地下水数值模拟研究现状及发展趋势

刚发 展起 来 ， 而 且研 究有 限 。从 ８ ０年代 以来 ， 我 国开 始应 用 ＭＯ Ｄ Ｆ Ｌ Ｏ Ｗ 法 ，并 在此 基 础上 发 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 ： Ｇ Ｐ Ｓ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 ； Ｒ Ｓ技 术 应用 于塔 里 木 盆地 南 缘 大 中 型
第 １期 总 第 ２ ２ ３期 ２ ０ １ ３年 １月
农业 科技 与装 备
ｃ ｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ｄ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ＆Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ
ＮＯ ． １ ＴＯ ｔ ａ ｌ ＮＯ ． ２ ２ ３
ｌ ａ ｎ ． ２ ０ １ ３
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 １ １ ２ ５ ０ ０）
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 ： Ｔ Ｖ ２ １ ３ ． ９
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ： １ ６ ７ ４ — １ １ ６ １ （ ２ ０ １ ＇ ３ ） ０ １ － ０ ０ ５ ５ － ０ ２
地 下水 系统 数 值模 拟 是 定 量 分析 地 下 水 资 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 入 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
Ｍｏ ｄ ｌ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ） 。 近 年来 。 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
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
衡 法及 水 文地 质 比拟法 。１ ９ ０ ５年 ， Ｅ ． 梅勒 第一 次用 解 析法 论 证 了泉 水 流 量 预 测方 法 。２ Ｏ世 纪 ５ ０年 代 后 期， ｒ ． Ｈ． 卡 门斯 基 在考 虑 降 水 人 渗 的情 况 下 ， 通 过 有
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 ３ Ｓ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 ２ ０世纪 ７ ０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
限差分 法 预测 地下 水动 态变 化规 律 。 ２ ０个 世 纪 ８ ０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。
ｓ ｕ ａ ｌ ＭＯ Ｄ Ｆ Ｌ Ｏ Ｗ、 Ｖ ＭＯ Ｄ ３ Ｄ — Ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｒ ｅ ｒ ，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 Ｇ ＭＳ ｆ Ｔ ｈ ｅ Ｄ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｄ ｅ ｆ ｅ ｎ ｓ ｅ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ
Leabharlann Baidu
ｓ ｉ ｏ ｎ Ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ — ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ Ｆ ｌ ｏ ｗ Ｍｏ ｄ ｌ ｅ ） 、 加 拿
大 Ｗａ ｔ ｅ ｒ ｌ ｏ ｏ水 文 地 质 公 司 的 Ｖ ｉ ｓ ｕ ａ ｌ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ 、 Ｖ ｉ —