总工程师李勤奋教授,本刊编委、上海市地质调查研究院副总工程师王寒梅高级工程师,本刊编辑部主任、上海市地质调查研究院总工程师办公室副主任龚士良教授,专程赴南京拜访了中国科学院院士、南京大学薛禹群教授,并围绕地下水资源管理与地面沉降控制作了专题访谈.【期刊名称】《上海国土资源》【年(卷),期】2010(031)004【总页数】8页(P1-6,封2,前插1)【正文语种】中文【中图分类】P951【编者按】2010年12月23日，本刊编委、上海市地质调查研究院副总工程师李勤奋教授，本刊编委、上海市地质调查研究院副总工程师王寒梅高级工程师，本刊编辑部主任、上海市地质调查研究院总工程师办公室副主任龚士良教授，专程赴南京拜访了中国科学院院士、南京大学薛禹群教授，并围绕地下水资源管理与地面沉降控制作了专题访谈。
薛院士针对我国水资源分布的特点与现状及其对经济社会发展的影响、地下水资源合理调度及其科学管理、地下水开采与地面沉降防治、地面沉降模拟预测、科研工作与社会需求的结合及其成果的社会转化等方面发表了精辟论述和独到见解，提出了深化我国地下水资源科学管理和地面沉降研究与防治的指导性建议。
本刊：薛院士您好！您长期以来一直密切关注和高度重视我国的水资源问题，不仅发表了大量文章，也为政府决策积极出谋划策。
请问薛院士，当前我国水资源问题的现状与主要特征是什么？对我国经济社会可持续发展带来哪些制约影响？有何破解良策？薛院士：我国水资源分布具有四个特点：一是水资源总量不算少，但人均占有量很低。
我国水资源总量约为28720亿立方米，排在巴西、俄罗斯、加拿大、美国等国家之后，居世界第6位。
但是中国目前有13亿人口，因此中国的人均水资源占有量很低，仅为2200多立方米，不足世界平均水平的1/4，人均水资源占有量在世界153个国家中排名第88位。
地下水流数值模拟的研究现状和发展趋势
地下水流数值模拟的研究现状和发展趋势地下水流数值模拟是地下水动态过程的数学模型，是一种有效的地下水勘查与管理工具。
近年来，地下水流数值模拟的研究得到了蓬勃发展。
首先，不断完善地下水流数值模拟方法，如在非均匀地下水场中采用层级网格技术，在使用高空间分辨率模型时计算量的减少。
其次，加强对地下水流数值模拟的理论研究，如模型拟合技术和有效分析量化技术的发展都获得了很大的进展。
此外，考虑到地下水流数值模拟技术的实际应用，研究者也开展了许多工作。
比如，建立地下水流域运动和变化的动态模型，基于多尺度地下水流模拟技术研究，改进单精度地下水流模拟方法；以及结合GIS和RS开展数值模拟等研究工作。
未来，地下水流数值模拟研究将会更加深入，采用更加完善的模型，开展精细化的地下水管理工作。
地下水数值模拟的研究与应用进展
地下水数值模拟的研究与应用进展地下水数值模拟是指利用计算机技术建立地下水流动和污染扩散的数学模型，通过数值计算方法模拟地下水的运动过程，以及水质的演变过程。
地下水数值模拟的研究与应用已经取得了一系列的进展。
地下水数值模拟研究成果已经在地下水资源管理和保护中得到广泛应用。
通过数值模拟，可以较准确地模拟地下水的流动和水质变化，预测地下水对人类活动和环境的响应。
这对于合理规划地下水开发与利用，保护地下水资源，防止地下水污染具有重要意义。
在地下水开发与利用规划中，可以通过数值模拟研究地下水对开采的响应，合理控制开采量，防止地下水过度开采。
在地下水污染控制与治理中，可以通过数值模拟研究污染物在地下水中的传输规律，指导污染源的治理措施。
地下水数值模拟还在地下水污染监测与预警中发挥了重要作用。
通过数值模拟，可以模拟污染源的排放过程以及污染物在地下水中的传输过程，预测地下水污染扩散的趋势和影响范围。
这对于污染源的控制与污染物的清除具有重要意义。
在地下水污染预警中，地下水数值模拟也可以模拟地下水系统的响应特性，为地下水污染的预测与预警提供依据。
地下水数值模拟的研究还面临一些挑战。
地下水流动与污染扩散过程具有复杂性、非线性和不确定性，数值模拟的精度和可靠性有待提高。
现有模型对地下水系统中不同因素的相互作用还缺乏全面的认识。
未来需要深入研究地下水流动与污染扩散机理，提高数值模拟模型的准确性和可靠性。
地下水数值模拟的研究与应用已经取得了一系列的进展，并在地下水资源管理和保护、地下水资源评价与管理、地下水污染监测与预警等方面得到了广泛应用。
但同时也面临一些挑战，需要继续深入研究和改进模型，提高模拟的准确性和可靠性，为地下水资源的可持续利用和环境保护提供科学依据。
数值模拟在地下水资源评价中的应用研究综述
数值模拟在地下水资源评价中的应用研究综述作者：梁丽青温宁胡宇祥来源：《中小企业管理与科技·下旬刊》2017年第11期【摘要】地下水资源十分宝贵，在比较贫水的地区，地下水即为重要的水源。
因此，地下水开采显得尤为重要。
合理开采地下水，达到可持续发展的目的，则需要合理可靠的地下水资源评价方法。
地下水资源的评价方法有很多，如水文地质法，水文的分割法、理化的分析法、和水均衡的方法等，目前最为常用的是水均衡法的传统方法。
随着科技和精度的发展，数值模拟也得到了广泛应用。
【Abstract】Groundwater resource is very valuable， in poor areas of water， groundwater is an important water source. Therefore， it is particularly important to explore groundwater. Reasonable exploitation of groundwater and to realize the purpose of sustainable development， it requires reasonable and reliable groundwater resources evaluation methods to exploit underground water reasonably and achieve the purpose of sustainable development. There are many evaluation methods for groundwater resources， such as hydrogeology， hydrological segmentation， physical and chemical analysis， and water balance methods. The most commonly used method is the traditional method of water equalization. With the development of science and technology and the accuracy， the numerical simulation has been widely used.【关键词】地下水资源；评价方法；数值模拟【Keywords】groundwater resources； evaluation method； numerical simulation【中图分类号】P641.8 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）11-0140-021 地下水资源的评价方法及对比1.1 地下水资源的重要性水是一切生命的起源，是我国乃至世界经济和生活的基础，已经提高到重要的战略地位。
地下水数值模拟技术发展现状
地下水数值模拟技术发展现状[摘要]本文简要介绍了地下水数值模拟技术的发展历程，国外、国内发展现状，展望了未来地下水数值模拟技术的发展趋势。
【关键词】地下水;数值模拟;发展现状1、国外地下水数值模拟技术现状20世纪60年代随着计算机的发展，地下水计算机模拟技术开始起步，最初应用于大型方程组的数值求解计算，后逐渐向综合模拟方向发展。
1979年德国开发FORTRAN IV程序FEFLOW，起初用于模拟饱和孔隙介质二维非线性流及溶质迁移，后迅速成为一个强大的实用多用途综合软件并不断升级，Version5.1为最新版本[1]。
20世纪80年代初美国地质调查局的McDonald等开发出一套用于孔隙介质中地下水流动数值模拟的软件MODFLOW，已经在全世界范围内得到多领域的广泛应用，成为目前最为普及的地下水运动数值模拟标准软件。
先后发布MODFLOW88、MODFLOW96、MODFLOW2000和MODFLOW2005[2，3，4]。
90年代随着地下水水流模拟技术的成熟，地下水溶质迁移、流线示踪、模拟预后处理、可视化、软件集成等技术不断发展[5]。
1990年美国Chunmiao Zheng 开发地下水系统溶质迁移模拟软件MT3D，之后几年MT3D被广泛应用于污染物迁移模拟和治理评估研究并不断升级。
先后包括：MT3D1.1、MT3D1.5、MT3D1.86、MT3D96、MT3DMS和MT3D99；1997年美国T. P. Clement在之基础上开发出用于模拟自然降解条件下的地下污染物迁移软件RT3D；相应的溶质迁移模拟技术朝着生化反应动力学以及随机理论、神经网络方向不断发展。
同时先后出现可视化软件GW、Visual Groundwater 、ModGui Modviewer、Visual Modflow 3D explorer、自动校参软件Modpest，winpest，Visual PEST-ASP、水文试验专业软件AquiferTest等。
薛禹群：伏流无声地质人
薛禹群：伏流无声地质人作者：来源：《科学导报》2021年第46期一头花白头发，满面和煦笑容，薛禹群院士俨然一位平易近人的“邻家老伯”。
“科研不能靠想象，观测数据做不得半点假。
”“要做学问，先要做人，做一个老老实实的人，做一个立志报国的人。
”关于怎么做好学问，老人娓娓道来。
“当年之所以念工学院，是高中时去杭州参观钱塘江大桥，觉得工科能够帮助国家解决问题。
”胸怀这一朴实的理想，1952年的夏天，薛禹群从唐山工学院毕业，连家都没有回，就直接来到了南京大学地质系，从此开始了长达60多年的科研和教学生涯。
水是生命之源、生产之要、生态之基。
“建工厂首先需要考虑水源，地质地形也同样需要考虑”，薛禹群深知水文地质研究对国民经济发展的重要性。
上世纪80年代初，我国沿海地区因过量开采地下水，造成了海水入侵，并导致了地下水恶化、土地盐碱化，使得沿海土地难以耕种。
薛禹群心系国家水环境问题，迅速投身到对海水入侵问题的研究中。
当时国际上尚无一个针对海水入侵的三维监测网，研究仅停留在单维水平。
薛禹群经过多方实地考察、论证，建立了国内第一个三维海水监测网，经过长达7年的不间断监测，取得了大量的科学数据，系统地揭示了我国海水入侵的特点、成因和规律，建立了国内第一个三维海水入侵模型。
此后，薛禹群从我国实际出发，建立了一系列水量、水质模型，其中很多属我国最早出现的此类模型。
同时还提出很多模型求解方法，其中一些算法达国际先进水平。
这些原创性成果，为我国水资源评价、水位预报、地下水污染预测提供了先进方法和手段，对山东莱州湾项目、整个长江三角洲地区的地下水管理和地面沉降的防控等，起到了非常重要的科学支撑作用。
薛禹群的学术成就得到了国际国内同行的高度认可。
获得教育部科学技术进步奖一等奖等多个奖项，并于1999年当选为中国科学院院士。
他推动主持了我国首次地下水水流和污染模拟国际会议，中国学者的研究成果由此走向世界。
薛禹群一直倡导“睁开眼睛看世界”。
地下水系统数值模拟的研究现状和发展趋势
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基金项目： 国家自然科学基金重点资助项目 （@$AAB$A$） ； 国家自然科学基金委员会 “中国西部环境与生态科学重大研究计划” 项目 （B$!$!$$#） 作者简介： 郝治福 （#BCB —） ， 男， 内蒙古鄂尔多斯人， 硕士， 从事水资源与水环境研究。 DEF-2’： 5G8!$$#$$H #"A ( /&F 水利水电科技进展， （#） 8"- ： !$$"， !" $!@ IACI"AA@ ! 9:;.*- ： 7<H 22, = ">, = +# 2$$? ： @ @ AAB = 22, = ">, = +#
［D］ 准。B%CC,% 等 提出特别的数值方法用于求解重盐
和含水层情况， 与用 9’B9 [ R@ 所做结果吻合很好。
［RH］ 指出轴对称井流是地下水力学非常重 9%$%&, 等 要的课题， 新出版的 BI@AEI’ RHHH 加入了精确模
拟轴对称井流的标定方法， 提高了模拟的仿真性。
［RG］ 提出多变量混和单元模型描述水化学过 @%:%& 等 程， 两种方法的结合 BI@AEI’ 模拟水文地质情况，
地下水运移模拟的二维非线性动力学控制方程， 效
［F］ 果很好。 E, 9:1701%&0 等 指出数值模型还不能解 决预报的不确定性因素问题， 并开创性地提出一种
地下水系统数值模拟的研究现状和发展趋势
地下水系统数值模拟的研究现状和发展趋势地下水系统数值模拟的研究现状和发展趋势郝治福，康绍忠(中国农业大学中国农业水问题研究中心)目前地下水系统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。
20世纪60年代中期以来，随着快速大容量电子计算机的出现和广泛应用，数值计算方法在地下水资源分析评价中得到逐步推广，具有明显的通用性和广泛的适用性。
尤其近十几年，地下水系统数值模拟取得了长足进步。
一、国外地下水系统数值模拟研究现状目前，国外该领域的研究主要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，合理地描述地下水系统中大量的不确定性和模糊因素。
1、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，强调对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。
根据Anderson等提出的工作程序，要建立一个正确且有意义的地下水系统数值模型，应进行以下工作：确定模型目标，建立水文地质概念模型，建立数学模型，模型设计及模型求解，模型校正，校正灵敏度分析，模型验证和预报，预报灵敏度分析，模型设计与模型结果的给出，模型后续检查以及模型的再设计。
Ewing提出地下水污染流模拟和建模需要强调3个方面的问题：①有效地模拟复杂的流体之间以及流体与岩石之间的相互作用；②必须发展准确的离散技术，保留模型重要的物理特性；③发挥计算机技术体系的潜力，提供有效的数值求解算法。
针对Newman等的推测，Wood 提出了二维地下水运动有限元计算的时间步长条件。
Kim等对抽取地下水造成的noordbergum effect (reverse water level fluctuation)现象进行数值模拟，阐述了其机理性原因。
Scheibe等分析了在不同尺度下的地下水流及其运移行为。
Ghassemi指出三维模型可以详细说明含水层系统的三维边界条件以及抽水应力情况，而二维模型就不能恰当处理。
薛禹群地下水动力学
薛禹群地下水动力学全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：薛禹群地下水动力学涉及研究地下水在地下的运动规律，是水文学和工程水文学的分支领域之一。
地下水是自然界中非常重要的资源之一，对于生态环境和人类生活有着重要的影响。
薛禹群地下水动力学的研究对于认识地下水流动规律、合理调控地下水资源具有重要的科学和实践意义。
地下水动力学研究的对象是地下水的流动规律，包括地下水的形成、运动、质量传输等过程。
地下水是地球表面水循环的一个重要组成部分，其流动规律直接关系到水资源的开发利用和环境保护。
薛禹群地下水动力学通过数学模型和实地观测相结合的方法，研究地下水流动的速度、方向、深度等参数，揭示地下水系统的内在规律。
薛禹群地下水动力学的研究内容主要包括以下几个方面：第一是地下水的形成与补给。
地下水是降雨和地表径流水向下渗透形成的，其补给与地表水循环密切相关。
第二是地下水的流动规律。
地下水的流动受到地下介质的影响，包括地下水位、渗透性、孔隙度等因素。
第三是地下水的质量传输。
地下水中溶解的物质可以通过流动传输到其它地区，影响地下水的质量。
薛禹群地下水动力学的研究方法主要包括实地观测和数学模型两种。
实地观测是通过地下水位、水文化学成分等参数的测量来获取地下水动力学的数据，建立数学模型进而模拟地下水流动规律。
数学模型利用物理方程、地质介质参数等数据建立地下水的数学模型，通过计算机仿真分析地下水的流动规律。
薛禹群地下水动力学的研究应用于水资源管理、地下水资源开发利用、环境保护等领域。
通过地下水动力学模型的建立和分析，可以合理规划地下水资源的开发利用，避免地下水资源过度利用导致的地下水位下降、地表水逆渗渗漏等问题。
地下水动力学研究还可以揭示地下水流动规律对环境的影响，为环境保护提供科学依据。
第二篇示例：薛禹群地下水动力学研究是针对地下水流动、输移和污染扩散进行数值模拟和实验研究的学科领域，其中包含了地下水力学、水文地质学、污染物迁移与输移等多个学科内容。
地下水数值模拟研究与应用进展
地下水数值模拟研究与应用进展随着环境问题和地球科学研究的深入，地下水数值模拟的研究与应用越来越受到。
本文将简要介绍地下水数值模拟的研究背景、方法及应用进展，同时展望未来的发展趋势和研究方向。
核心主题地下水数值模拟是利用计算机技术和数学方法来模拟和研究地下水运动、储存和分布规律的一种重要手段。
通过地下水数值模拟，我们可以更好地理解和解决地下水资源的合理利用、环境地质灾害防治等问题。
背景/引言地下水作为一种重要的水资源，在全球范围内都有广泛的应用。
然而，由于地下水的隐蔽性和复杂性，对其进行准确模拟和预测一直是一个难点。
随着计算机技术的不断发展，数值模拟逐渐成为研究地下水问题的主要手段。
目前，地下水数值模拟已经广泛应用于工程地质、水文地质、环境科学等领域。
研究方法地下水数值模拟的主要方法包括有限元法、边界元法、有限差分法等。
其中，有限元法是一种常用的方法，它将地下水流动问题离散化为一系列微分方程，然后利用计算机求解。
边界元法是一种更精确的方法，它对研究区域的边界进行离散化处理，从而减少了计算量。
然而，这些方法都有一定的局限性，需要根据具体问题进行选择和调整。
应用进展地下水数值模拟在多个领域都已经取得了重要的应用进展。
在油气勘探方面，地下水数值模拟可以用来预测油气藏的分布和储量；在环境监测方面，地下水数值模拟可以帮助评估和预测地下水污染的发展趋势；在灾害评估方面，地下水数值模拟可以预测地质灾害的发生概率和影响范围。
地下水数值模拟还在水文水资源、地热资源等领域得到广泛应用。
近年来，随着大数据和人工智能等新技术的不断发展，地下水数值模拟也逐步融合这些新技术，使得模拟的精度和效率得到进一步提升。
例如，利用深度学习算法对地下水数值模拟进行优化，可以提高模拟结果的准确性；同时，通过数据挖掘技术，可以对大量的地下水数据进行分析和处理，从而更好地为数值模拟提供数据支持。
未来展望随着科技的进步和研究的深入，未来地下水数值模拟的研究将会有更多的发展机遇和挑战。
地下水数值模拟
地下水数值模拟读书报告曾晟轩近几十年来，随着地下水科学和计算机科学的发展，地下水数值模拟也得到了快速发展，利用数值模拟软件对地下水流等问题进行模拟，以其有效性、灵活性和相对廉价性逐渐成为地下水研究领域的一种不可缺少的重要方法。
首先地下水系统指在一定的水文地质条件下，在某一范围内形成的地下含水系统，水力联系密切并与相邻含水系统相对隔绝。
理论上讲，对于任意复杂的地下水问题，使用数值方法都能得出相应精度的解，目前主要限制因素在对实际地下水系统海量基础信息获取的详细程度信息获取是地下水数值模拟发展的主要核心问题，也决定其今后的发展方向。
1. 地下水模拟任务大多数地下水模拟主要用于预测，其模拟任务主要有 4 种：1.1 水流模拟主要模拟地下水的流向及地下水水头与时间的关系。
1.2 地下水运移模型主要模拟地下水、热和溶质组分的运移速率。
这种模拟要特别别考虑到。
优先流。
所谓。
优先流。
就是局部具有高和连通性的渗透性，使得水、热、溶质组分在该处的运移速率快于周围地区，即水、热、溶质组分优先在该处流动。
1.3 反应模拟模拟水中、气-水界面、水-岩界面所发生的物理、化学、生物反应。
1.4 反应运移模拟模拟地下水运移过程中所发生的各种反应，如溶解与沉淀、吸附与解吸、氧化与还原、配合、中和、生物降解等。
这种模拟将地球化学模拟（包括动力学模拟）和溶质运移模拟（包括非饱和介质二维、三维流）有机结合，是地下水模拟的发展趋势。
要成功地进行这种模拟，还需要研究许多水- 岩相互作用的化学机制和动力学模型。
2. 模拟步骤对于某一模拟目标而言，模拟一般分为以下几个步骤2.1 建立概念模型根据详细的地形地貌、地质、水文地质、构造地质、水文地球化学、岩石矿物、水文、气象、工农业利用情况等，确定所模拟的区域大小，含水层层数，维数（一维、二维、三维），水流状态（稳定流和非稳定流、饱和流和非饱和流），介质状况（均质和非均质、各向同性和各向异性、孔隙、裂隙和双重介质、流体的密度差），边界条件和初始条件等。
地下水人工回灌研究中数值模拟技术的应用进展
地下水人工回灌研究中数值模拟技术的应用进展地下水人工回灌是一种通过将处理后的废水或再生水注入地下水层中，以增加地下水量或改善地下水质量的技术。
在地下水人工回灌研究中，数值模拟技术的应用进展逐渐增加，成为研究中不可或缺的重要方法。
本文将介绍地下水人工回灌研究中数值模拟技术的应用进展及其优势。
首先，数值模拟技术能够模拟地下水流动和质量传输的过程，对地下水人工回灌的效果进行定量评估。
通过建立地下水模型，模拟不同注水量、注水时间和注水位置等参数对地下水流动和质量传输的影响，可以预测地下水回灌的效果，指导实际操作。
同时，数值模拟技术还能够模拟地下水层中各种有害物质的运移和转化过程，对地下水质量的改善起到重要的评估作用。
其次，数值模拟技术能够帮助优化地下水人工回灌方案。
在地下水人工回灌中，注水量、注水时间和注水位置的选择至关重要。
通过数值模拟技术，可以模拟不同方案下的地下水流动和质量传输，评估不同方案的效果，并找到最佳方案。
此外，数值模拟技术还能够分析地下水人工回灌对周围地下水层的影响，评估其潜在风险，从而优化回灌方案。
第三，数值模拟技术能够研究地下水人工回灌对地下水资源的保护和可持续利用的影响。
在地下水人工回灌过程中，注水量的选择直接影响到地下水资源的补给量和补给速度。
通过数值模拟技术，可以定量评估不同注水量下地下水资源的补给情况，为地下水资源的可持续利用提供科学依据。
在地下水人工回灌研究中，数值模拟技术的应用进展已经取得了一定的成果。
然而，目前还存在一些问题需要进一步研究和解决。
首先，地下水模型的建立需要大量的实地调查和数据采集工作，成本较高。
其次，地下水流动和质量传输的物理过程非常复杂，需要精确的模型和参数设置才能准确模拟。
最后，数值模拟结果的可靠性和精度需要进一步验证和评估。
综上所述，数值模拟技术在地下水人工回灌研究中具有重要的应用价值。
通过数值模拟，可以定量评估地下水人工回灌的效果，优化回灌方案，保护和可持续利用地下水资源。
地下水数值模拟的研究现状与展望
地下水数值模拟的研究现状与展望
张洪霞;宋文
【期刊名称】《水利科技与经济》
【年(卷),期】2007(013)011
【摘要】综述了国际上地下水模拟软件的发展现状;评述了几种目前国际上最具影响力的模拟软件;最后对地下水数值模拟的发展进行了展望,指出了该领域未来发展的几个主要方向.
【总页数】3页(P794-796)
【作者】张洪霞;宋文
【作者单位】四川省水文水资源勘测局,西昌分中心,四川,西昌,615600;四川省水文水资源勘测局,西昌分中心,四川,西昌,615600
【正文语种】中文
【中图分类】TU991.11+2
【相关文献】
1.中国地下水数值模拟的现状与展望 [J], 薛禹群
2.地下水数值模拟研究现状及发展趋势 [J], 孙放
3.基岩岛屿地下水数值模拟发展研究现状 [J], 王大庆;许颢砾;邓正栋;丁志斌;倪博睿;周泽林;赵小兰
4.基岩岛屿地下水数值模拟发展研究现状 [J], 王大庆; 许颢砾; 邓正栋; 丁志斌; 倪博睿; 周泽林; 赵小兰
5.地下水数值模拟在我国——回顾与展望——为《水文地质工程地质》创刊40年而作 [J], 薛禹群;吴吉春
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地下水数值模拟在我国_回顾与展望_为_水文地质工程地质_创刊40年而作
地下水数值模拟在我国——回顾与展望——为《水文地质工程地质》创刊40年而作薛禹群 吴吉春(南京大学地球科学系,南京 210093) 今年《水文地质工程地质》将迎来它创刊40周年。
40年来,它为发展我国的水文地质工程地质事业,提高我国水文地质学和工程地质学的整体水平作出了不可磨灭的贡献。
回顾过去,成绩斐然;展望未来,前景灿烂。
仅以此文纪念《水文地质工程地质》双月刊创刊40周年。
1 概貌我国自1973年以来在地下水的数值模拟方面发展很快,它的应用已遍及与地下水有关的各个领域和各个产业部门。
高校、科研院所与生产部门相结合,已运用数值模拟解决了很多国民经济建设中急需解决的各类问题,其中包括:水资源评价问题(包括供水、排水、水利等各类问题中的地下水水位或压强预报和水量计算等);地下水污染问题,水2岩作用和生物降解作用的模拟;非饱和带水分和盐分运移问题;海水入侵、高浓度咸水 卤水入侵问题;热量运移和含水层贮能问题;地下水管理与合理开发、井渠合理布局和渠道渗漏问题;地下水2地面水联合评价调度问题;地面沉降问题;参数的确定问题。
它所涉及的地质情况多种多样,有潜水,也有承压水;有单个含水层的情况,也有多个含水层存在越流的情况,以及种种复杂的地质构造和岩相变化情况。
由此,探讨了相应的模型概化与边界条件的处理。
模型有二维的(平面的、剖面的),也有三维的,但以二维为主。
虽然国内一共建立了多少个模型无法精确统计,但从有限的资料可以看出,从模型类型上看,按国际地下水模拟中心(IG WM C)的分类,几种类型的模型我们都有了,即:(1)预报模型包括水流模型 物质运移模型(溶质运移模型);热量运移模型;形变模型;多目标模型。
(2)管理模型;(3)识别模型其中大部分(估计在90%左右,甚至有可能超过)是预报模型,用来预测水流、污染物、热量、地面变化的时空变化,包括水资源(水量)评价、矿山涌水量、渠系及水库渗漏量预测等。
在这些模型中以水流模型为主(80年代早期以前基本上是清一色的水流模型),溶质运移模型次之,其它几类模型占的比例很少。
地下水流数值模拟的研究现状和发展趋势
文章编号:1000-582x(2000)S0-0050-03地下水流数值模拟的研究现状和发展趋势Ξ魏林宏,束龙仓,郝振纯(河海大学水文水资源与环境学院,南京 210098) 摘 要:数值模拟方法是评价地下水资源量、模拟自然界一些水文地质过程发生和发展的主要方法和手段之一。
作者着重论述了三维流模型开发、流速场与流线的计算方法、非均质参数的区域概化、繁杂数据的优化处理等热点问题以及MODFLOW等软件在三维流中的应用。
提出三维水流模拟软件(如MODFLOW)与遥感、地理信息系统及全球定位系统结合起来是地下水流数值模拟的未来发展趋势。
关键词:地下水流;数值模拟方法;发展趋势 中图分类号:P641.1 文献标识码:A 20多年来,随着电子计算机和数值方法的发展,数值模拟逐渐取代传统的模拟技术,成为研究地下水运动规律和定量评价地下水资源的主要手段,而且其发展趋势已远远超出作为一种计算手段的原有范畴,成为模拟一些水文地质过程发生、发展的主要手段。
1 地下水流数值模拟的研究现状无论从理论上还是实践上,对于多孔介质饱和带中地下水流运动机理的认识是明确的,模拟饱和带地下水流的模型是成熟的,应用也是最广泛的(周仰效, 1995)。
已有许多使用灵活的计算机软件可供使用。
近年来对于饱和带地下水流模拟的研究主要集中在:①三维流模型开发;②流速场与流线的计算方法;③非均质参数的区域概化;④繁杂数据的优化处理。
目前进行区域三维地下水流的分析的主要软件有HST3D(K ipp1987),SWIF T(Granwell和Reeves, 1981)以及目前世界上最流行的软件Visual MOD2 FLOW(Mc Donald和Harbangh,1994)。
Visual MODFLOW用于地下水流模拟,具有以下几个主要的功能:其一是水质点的向前、向后示踪流线模拟研究。
根据地下水稳定流数据模拟结果,Modpath可方便地计算出三维流线分布和任意时间水质点的移动位置;其二是任意水均衡域的水均衡项的研究,Z one Budge 是用于计算任意水均衡域均衡要素的专门模块。
地下水系统数值模拟的研究现状和发展趋势.doc
地下水系统数值模拟的研究现状和发展趋势郝治福，康绍忠(中国农业大学中国农业水问题研究中心)目前地下水系统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。
20世纪60年代中期以来，随着快速大容量电子计算机的出现和广泛应用，数值计算方法在地下水资源分析评价中得到逐步推广，具有明显的通用性和广泛的适用性。
尤其近十几年，地下水系统数值模拟取得了长足进步。
一、国外地下水系统数值模拟研究现状目前，国外该领域的研究主要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，合理地描述地下水系统中大量的不确定性和模糊因素。
1、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，强调对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。
根据Anderson等提出的工作程序，要建立一个正确且有意义的地下水系统数值模型，应进行以下工作：确定模型目标，建立水文地质概念模型，建立数学模型，模型设计及模型求解，模型校正，校正灵敏度分析，模型验证和预报，预报灵敏度分析，模型设计与模型结果的给出，模型后续检查以及模型的再设计。
Ewing提出地下水污染流模拟和建模需要强调3个方面的问题：①有效地模拟复杂的流体之间以及流体与岩石之间的相互作用；②必须发展准确的离散技术，保留模型重要的物理特性；③发挥计算机技术体系的潜力，提供有效的数值求解算法。
针对Newman等的推测，Wood提出了二维地下水运动有限元计算的时间步长条件。
Kim等对抽取地下水造成的noordbergum effect (reverse water level fluctuation)现象进行数值模拟，阐述了其机理性原因。
Scheibe等分析了在不同尺度下的地下水流及其运移行为。
Ghassemi指出三维模型可以详细说明含水层系统的三维边界条件以及抽水应力情况，而二维模型就不能恰当处理。
地下水流数值模拟的研究现状和发展趋势
地下水流数值模拟的研究现状和发展趋势
地下水流数值模拟的研究现状和发展趋势
数值模拟方法是评价地下水资源量、模拟自然界一些水文地质过程发生和发展的主要方法和手段之一.作者着重论述了三维流模型开发、流速场与流线的计算方法、非均质参数的区域概化、繁杂数据的优化处理等热点问题以及MODFLOW等软件在三维流中的应用.提出三维水流模拟软件(如MODFLOW)与遥感、地理信息系统及全球定位系统结合起来是地下水流数值模拟的未来发展趋势.
作者：魏林宏束龙仓郝振纯 WEI Lin-hong SHU Long-cang HAO Zhen-chun 作者单位：河海大学,水文水资源与环境学院,南京,210098 刊名：重庆大学学报（自然科学版） ISTIC EI PKU 英文刊名：JOURNAL OF CHONGQING UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE EDITION) 年，卷(期)： 2000 23(z1) 分类号： P641.1 关键词：地下水流数值模拟方法发展趋势。
论地下水超采与地面沉降_薛禹群
3
土层变形的特点
地面沉降量与该地Biblioteka 个土层的变形特点有关， 可以通过分
层标附近观测孔中该土层水位和分层标测得的该土层变形量 的关系曲线来表达 。 它大致和土力学中的应力 － 应变曲线相 当 。长江三角洲地区大量的分层标和水位观测资料证实不同 弱 透 水 层） 表 现 出 不 同 的 变 形 特 点， 有： 的土层（ 包括含水层 、 弹性变形 、 弹塑性变形 、 粘弹性变形和粘弹塑性变形等多种变 形 。土层变形量不仅与土层性质有关， 还与土层所经历的地下 水位变化情况有关 。 土层中地下水位的变化实质上反映了土 因此会影响土层的变形 。 由 层所经历的有效应力的变化过程， 此不难看出， 由于土性和土层所经历的地下水位变化模式的不 同， 区域地面沉降中土层的变形特征会表现出明显的地区差异 同一土层在不 性 。不仅不同的土层会表现出不同的变形特征， 同地区由于处于地下水位降落漏斗的不同部位， 水位变化模式 不同也会有不同的变形特征 。 在降落漏斗的边缘部位土层常 表现为弹性变形， 如图 1a 所示， 上海第四弱透水层位于降落漏 斗边缘的点只有很小的残余变形量， 以弹性变形为主 。 但在漏 斗中心部位则为粘 弹 塑 性 变 形， 而在两者间可能还有过渡类 只是由于没有足够的分层标观测资料， 无法加以进一步论 型， 在不同的沉降阶段， 证 。 更为重要的是同一地点的同一层土， 由于水位变化模式不同而表现出不同的变形特征 。 上海漏斗 中心部位上棉十七厂分层标 1991 年前后第四承压含水层的变 形分别表现为弹性变形和粘弹塑性变形就是明证 。 常州清凉 小学分层标也显示出类似特征 。 前述第四弱透水层以杂色黏 粉质黏土为主， 也有类似的特征， 它位于降落漏斗中心附近 土、 的分层标显示在 1991 年以前， 以弹性变形为主 。1991 － 1993 年地下水位周期升降过程中存在明显的残余塑性变形； 1993 年以后， 水位上升时已基本上看不到回弹变形， 代之以持续的 压缩， 变形明显滞后（ 图 1b ） 。 另一点需要强调的是含水砂层 ， 的变形并不是前人所认为的“弹性变形 ” 上海 、 常州长期分层 标观测资料 、 室内试验都证实上海的第四 、 第五承压含水砂层 （ 图 2 ） 和常州的第一 、 第二 、 第三承压含水砂层不仅变形是非
面临21世纪的中国地下水模拟问题
面临21世纪的中国地下水模拟问题
薛禹群;吴吉春
【期刊名称】《水文地质工程地质》
【年(卷),期】1999(026)005
【摘要】本文在扼要介绍了我国地下水模拟的发展历程和现状后，着重探讨了面向２１世纪中国地下水模拟发展中存在的几个带全局性的关键总是及对其对策；【总页数】3页(P1-3)
【作者】薛禹群;吴吉春
【作者单位】南京大学地球科学系;南京大学地球科学系
【正文语种】中文
【中图分类】P641.7
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薛禹群地下水动力学
薛禹群地下水动力学地下水动力学是研究地下水流动和水文地质问题的学科。
它主要研究地下水的形成、分布、流动及其与地下岩石、土壤等之间的相互作用关系。
薛禹群地下水动力学是在传统地下水动力学的基础上，加入了薛禹群的理论和方法，对地下水流动进行了深入研究。
地下水是地球上重要的水资源之一，它存在于地下岩石的裂隙和孔隙中。
地下水的流动受到地下岩石的渗透性、裂缝的分布和连接性等因素的影响。
薛禹群地下水动力学通过对地下岩石的渗透性特征进行分析，可以预测地下水的流动方向和速度。
地下水的流动过程是一个复杂的系统，它受到多个影响因素的综合作用。
薛禹群地下水动力学通过建立数学模型，可以模拟地下水的流动过程，并预测未来的水文变化趋势。
这对于地下水资源的合理利用和保护具有重要意义。
薛禹群地下水动力学的研究成果在地下水资源开发利用、地下水污染治理等方面具有广泛的应用价值。
通过对地下水流动规律的研究，可以指导地下水开采的合理布局，提高地下水的利用效率。
同时，对地下水污染的研究，可以帮助我们找到治理地下水污染的有效方法，保护地下水资源的安全和可持续利用。
薛禹群地下水动力学的研究不仅对于科学研究具有重要意义，也对于社会经济的发展具有积极的影响。
地下水资源的开发利用可以为农业生产、工业生产和城市供水提供可靠的水源保障。
同时，地下水资源的保护与治理，也可以减少地下水污染对人类健康和生态环境的影响。
薛禹群地下水动力学是一门重要的学科，它通过研究地下水的流动规律，为地下水资源的开发利用和保护提供了理论和方法支持。
在未来的研究中，我们应该继续深入探索地下水动力学的规律，为地下水资源的可持续利用和保护做出更大的贡献。
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高 校 地 质 学 报Geological Journal of China Universities2010 年 3 月，第 16 卷，第 1 期，1-6页March 2010，Vol. 16， No.1， p. 1-6中国地下水数值模拟的现状与展望薛禹群（南京大学 地球科学与工程学院 水科学系, 南京 210093）摘要：回顾了中国地下水数值模拟的发展历程，指出了当前地下水模拟研究领域中存在的问题：基础理论的实验研究重视不够；过多依赖模拟技术，盲目追求软件的版本和模拟结果的可视化程度；轻视水文地质问题和条件的研究；以致于取得的成果跟踪性的占多数，原始创新的很少等。
因此作出地下水数值模拟的展望，并指出该领域今后十年（2011~2020年）优先发展的8个研究方向。
关键词：地下水；数值模拟；优先发展方向中图分类号：P641 文献标识码：A 文章编号：1006 -7493（2010） 01-0001-06Abstract: The present situation of research on groundwater numerical simulation in China is briefly reviewed and analyzed. Problems existing in the development process are summarized. The prospect of the groundwater numerical simulation and some preferential development orientations of this field in the coming decade (2011~2020) is put forward.Key words: groundwater; numerical simulation; preferential development orientationXUE Yu -qunDepartment of Hydrosciences, School of Earth Sciences and Engineering, Nanjing University, Nanjing 210093, ChinaPresent Situation and Prospect of Groundwater Numerical Simulation in China收稿日期：2009-11-20；修回日期：2010-02-05作者简介：薛禹群，男，1931年生，教授，中国科学院院士，主要从事水文地质和地下水模拟的教学和科研工作；E -mail: yuqunx@ 经过三十五、六年的发展，地下水模拟在中国经历了从无到有、从简单的水流模型到比较复杂的物质和热量运移模型；从仿制到独立研制，最后走向世界的艰难发展历程。
现在可以说中国已经差不多建立了国际上讨论的各类模型：预报模型、管理模型和识别模型。
研究范围涉及饱和带、非饱和带和饱和－非饱和带。
基本满足了国民经济发展建设的需要。
但还应从更高的角度冷静地查看我们发展中存在的问题，还应从国际上地下水模拟的发展趋势和国民经济发展对地下水的要求来制订发展规划，把我国地下水模拟事业推向一个新的、更高的高度，做出与中国作为世界大国相匹配的贡献。
1 研究现状 近几十年来，随着地下水科学和计算机科学的发展，地下水数值模拟也得到了快速发展，主要体现在：加拿大Borden基地、美国Cape Cod基地与Columbus基地开展的大型野外试验场研究，大大丰富了地下水溶质运移的理论和方法，取得不少新的认识，并为发展和检验溶质运移理论和相应数学模型提供了大量数据（MacKay et al，1986； LeBlanc et al，1991； Bogga et al，1992；Zheng and Gorelick，2003）；随机方法在非均质介质渗流和溶质运移的模拟中得到比较多的应用，从而加深、甚至改变了人们对此类介质中流体运DOI:10.16108/j.issn1006-7493.2010.01.005高 校 地 质 学 报16卷1期2动和溶质运移的认识（Dagan and Neuman，1997； Zhang D，2002） ；通过多孔介质中水流运动、溶质运移和化学反应，甚至生物过程的耦合建立模型来集成地研究这些过程也取得很多进展（van Genuchten and Sudicky，1999； Yeh and Tripathi，1989； Barry et al，2002）。
此外，计算方法也取得不少进展，但溶质运移模拟中数值弥散和振荡问题的解决和地下水模拟逆问题的求解进展比较缓慢（Sun and Yeh，2007）。
由于种种原因，国内地下水数值模拟开展得比较晚，始于20世纪70年代初，当时文化大革命还没有结束，所以从事这项工作困难重重，而且人也不多，主要来自高等学校和研究部门，以后才逐步扩展到产业部门。
为了加快我国地下水数值模拟的发展，深切感到有必要开展相互交流。
于是利用一次在水文地质工程地质研究所开会的机会，在张宗祜所长的支持下，以肖树铁教授为首的几个人（肖树铁、张蔚榛、薛禹群等）进行了酝酿，考虑到当时文化大革命结束不久，还是不成立什么组织为好，不定期在一起碰个头，达到交流的目的就行了。
参加人不要太多，也不叫谁负责。
商定邀请参加的人有：肖树铁、谢春红、孙讷正、陈明佑、杨天行、张蔚榛、薛禹群、张宏仁、崔光中、李文渊、陈雨荪、许涓铭、刘金山等（少数被邀请人没有来，未列入名单的来了），水文所当时不好定人员名单，决定每次请张宗祜所长指定。
每年轮流在一个成员所在地或由他选定的地方开交流会，交流国内外最新研究内容和进展、以及个人最近研究的心得体会或成果。
交流活动按此原则进行之后，效果很好，也得到各方面人士的支持、肯定，有人称之为“神仙会”。
进入80年代中期后，各类学会逐渐恢复活动，这种最初的交流活动形式也就完成了它的历史使命，在清华大学数学系举行最后一次学术交流后就停止了。
现在回想起来，成员有数学家、水文地质学家、水动力学家的这些活动具有鲜明的学科交叉特点，数学家对我国早期地下水模拟的开展起了很好的帮扶、促进作用，可以少走弯路，加快它的健康发展，对国内出现的少数不正确的苗头也通过交流取得共识。
我国地下水模拟所以能够很快赶上国际先进水平，笔者认为和这个“神仙会”在早期为它奠定良好且正确的基础是密不可分的。
二、三十年过去了，当年的参加者都已进入古稀之年，个别已作古，不少记忆已经模糊，这段历史写在这儿或许有益，也可供后人评述。
目前我国地下水数值模拟的应用已遍及与地下水有关的各个领域，各类模型的研制能够满足国民经济建设的需要，国际上出现的各类模型在中国基本上都有了，如各类常系数、变系数水流模型（薛禹等群，2007）、地下水污染模型（林学钰等，1985；薛禹群等，1997）、海水入侵模型（Xue et al，1995）、高浓度（>100～200 g/L）咸/卤水入侵模型（张永祥，1997；张勇等，1999）、地下水中某些组分运移行为的模型（如海水入侵条件下，交换阳离子运移行为模型）（Wu et al，1996）、大区域地面沉降模型（面积超过17 000 km2）（薛禹群等，2008）、地下水中热量运移和含水层贮能模型（Xue et al，1990）、地下水资源管理模型（吴剑锋等，1999）和井渠合理布局模型（李恩羊，1982；张慧春，1989）、各类坝体渗漏模型（毛昶熙，1999）、渠道渗漏模型、地下水-地表水联合评价调度模型等等。
运移和化学反应耦合模型以及其他一些耦合模型也有人着手考虑了。
上述模型中有些水平比较高，和国际高水平模型基本上处于同一水平。
它们涉及的地质条件多种多样，有潜水，也有承压水，有单个含水层，也有多个含水层存在越流的情况，以及种种复杂的地质构造和岩相变化等。
它们有二维的，也有三维的和准三维的。
国外各类数值方法国内均有应用，少数数值方法还是将国外数学家的构思加以完善后直接应用于地下水模拟的（Ye et al，2004）、或由中国学者直接构思完成的，因而远早于国外水文地质学者（Xue，1985；薛禹群等，1980）。
随机水文地质的研究虽然起步较晚，但从无到有，成果比较突出，基本能跟上国外同类研究的步伐。
但一般只是跟踪性研究，仅在个别领域接近国际前沿。
2 存在的问题 我国地下水数值模拟的研究从无到有，再到今天这种情况，确实令人鼓舞。
但面临21世纪下3薛禹群：中国地下水数值模拟的现状与展望1 期一个十年（2011~2020年）发展战略的时候，还应从更高的角度冷静地检查存在的问题，以便通过解决这些问题攀上新的高度，把中国地下水模拟事业推向国际前沿。
存在的问题主要可归纳如下。
1）基础理论的实验研究和具体地质条件的研究重视不够，有过多依赖模拟技术的倾向。
没有一流的试验研究，很难在基础理论上有所突破。
得不到实验验证的所谓“理论”不仅难以进一步发展，而且也无法说明它一定是正确的。
实验研究投资大，研究周期长，且不易出成果。
所以国家有关部门不仅要加大投入，还要鼓励从事这方面工作的人员力戒浮躁、安心工作。
国外的经验证实密布观测井的野外试验场研究，如前述Borden 基地、Cape Cod基地和Columbus基地开展的野外试验，为发展和验证地下水中溶质运移理论及其数学模型提供了大量数据，由此得出许多新的认识，极大地丰富和发展了描述和预测地下水溶质运移的理论和方法。
不重视具体地质条件的研究表现在重模型研究，轻水文地质问题和条件的研究，还表现在具体建立模型时不重视地质条件的调查和研究，不能正确建立反映当地具体条件的概念模型，或者不是根据具体地质、水文地质条件来建立模型，而是随意主观地忽视一些现象或边界条件、随意增删数据，去搞“拟合”等。
前一种情况反映学界存在着一种重模型、公式，轻地质的错误思潮。
他们不理解地质是基础，在这儿数学只是一种被用来解决某个问题的手段。
没有对地质条件的了解作为基础，任何地下水模型只是没有基础的纸上谈兵和空中楼阁，必然得不出任何正确地结果来。
国内外的无数实践证明，模拟不准往往是由于概念模型有错，概念模型所以出错，则和对地质、水文地质条件缺乏正确了解有关。
诚如Anderson院士（1992）等所言“模型预报未来失败不是由于模型中数值或理论上的缺陷，或者更确切地说，预报中的错误是由于概念模型有错。
通过收集新的野外资料，继续改进概念模型将会改善数值模型”。
因此，希望大家重视建立模型前的地质工作，以便概化出正确反映客观地质体的概念模型。
概念模型正确了，才有可能建立正确的数学模型。