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
浅析地下水数值模拟的研究与应用
浅析地下水数值模拟的研究与应用李鹭【摘要】地下水对于人类社会的进步和发展具有重要意义,地下水数值模拟现已成为研究地下水各种问题的重要手段.文章分析了地下水数值模拟的发展历程,总结了地下水数值模拟的步骤以及常用的方法;简要介绍了当今常用的地下水数值模拟软件,并着重分析了Visual MODFLOW、GMS、FEFLOW这3款软件;介绍了常用的地下水数值模型,分析了地下水水流数值模拟及地下水污染物运移数值模拟的研究应用进展情况;最后对地下水数值模拟的发展中应注意的问题提出了相关建议.【期刊名称】《江西化工》【年(卷),期】2018(000)001【总页数】4页(P133-136)【关键词】地下水;数值模拟;研究应用【作者】李鹭【作者单位】东华理工大学水资源与环境工程学院,江西南昌330013【正文语种】中文引言水资源是人类生存和发展必不可少的资源，其对促进社会进步和经济发展具有重要意义。
地下水是水资源的重要组成部分，是中国城市生活和工农业用水的重要供水水源[1]。
当今世界所面临的人口、资源、环境三大问题都直接或间接地与地下水有关。
但是，局部地区因地下水的不合理开采，也导致产生了含水层疏干、降水漏斗扩大、地下水污染、海水入侵、地面沉降等环境地质问题。
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、发展的重要手段[2]。
利用数值模拟软件对地下水流及地下水污染物等问题进行模拟，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[3]。
1 地下水数值模拟地下水的数值模拟是随着地下水资源的定量评价深入研究而发展起来的。
应用数值模型模拟地下水流特征和溶质运移情况逐渐成为此研究领域的一种重要方法，并受到业内人士重视并加以广泛应用[4]。
地下水数值模拟的发展大概经历了三个阶段[5]：即1935年至1950年以解析法为主的第一时期；1950年至1960年，以基于达西定律与电学欧姆定律间相似性所研发产生的电网络模拟为主的第二时期；1965年至今，以数值模拟为代表的第三时期。
《地下水数值模拟》课件
CHAPTER 04
地下水数值模拟的案例分析
案例一：某地区地下水污染模拟
总结词
该案例展示了如何运用地下水数值模拟技术 预测和评估某地区地下水污染情况。
详细描述
该案例首先介绍了该地区的地下水分布和流 向，然后通过建立数值模型，模拟了不同污 染源对地下水的影响，并预测了污染扩散的 范围和程度。最后，根据模拟结果，提出了 相应的污染防治措施。
VS
有限体积法适用于不规则的网格系统 和复杂的边界条件，能够得到相对准 确的结果，计算量适中，适用于较大 的模型规模。
CHAPTER 03
地下水数值模拟的步骤
建立数学模型
01
确定研究区域和边界条件
02
描述地下水流动和物质传输过程
03
建立数学方程，包括连续性方程、动量方程、源汇 项等
模型离散化
1
地下水数值模拟的应用
地下水数值模拟广泛应用于水资源管理、环境保护、地质 灾害防治等领域。
通过模拟地下水动态变化，可以预测未来地下水资源量、 评估地下水污染风险、研究地下水与地质灾害的关系等， 为相关决策提供科学依据。
CHAPTER 02
地下水数值模拟的基本方法
有限差分法
有限差分法是一种将偏微分方程离散 化为差分方程的方法，通过在时间和 空间上将偏微分方程近似为差分方程 ，从而将连续的物理量离散化为离散 的数值。
随着数值计算技术的发展，地下水数值模型将越来越复杂，能够 模拟更多的物理过程和化学反应。
参数优化和数据同化
通过人工智能和机器学习技术，对模型参数进行自动优化和数据同 化，提高模拟精度和可靠性。
多尺度模拟
从微观到宏观的多尺度模拟将成为一个重要方向，能够更好地揭示 地下水系统的复杂性和规律性。
数值模拟技术在地下水资源开发中的应用研究
数值模拟技术在地下水资源开发中的应用研究一、引言随着人口增长和经济发展，地下水资源的管理和保护变得愈发重要。
为了更有效地开发和利用地下水资源，数值模拟技术被广泛应用于地下水资源开发中。
本文将探讨数值模拟技术在地下水资源开发中的应用研究。
二、地下水模型构建地下水模型是数值模拟技术的核心。
地下水模型通过建立地下水系统的数学方程组来描述地下水流动规律，并运用计算机算法进行求解。
地下水模型的构建包括收集地质、水文数据，选择合适的数学模型，以及制定数值模拟的边界条件等。
三、地下水资源开发与管理1. 地下水开采模拟数值模拟技术可以模拟地下水开采过程中的水位变化、水质变化以及地下水补给量等。
通过数值模拟，可以预测不同开采方案下的水位变化，找到最佳的水源配置方案，以及评估开采对地下水系统的影响。
2. 地下水污染模拟地下水污染是严重威胁地下水资源安全的问题之一。
数值模拟技术可以模拟污染物在地下水中的传输和扩散过程，预测污染物的传播范围和浓度变化，并评估污染物对地下水质量的影响。
这些模拟结果可以为地下水污染防治提供科学依据。
四、数值模拟技术的优势与挑战1. 优势：数值模拟技术具有模拟范围广、模拟结果可视化、预测能力强等优势。
它能够模拟复杂的地下水系统，提供直观的模拟结果，并为决策提供科学依据。
2. 挑战：数值模拟技术在地下水资源开发中也存在一些挑战。
首先，数值模型的建立需要大量的地质、水文数据，数据的质量和准确性对模拟结果有重要影响。
其次，地下水系统的复杂性导致模型的参数不确定性增加，模拟结果的可靠性有待提高。
此外，模型的计算量大，需要高性能计算机设备支持。
五、数值模拟技术在地下水资源开发中的案例应用1. 案例一：某地地下水资源开发规划通过建立地下水模型，模拟不同的开采方案，预测地下水位的变化，并分析开采对地下水系统的影响。
在此基础上，提出合理的开采方案，保证地下水资源的可持续利用。
2. 案例二：某城市地下水污染防治通过建立污染物传输模型，模拟污染物在地下水中的传播过程。
工程地质与水文地质考试试题库及参考答案
一、名词解释：1．水文地质学：水文地质学是研究地下水的科学。
它研究与岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作业下地下水水量和水质的时空变化规律，并研究如何运用这些规律去兴利除害，为人类服务。
2．地下水：地下水是赋存于地面以下岩石空隙中的水。
3．矿水：含有某些特殊组分，具有某些特殊性质，因而具有一定医疗与保健作用的地下水。
4．自然界的水循环：自大气圈到地幔的地球各个层圈中的水相互联系、相互转化的过程。
5．水文循环：发生于大气水、地表水和地壳岩石空隙中的地下水之间的水循环。
6．地质循环：地球浅层圈和深层圈之间水的相互转化过程。
7．大循环：海洋与大陆之间的水分交换。
8．小循环：海洋或大陆内部的水分交换。
9．绝对湿度：某一地区某一时刻空气中水汽的含量。
10．相对湿度：绝对湿度和饱和水汽含量之比。
11．饱和差：某一温度下，饱和水汽含量与绝对湿度之差。
12．露点：空气中水汽达到饱和时的气温。
13．蒸发：在常温下水由液态变为气态进入大气的过程。
14．降水：当空气中水汽含量达饱和状态时，超过饱和限度的水汽便凝结，以液态或固态形式降落到地面。
14．径流：降落到地表的降水在重力作用下沿地表或地下流动的水流。
15．水系：汇注于某一干流的全部河流的总体构成的一个地表径流系统。
16．水系的流域：一个水系的全部集水区域。
17．分水岭：相邻两个流域之间地形最高点的连线。
18．流量：单位时间内通过河流某一断面的水量。
19．径流总量：某一时间段内，通过河流某一断面的水量。
20．径流模数：单位流域面积上平均产生的流量。
21．径流深度：计算时段内的总径流量均匀分布于测站以上整个流域面积上所得到的平均水层厚度。
22．径流系数：同一时段内流域面积上的径流深度与降水量的比值。
1．岩石空隙：地下岩土中的空间。
2．孔隙：松散岩石中，颗粒或颗粒集合体之间的空隙。
3．孔隙度：松散岩石中，某一体积岩石中孔隙所占的体积。
4．裂隙：各种应力作用下，岩石破裂变形产生的空隙。
第16章当代水文地质学发展趋势及研究方法
第16章当代水文地质学发展趋势及研究方法
当代水文地质学是研究地下水的存储、运移和水文地质环境等方面的学科，它在实践中不断发展和演变。
以下是当代水文地质学发展趋势及研究方法的一些重要方面：
1. 地下水资源管理与保护：随着人口增长和工业化程度的提高，地下水资源管理和保护日益受到关注。
发展可持续的地下水资源利用方案、建立保护策略及水资源调度等，是当前的研究重点。
2. 数值模拟与模型研究：数值模拟在水文地质研究中的应用日益广泛，可以模拟地下水流动、污染传输等过程，为地下水资源管理和环境保护提供科学依据。
3. 地球信息系统（GIS）和遥感技术的应用：GIS和遥感技术可以提供大量的地理空间数据，并帮助分析地下水系统的复杂性。
这些技术被广泛应用于地下水资源评估、水文地质环境分析等方面。
4. 地下水环境污染与修复：随着工业化和城市化的快速发展，地下水环境污染问题日益突出。
研究地下水污染的成因、传输机理以及修复方法，对保护地下水资源具有重要意义。
5. 地下水与气候变化的响应：气候变化对地下水系统的影响是一个前沿研究领域。
研究地下水与气候变化的相互作用，对于预测未来地下水资源的变化以及适应气候变化的水资源管理具有重要意义。
研究方法方面，常用的包括地质勘探和水文地质探测技术、水位观测、水文地质调查、水质监测、数值模拟、实验室测试等。
同时，还需要结合地学、地球化学、力学、化学工程等多学科的知识进行综合分析，以全面理解地下水系统的特征和过程。
地下水系统模拟与数值模拟方法
地下水系统模拟与数值模拟方法地下水系统是指地下水的流动、贮存和分布所构成的地下水环境系统。
地下水资源是人类生存所必需的一种重要自然资源，对生态环境和社会经济发展有着重要意义。
在地下水资源的管理和保护过程中，需要对地下水系统进行模拟和数值模拟，以便更准确地预测和评估地下水系统的水文地质特征，判断地下水资源的开发潜力和合理利用方案，为实现地下水资源的可持续利用奠定科学依据。
地下水系统模拟方法地下水系统模拟是指通过对地下水系统进行数学模型的建立和仿真，以预测和分析地下水流动、污染传递等水文地质过程的方法。
常用的地下水系统模拟方法有分析模型和数值模型两种。
分析模型是基于对地下水流动或污染物扩散方程的解析求解，分析模型简单、易懂，计算速度快，但只适用于简单的地下水流动或污染扩散问题。
其主要方法包括平衡分析法、线性和非线性回归分析法、空间分析法等。
数值模型则是通过计算机技术，以数值方法求解数学模型的过程，将地下水系统划分成有限的离散单元，通过离散化的方法，将求解大型、复杂的地下水流动或污染扩散方程转化为大量小规模的计算，从而得到地下水流动或污染传输的详细状况。
常用的数值模型包括有限差分法、有限元法、边元法等。
数值模拟方法的分析优势相比分析模型，数值模型在复杂的地下水流动和污染扩散问题中表现出更强的分析优势。
一是用途广泛。
数值模型可以应用于各种类型的地下水问题，如地下水资源、污染物传输、地下水入渗、河流与地下水交互作用、地下水流场演变分析等。
二是精度高。
数值模型可以准确地反映地下水系统的水文地质特征，得到非常细致的地下水流动和污染扩散情况，为分析和预测地下水资源的分布和变化趋势提供了更多的信息。
三是可视化强。
数值模型的结果可以通过数据处理和可视化技术轻松呈现，利用图表、三维可视化等手段，可以帮助决策者更加直观地了解地下水系统、掌握地下水资源的动态变化。
四是模型灵活性高。
数值模型可以对不同地区、不同时间段的地下水系统进行模拟和分析，从而更好地应对不同地区、不同年份的地下水管理、调控和保护问题。
水文地质调查技术方法发展与应用综述
水文地质调查技术方法发展与应用综述摘要：地下水是重要的淡水资源之一，对于人类的生活、农业和工业有着重要的作用。
水文地质调查是研究地下水形成、分布、运动和质量等特征的一项重要工作，对于地下水资源的合理开发和保护具有重要意义。
随着科技的不断进步，水文地质调查技术方法也在不断演变和发展。
传统的水文地质调查主要依赖于地质、水文和地球化学等学科的方法和手段，但随着现代技术的发展，新的调查技术和方法也逐渐应用于水文地质调查中，为地下水资源的研究和管理提供了更多的手段和可能性。
关键词：水文地质调查技术；方法；发展；应用；引言水文地质调查是研究地下水水文地质特征和地下水资源分布的重要手段，对于合理开发和管理地下水具有重要意义。
随着科技的进步和技术的发展，水文地质调查技术方法也在不断更新和完善。
本文将对水文地质调查技术方法的发展与应用进行综述，以期为相关领域的研究和实践提供参考。
1水文地质调查的重要性1.1了解地下水资源分布和特征水文地质调查通过野外勘探和实地调查，获取地下水资源的分布和特征信息。
具体的调查方法包括地下水位的测定、地下水样品的采集和分析等。
通过这些工作，可以了解地下水的分布情况、水位变化规律、水文特征等。
这些信息对于制定合理的地下水开发计划和管理政策非常重要。
例如，通过了解地下水分布，可以确定合适的开采地点和开采量，避免过度开采导致地下水资源的枯竭。
1.2评价地下水资源量和水质状况水文地质调查通过对地下水的水位、水化学成分等参数的测定和分析，评价地下水资源的量和质。
水位的测定可以了解地下水的蓄水量和补给情况，从而评估地下水资源的可利用量。
水质的分析可以确定地下水是否适合饮用和工业用水。
通过水质状况的评价，可以制定相应的保护和治理措施，保障地下水资源的安全和可持续利用。
1.3预测地下水动态变化水文地质调查通过对地下水的水位和水文特征等参数的监测和分析，预测地下水的动态变化。
这对于合理规划和管理地下水资源非常重要。
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【摘要】地下水数值模拟是地下水研究领域的重要工具，随着数值模拟方法的不断发展，其在水资源管理、环境保护和地质勘探等领域的应用也越来越广泛。
本文从数值模拟方法的发展、在水资源管理中的应用、在环境保护中的应用、在地质勘探中的应用以及未来发展方向等方面进行了系统的总结和探讨。
研究表明，地下水数值模拟在提高水资源利用效率、保护地下水资源、指导环境管理和勘探地下资源等方面具有重要意义。
加强地下水数值模拟的研究和应用，将对促进资源有效利用和环境保护具有积极的推动作用。
未来，我们需要进一步完善数值模拟方法，提高模拟精度，探索更广泛的应用领域，推动地下水数值模拟在各领域的发展和应用。
【关键词】地下水数值模拟、研究、应用、发展、水资源管理、环境保护、地质勘探、未来发展方向、重要性、总结、展望1. 引言1.1 地下水数值模拟的研究与应用进展地下水数值模拟是通过数学模型和计算机仿真技术，对地下水系统的水文地质特征进行描述和分析的一种方法。
随着计算机技术的不断进步和地下水问题的日益凸显，地下水数值模拟在水资源管理、环境保护、地质勘探等领域中扮演着重要角色。
在过去的几十年中，地下水数值模拟方法得到了长足发展。
从最初的一维流动模型，到如今的三维多孔介质模型，模拟精度和可靠性不断提高。
各种数值模拟软件的涌现，也为地下水研究提供了便利。
地下水数值模拟在水资源管理中的应用主要包括水资源评价、水资源保护、水资源规划等方面。
通过模拟地下水流动、水质变化等过程，可以更好地指导水资源管理工作，保障人民的饮用水安全。
在环境保护领域，地下水数值模拟被广泛应用于地下水污染源追踪、地下水保护区划定等方面。
通过模拟地下水流动和污染传输，可以及早发现、预防和处理地下水污染事件，减轻环境压力。
地下水数值模拟还在地质勘探领域发挥重要作用。
通过模拟地下水对地下结构的影响，可以为石油、矿产勘探提供重要参考依据。
未来，地下水数值模拟方法将继续发展，模拟精度将进一步提高。
地下水运动数值模拟过程中边界条件问题探讨_卢文喜
2003年3月水 利 学 报SHUILI XUE BAO 第3期收稿日期:2001-11-14作者简介:卢文喜(1956-),男,吉林德惠人,教授,博士生导师,主要从事生态水文和地下水系统数值模拟和优化管理方面研究。
文章编号:0559-9350(2003)03-0033-04地下水运动数值模拟过程中边界条件问题探讨卢文喜1(1.吉林大学环境与资源学院,吉林长春 130026)摘要:本文对地下水运动数值模拟过程中边界条件的涵义和处理方法进行了分析和讨论。
阐述了边界条件所包含的双重意义。
指出随着人类活动影响强度的日益增大,边界条件的处理要面临一些新的更为复杂的问题。
在模型预报之前必须首先对边界条件做出预报。
边界条件的预报既要考虑自然因素的作用,同时也要考虑人类活动(人工开采和人工补给)的影响及由于邻区水流条件变化而产生的耦合效应。
之后,给出了两个应用实例。
关键词:地下水;数值模拟;边界条件中图分类号:P641.2文献标识码:A在地下水运动数值模拟的过程中,模拟预报结果的正确与否与边界条件处理得是否恰当密切相关[1,2]。
尤其是在人类活动影响强度日益增大的今天,在处理边界条件时,常常会面临一些新的更为复杂的问题。
原因在于边界处的水流状况往往不仅受到自然因素的控制,而且还深受人类活动(如人工开采和人工补给)的影响[3,4],同时还可能受到邻区水流条件变化的扰动,而对于人为边界更是如此[5]。
所以必须对边界条件给予应有的重视,深入探讨其多重的内涵并研究出切实可行的处理方法。
1 边界条件涵义探讨在地下水运动数值模拟的过程中,一般都是在概念模型的基础上,建立描述地下水流的数学模型,然后再采用某种数值方法,对模型离散并求解。
对于分布参数的地下水流数学模型而言,模型主要由两部分内容组成:①描述地下水运动规律的偏微分方程;②反映地下水模拟区域具体特征的边界条件和初始条件(若为稳定运动则没有初始条件)[6,7]。
这里的边界条件具有两重意义:一是它与初始条件一起构成地下水流数学模型的定解条件,用来说明具体目标系统的边界所具有的特定状态,从而使模型的求解能够得到切合实际状况的特解。
地下水系统的数值模拟研究
地下水系统的数值模拟研究近年来，随着城市化进程不断加快和人口增长的逐步加剧，地下水资源的开发利用也变得越来越重要。
然而，地下水的数量、品质和空间分布都受到地质、气候等多方面因素的影响，给其管理和利用带来了极大的挑战。
因此，建立地下水数字模型，深入研究地下水系统是非常重要的。
一、地下水数值模拟的意义和现状地下水数值模拟研究是指通过对地下水流动、输运、化学行为等过程进行数学建模和模拟，以预测和评估地下水资源的分布情况和变化趋势，指导地下水资源的合理开发、管理和保护。
地下水数值模拟可以提供与地下水相关的诸如水文循环、地表地下水联系、水资源调控等决策支持，做好保障和利用水资源的工作。
目前，国内外已经对地下水数值模拟开展研究多年，应用范围也十分广泛。
国内一些城市、地区已经将地下水模型应用于地下水资源开发规划和绩效评估，而国外地下水模型研究则更加成熟，应用领域也包括了陆地水文、地质学、土力学等技术领域，具有较高的应用价值和现实意义。
二、地下水数值模拟的主要方法与技术地下水数值模拟研究方法主要依赖于计算机仿真和实验研究。
两者不同的是，仿真是通过计算机数值分析地下水流动、输运、地下水化学等液体流体力学行为，而实验则是在实际环境中监测和记录地下水的物理化学参数并进行实时分析，从而得出各种地下水特性，如渗透性、毒性、温度等。
数值模拟必要的步骤：1.设计数学模型：需要将地下水系统分成空间块，建立相应的液体物理力学方程组。
2.模型参数的处理和确定：需要了解并确定涉及该地区的一些物理、化学参数，如渗透性、温度、水化学含量和地表地层结构等参数，以及地表地下水的特性。
3.选定模拟参数和计算方法：通常文件计算流密度和地表流速、影响其流体行为的参数，以及计算规模和方法。
4.数值计算、分析结果和模型修正：利用数值方法对地下水流动、转移、质量变化等进行数值模拟计算。
通过模拟进行结果分析并对模型进行修正。
三、常见的地下水数值模拟技术与流程总的来讲，地下水模拟有三种基本技术：格网式有限元模拟（FE）、边界元模拟（BEM）和拉格朗日模拟（LSM）。
水文地质的发展历程与展望
地下水保护
加强地下水保护措施，防止地下水污染和过度开采，保障地下水 资源的可持续利用。
生态修复与治理
针对受损的水生态系统，采取生态修复和治理措施，恢复水生态 平衡，保护生态环境。
05
全球水文地质的现状与挑战
全球水资源的分布与利用
数值模拟技术
通过建立数学模型对地下水运动进行模拟，预测地 下水位变化趋势，优化水资源管理。
利用卫星遥感技术监测地表水文特征、地下 水动态等，提高数据获取效率和精度。
人工智能和大数据
利用人工智能和大数据技术对水文地质数据 进行处理和分析，提高数据挖掘和决策支持 能力。
水资源可持续利用与环境保护
强化水资源管理
全球水资源分布不均
地球上的水资源主要集中在南极洲、北极地区和各大洋中，而非洲 、亚洲和拉丁美洲等地区的水资源相对匮乏。
水资源利用现状
随着人口增长和经济发展，全球水资源需求量逐年增加，同时水资 源的过度开采和不合理利用也导致了水资源短缺和水环境问题。
水资源管理挑战
如何合理利用和保护水资源，实现水资源的可持续利用，是全球面临 的重要挑战。
地下水污染防治
01
02
03
污染源调查与控制
查明地下水污染源，采取 有效措施切断污染途径， 防止污染物进入地下水。
污染治理与修复
采用物理、化学、生物等 方法对已污染的地下水进 行治理和修复，使其水质 得到改善。
法律法规与监管
制定严格的地下水污染防 治法律法规和监管制度， 强化污染者责任，加大违 法处罚力度。
利用地球物理方法探测地下水分布和特征，提高水资源评价精度 。
水文地质学与环境科学
建立三维水文地质结构模型和地下水流数值模拟模型所需资料
四、源汇项（地下水开发利用情况）和边界条件
区内潜水的主要补给方式为大气降水入渗补给、灌溉入渗补给、渠系渗漏补给、河流侧渗补给和地下水径流补给，主要排泄方式为人工开采、蒸散发、侧向径流、向河流排泄和越流补给承压水。承压水的补给来源有自北部区外的侧向径流流入和上部潜水的越流补给，排泄方式为径流、人工开采和顶托补给潜水。各项均换算成相应分区的开采强度，然后分配到相应的单元格。
三、模型参数
1. 潜水、承压水含水层和弱透水层水平、垂向渗透系数（K）分区图和值（根据岩性和抽水试验分区）；
2. 潜水含水层给水度（μ）分区图和；
3. 承压水含水层储水率（S s）分区图和值；
4. 弱透水层（隔水层）储水率（S s）分区图和值；
5. 各层有效孔隙度（此项在MODPA TH 中应用，MODFLOW 模拟不使用）、总孔隙度（在MODFLOW 模拟中不使用）；
1. 大气降水入渗补给量（模拟期逐月降水量、降水入渗系数及其分区）；
2. 灌溉水入渗补给（回归）量（农业灌溉分布图，灌溉总用水量（包括地表水）、灌溉入渗系数及其分区）；
3. 渠系渗漏补给量（渠系引水量和渗漏补给系数）；
4. 河水侧渗补给量（河流的基本参数，如河流起点和终点的河水位、河床底板标高、河床厚度、河床渗透系数、河流宽度等）；
性，反映区域和水源地地下水动态变化特征。反复调整数值模型的渗透系数、贮水系数，以及边界条件数值大小，使计算
流场图与实测流场图最为逼近，形态、趋势基本一致。
六、规划资料
1．区域水资源供需方面的调研报告和成果；
2．区域中长期供水规划。
1. 尽可能多的水文地质剖面图（要有剖面线的位置）；
2. 尽可能多的地质、水文地质钻孔资料，深孔资料尤为重要，要有钻孔的名称、地理位置（坐标）、孔口标高、终孔深度、分层信息和岩性描述；
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数学模型和计算机技术对地下水系统进行模拟和预测的方法。
它可以模拟地下水的流动、溶质迁移、热传导等过程，为地下水资源管理、地下水污染控制、地下工程设计等提供科学依据。
本文将对地下水数值模拟的研究与应用进展进行综述。
地下水数值模拟的研究始于20世纪60年代。
当时，由于计算机技术的发展和对地下水资源的需求日益增加，人们开始将数学模型应用于地下水系统。
最早的地下水模型是基于二维的Darcy定律和扩散方程，模拟了地下水的流动和溶质迁移过程。
随着计算机技术的提高和数学模型的完善，地下水数值模拟逐渐发展成为一个成熟的学科领域。
在地下水数值模拟中，常用的数学模型包括流体流动模型、溶质迁移模型和热传导模型。
流体流动模型描述了地下水的流动过程，可以用于预测地下水的流向和流速。
溶质迁移模型描述了地下水中溶质（如污染物）的迁移过程，可以用于预测地下水的污染扩散。
热传导模型描述了地下水中热的传导过程，可以用于预测地下水的温度变化。
地下水数值模拟的应用非常广泛。
在地下水资源管理方面，地下水数值模拟可以用于评估地下水资源的可持续利用性，预测地下水位和地下水补给量，指导地下水的开发和利用。
在地下水污染控制方面，地下水数值模拟可以用于评估地下水污染的危害程度，分析污染源的扩散规律，指导地下水污染的治理和修复。
在地下工程设计方面，地下水数值模拟可以用于评估地下水对工程的影响，指导地下工程的布置和施工。
随着计算机技术的不断进步，地下水数值模拟的精度和效率也在不断提高。
传统的二维模型正在逐渐向三维模型发展，三维模型能更准确地模拟地下水流动和溶质迁移过程。
地下水数值模拟还与其他学科相结合，如地质学、水文学和生态学等，形成了多学科交叉研究的新趋势。
地下水数值模拟可以与地质信息系统（GIS）相结合，实现地下水资源管理的空间分析和决策支持。
地下水数值模拟是一门重要的科学研究领域，它在地下水资源管理、地下水污染控制、地下工程设计等方面具有重要的应用价值。
《地下水》杂志投稿要求
《地下水》杂志投稿要求为了使作者和编者的工作科学规范化，保证本刊的宗旨和 质量，根据新闻出版的有关规定,结合本刊实际，特制定本制度。
_、投稿格式要求1. 本刊征稿以地下水研究、地下水动态监测、地下水开发利 用、水环境污染与防治、城乡供水、水文水资源、工程地质与水文 地质和水利工程类为主，并优先安排国家各级科研课题及各种基金项目论文。
来稿应论点明确，条理清楚，语言精练，数据可 靠，公式、量纲使用准确，符合法定要求。
2. 文稿应以word 格式撰写编排，从编辑部唯一官方投稿邮 箱dxsl 31@126.c o m 投稿,我刊从未委托任何网站和中介机构 进行征稿,请广大作者认真甄别，切勿盲目投稿。
文稿每篇字数 应以3000字左右为宜，最长不超过5000字;稿前应附300字左 右的摘要和3 ~8个关键词;有作者单位、单位所在省、市、县、邮 编;附有题目、单位、摘要、关键词等的英文翻译。
3. 来稿署名，作者人数一般最多不超过5人。
署名顺序依 作者所送稿件为准，在文稿后应注明第一作者的简介（出生年、 性别、籍贯、职称、从事工作）、地址、邮编及联系电话，有通讯作 者的，也应按第一作者简介的要求予以注明。
单位来稿应加盖 公章，并注明联系办法。
4. 研究课题及各类基金项目文稿，应在首页底脚处，注明资 助基金的正式名称和其项目编号，二者缺一不可。
5•参考文献，采用顺序编码制。
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二、 摘要编写要求1.摘要是对科技论文、学术报告的主要内容的准确、简短概括，不加任何注释和评论。
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前者只说明论文或报告的主题思想，一般不介 绍文章内容;后者除了陈述主题思想外，还要列举论文中心句及 中心事物。
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。
水文地质勘查在煤矿地质工程中的重要性
水文地质勘查在煤矿地质工程中的重要性摘要:在矿山地质工作中，水文地质调查是一项十分重要的工作。
文章阐述了水文地质勘探的概念、意义，以及在此基础上对其进行了较为详尽的阐述。
在此基础上，介绍了目前国内外在水文地质勘探中所采用的几种主要方法与技术，并对它们的重要性与必要性进行了分析。
结合实例，论证了水文地质勘探在矿山地质工程中的应用价值。
并对今后的工作进行了展望。
关键词：水文地质勘查、煤矿地质工程、重要性、应用、案例分析引言：矿井地质工程在现代化矿井中占有举足轻重的地位。
但是，在煤炭开采过程中，也产生了一系列的环境问题，其中，水文地质问题尤为突出。
水文地质调查作为一种有效的方法，其成功应用对保障矿井的安全与可持续发展起着十分重要的作用。
文章主要阐述了水文地质勘探在矿山地质工作中的重要作用，并对该工作的具体实施进行了论述。
一、水文地质勘查的定义和目的1.1 水文地质勘查的定义水文地质勘探是研究地下水在地层中的运移规律，主要研究地下水的成因与补给方式，水文地质条件与变化规律，地下水-岩石圈交互作用机理等。
1.2 水文地质勘查的目的研究成果可为我国煤炭资源开发与利用提供可靠的理论基础和技术支撑。
二、水文地质勘查在煤矿地质工程中的应用2.1 煤矿底板稳定性的评价水文地质勘探既可通过测定、分析地下水位、地下水压力等参数，又可根据地下水流状态及导水特征推测底板岩层的承载能力。
在此基础上，提出合理的采煤设计方案，确保底板稳定，防治地表沉陷。
2.2 煤层底板窜水的预测与治理水文地质调查是通过观察、分析煤层底板附近的地下水、水压来判断其是否有可能发生窜水。
在查明煤层底板窜水原因及窜水路径后，可根据实际情况采取设置排水孔、设置抽排设备等措施，对煤层底板窜水进行有效的控制与治理。
从而有效地预防了井下窜水事故，保证了矿山的安全。
2.3 采空区水溶涌水的防治水文地质调查可以通过观察和分析采空区的地下水水位及地下水的化学组成，判定采空区的水溶突水的来源、渗透路径及涌水量，并对其发展趋势进行预测。
地下水流数值模拟技术要求
式中：
h10 ——浅层地下水初始水位(m)； h20 ——深层地下水初始水头(m)； h′0 ——弱透水层水初始水头(m)； q1n ——浅层地下水二类边界流量(m2/d)； q1n ——深层地下水二类边界流量(m2/d)； W1 ——浅层地下水开采、垂向补给及排泄强度(m/d)； W2 ——深层地下水开采强度(m/d)； t0 ——初始时刻； m′ ——弱透水层厚度(m)； Ω1 ， Ω2 ——分别为浅层、深层地下水分布区； Γ1 ， Γ2 ——分别为浅层、深层地下水第二类边界； z ——位置判据，当 z = 0 时，为弱透水层顶板；当 z = m′ 时，为弱透水层的底板。
1.3 本技术要求可供其它工程控制程度较高的大尺度地下水流数值模拟预测（如大、中 型集中供水水源地和区域地下水勘查，在详查、勘探和开采阶段的开采量评价和固体矿产勘 探中的矿坑涌水量计算等）工作参考。
2 引用标准及规范
水文地质术语 地下水资源管理模型工作要求 地下水资源数值法计算技术要求
GB/T 14157-93 GB 14497-93 DZ/T 0201-2002
变量之间具有严格确定函数关系的地下水数学模型。 3.4 数学模型识别 Calibration of mathematical model
在已知数学模型初始、边界条件下，通过对地下水系统模型的输入和输出计算结果的分 析，以达到选择正确参数（即参数识别）、校正已建立数学模型和边界条件的计算过程。 3.5 数学模型检验 Verification of mathematical model
（4）水文地质条件变化较大的区段的各种水文地质参数和数据获取，应安排一定数量 的单井非稳定流抽水试验、孔组非稳定流抽水试验、河渠渗漏试验、井灌回归试验、示踪试 验等水文地质试验获取渗透系数、导水系数、给水度、弹性释水系数、蒸发系数、弱渗透层 的越流系数、地表水体和含水层的水量交换参数、降水入渗系数等水文地质参数；
水文地质数值模拟方法研究
水文地质数值模拟方法研究水是人类生存不可或缺的重要资源，而水文地质是与水相关的学科之一，它着重研究水的地下运动规律，以及对水资源管理和开发方面的支持。
在水文地质研究中，数值模拟方法是一种重要的手段，它能够辅助分析水文地质现象、预测水域的变化和探索水资源的利用方法。
本文将探讨水文地质数值模拟方法在实践中的应用与发展。
1. 数值模拟方法的发展历程数值模拟方法的发展可以追溯到上世纪初期，最早应用于军事行业和地质勘探领域。
20世纪60年代以来，随着计算机技术的快速发展和计算能力的大幅提升，数值模拟方法得到了广泛的应用。
在水文地质领域，数值模拟的主要发展方向是地下水流模拟、盐渍化模拟、水质模拟等。
2. 地下水流模拟地下水资源是世界上许多国家的重要水资源之一，而地下水流模拟是利用数学模型来描述地下水流的规律、分布和变化的过程。
常见的地下水数值模拟方法包括有限元法、有限差分法和控制体体积法等。
其中，有限元法是目前最广泛使用的方法之一，它通过将模型区域划分为小的单元来模拟地下水流场。
通过不断地调整模型参数，分析模拟数据和模拟结果，可以有效地预测地下水的流场变化。
3. 盐渍化模拟盐渍化是指土地中盐分过多，导致土壤的生产力下降，使作物生长发育受到影响的现象。
数值模拟方法可以应用于盐分的输送和蓄积过程的模拟，以提高对盐渍化发生和发展的预测和评估。
主要的盐渍化模拟方法有物理模型、统计模型和分形模型等。
其中，分形模型是近年来比较热门的研究方向之一，因其可以较精确地描述盐分扩散的空间分布特征，被广泛应用于盐碱土地的评价和改良工作中。
4. 水质模拟水质模拟是对水质状况的数量化研究，可用于分析水体的污染程度和污染源的位置、运移等问题。
水质模拟方法的主要包括质量平衡模型、动力学模型和水动力模型等。
其中，质量平衡模型是描述水体中各种污染物的质量平衡的数学模型，通过设置不同的检测点、采样和水质分析来确定模型参数，实现对水中污染物的分布、变化和质量的预测。
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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。
水流模型有饱和的、非饱和的、饱和2非饱和的、地下水2地表水联合的几类,以饱和带模型为主。
同时考虑地下水2地表水的模型只是个别的、探讨性的。
水流模型一般只考虑均质流体,非均质流体的水流模型则是作为子模型和盐分运移子模型同时处理的。
溶质运移模型在我国多数是处理低浓度的水质(地下水污染)问题。
因此,由水流方程和对流2弥散方程分别组成的两个子模型可以独立求解,运动方程也以传统的达西定律为基础。
只有少数研究海水入侵、卤水 咸水入侵和污水中高浓度污染物运移问题中,密度、粘度要由状态方程决定。
此时,上述两个子模型要耦合起来求解。
迭代法是解这类问题常用的解法。
我国最早的三维可混溶海水入侵模型,是在80年代末期建立的。
根据《W ater R esou rces R esearch》的评审意见,该模型发展了潜水含水层条件下的海水入侵模型。
在此以前,国际上一直把潜水含水层简化作承压含水层处理,以回避处理降水入渗、潜水面波动对溶质运移的影响。
在我国这些海水入侵、卤水 咸水入侵模型以及以后将要谈到的热量运移模型、运动方程中,除了根据传统的达西定律考虑以水头梯度为基础的强迫对流外,还考虑了自然对流。
卤水 咸水入侵由于浓度高还考虑了由于粘滞性产生的切应力对水流运动的阻滞。
溶质运移模型中,只考虑污染物运移的模型在我国粗略看来略多于同时考虑吸附、解吸等的模型。
少数模型已深入探讨了海水入侵过程中,水2土间发生的N a+2Ca2+、M g2+2Ca2+阳离子交换。
但,处理更为复杂的如氮素生物化学转换的模型尚未见报导。
我国研究热量运移、形变的模型不多,且都和一些大城市的地面沉降及为控制地面沉降进行的回灌联系在一起。
热量运移模型,已考虑了与热量运移有关的各种主要因素(对流、传导、热机械弥散、自然对流、水2岩间的热交换)。
形变模型一般只考虑垂向变形(地面沉降或抬升),沉降计算是建立在由水流子模型求得的水头或水压强变化与水压强和含水层形变间有关关系的基础上的。
80年代中期以来,我国各地建立了很多管理模型。
以笔者掌握的有限资料看,还只限于探讨有关地下水水量的管理,未见同时考虑地下水水量和水质联合管理的模型。
在管理思想上已从最初的单目标转向多目标,从满足需要,以需定供和低成本,转向应充分考虑水资源和环境的承载能力,并受市场调节的约束,以供定需。
遵循的原则也开始考虑持续发展利用,综合管理和经济,以促进社会经济的发展和保护环境。
从方法上讲仍以采用单位脉冲响应函数的响应矩阵法为主,没有新的。
地表水和地下水联合运用管理模型国内研究的还不多,而且这些研究一般是针对较问题而言的,还难于满足较复杂的地表水2地下水资源系统统一管理的需要。
参数估计即识别技术的研究,近年来也有不少进展。
几种主要的数值方法(有限差分法、积分有限差分法、有限单元法、边界元法、有限分析法)在国内都有应用和研究,但使用最广泛的还是有限单元法。
总之,我国地下水数值模拟的研究虽然起步较晚,但由于一开始在人员上就实行水文地质界与数学界的结合,办班普及与专门提高相结合,在选题上一开始就结合生产实际中面临的问题开展研究,所以进展很快。
1978年12月首届地下水资源评价学术会议上就出现了一批理论和应用成果。
以后继续沿着这条道路走下去,成绩越来越喜人,基本满足了国民经济发展建设的需要。
一些成果接近或达到国际先进水平。
本学科国际权威刊物W ater R esou rces R esearch、Jou rnal of H ydro logy、A dvances in W ater R esou rces、Ground W ater上均出现了中国学者的文章,二年一次的国际水资源计算方法会议(I CC MW R)等重要国际会议上也有了中国人的声音。
在国内还成功地举办了地下水水流和污染模拟国际会议(1991),地下水和环境国际讨论会(1992)等学术会议。
我国的地下水数值模拟开始走向世界。
最后,在回顾这段历史、欢庆我们成绩的时候,应特别感谢几位在推动这项工作中作出重要贡献的数学教授:肖树铁(原北京大学,现清华大学数学系)、谢春红(南京大学数学系、孙讷正(山东大学数学系)、陈明佑(中国地质大学)和杨天行(长春地质学院)。
在早期研究中他们起了极其重要的引导作用,今天仍在继续帮助水文地质界的同志,使这一交叉学科迅速发展。
2 存在的问题在发展中还存在一些问题,主要有:(1)20多年的发展已使我们的计算能力,远远超过我们搜集计算模型所需野外资料的能力。
这一问题国外也存在,而且比我们更严重。
最明显的例子是很多模型只停留在理论探讨上,用于解决实际问题的不多。
众多的三维模型,缺少相应的三维的水头或溶质浓度数据。
(2)模型的建立、运行处于分散状态。
一些通用、相对简单的模型缺少通用软件。
各单位一旦需要时还得从头编起,不仅重复劳动,还影响这些新编软件的质量和效率。
为了提高整个国家的模拟水平和效率,有关部门收集、整理、出版一些通用软件以极低的价格出售或免费赠送看来应提到议事日程上来了。
(3)近十多年来,随着在校学了很多数学知识和模拟课程的年轻地质人员的成长,发生了根本性变化,他们推动了我国数值模拟的进一步普及和提高。
但近年来在少数年轻地质人员和在校学生中出现了对地质条件的了解重视不够,过多地依赖模拟技术的苗头,个别人甚至随意主观地增删数据,去搞“拟合”,不是根据水文地质条件来建立模型,而是删除一部分地质条件来迁就模型,其后果是缺乏足够驾驭复杂地质情况的能力,所建模型并不真正反映当地地质情况,导致模拟结果不理想或失真。
笔者认为,模拟技术虽然重要,但只是一种手段,在整个地下水模拟中只是第二位的,起第一位作用的应是对水文地质条件的了解及其概化上(包括概念模型的建立、网络设计、边界条件的查明与处理、源汇项处理等)。
(4)部分同志在模拟技术上还存在若干问题。
去年《水文地质工程地质》上笔者曾列出下列几个问题:①在实际应用中把具有井流项的溶质运移方程处理为:x i D ijCx j-u iCx i+W C3=Ct式中 D ij——弥散系数张量; x i、x j——笛卡尔坐标,i,j=1,2,3; C——溶质浓度; u i——实际平均流速的分量; W——单位时间单位体积含水层中注入或抽出(取负值)的水量;C3——注入或抽出液体中该溶质的浓度;——有效孔隙度; t——时间。
②认为拟合就是利用观测孔的水位观测值和抽水试验得到的渗透系数,计算抽水井(或井群)或矿坑的流量,然后根据这个流量和上述渗透系数再计算各个观测孔的水位,把计算所得的水位和观测水位进行比较。
③河流割切了含水层必然作一类边界处理。
④渗透系数是一个不变的常数,要求数值模拟求出的渗透系数值和抽水试验所得结果一致。
(5)采用淡水模型或海水入侵模型来研究卤水 咸水问题。
卤水的TD S大于100g l,咸水为10～100g l,远大于淡水或海水的混合水的TD S值(山东龙口地区小于3g l)。
在这种情况下,地下水不仅在水力梯度驱动下运动v i=k ij Hx j(v i为渗透系数分量;k ij为渗透速度张量,i,j=1,2,3;H为水头),还要考虑由于密度差(由浓度差造成)引起的自然对流和由粘度产生的切应力对地下水流的阻滞作用,所以运动方程不能采用在常温、常压、淡水(自来水)条件得出的传统的达西定律形式,水流方程、溶质运移方程都要作相应的变更,仍然采用淡水模型或海水入侵模型就不合适了。
(6)模拟范围选择过小,边界和边界条件处理不当。
模型边界不尽可能利用地下水系统的天然边界(如含水层尖灭、隔水层、巨大的地表水体)或区域地下水分水岭,而是人为地选定一些边界,又没有仔细地从概念和数值上去核实、识别这些边界,结果在模拟或预报期间边界附近的水头或流量受到抽水影响,也就是说实际抽水影响范围早已越过这些“边界”伸向更远的地方了。
还有的根据区域等水位线图选用某一条流线作为边界,当水流状态因抽水或其他原因发生变化时,这条作为边界的流线可能会移动位置或完全消失。
在山区与平原盆地的接触带,山区基岩中蕴藏的裂隙水会补给平原、盆地中的孔隙水,补给量较大,任意忽视这部分补给量把基岩作隔水层处理会使模拟失真。
河流作边界时也宜慎重,先要仔细查明河水与地下水间的关系,否则如前述容易出错。
诸如此类导致模拟失真的问题很多,不一一例举了。
总之,选定边界时模拟者应设想一下由此边界条件引入的水流类型可能是什么样子,是否说得通?入流和出流的位置在哪儿?模拟得出的水流类型和野外所看到的情况、总的水流方向是否一致?这样有助于少犯或不犯错误。
最后要注意,稳定流问题全部采用二类边界条件将导致解的不唯一。