地下水系统数值模拟的发展

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1、地下水系统数值模拟的现状和发展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、灌溉入渗量及泉水溢出量，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

2、定，由具体的开采规划和开采后的水文地质环境来确定新的补排关系。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。现在可以说中国己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。研宄范围涉及饱和带、非饱和带和饱和一非饱和带。基木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

3、业推向一个新的、更高的高度，做山与中国作为世界大国相匹配的贡献。0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)和奋限分析法(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。外地下水系统数值模拟现状0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。

4、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。根据安德森等提出的工作程序，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0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。衣外提出地下水污染流模拟和建模需耍强调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

5、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潸力，提供有效的数值求解算法。针对Newman等的推测，伍徳提出了二维地下水运动有限计算的时间步长条件。凯米等对抽取地下水造成的noordbergumeffect(reversewaterlevelfluctuation)现象进行数值模拟，阐述了其机理性原因。斯科波等分析了在不同尺度下的地下水流及其运移行为。查实米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。帕特等指出DFM(data

6、fusionmodeling)可以量化各种各样的水文学、地质学和地球物理学的数据及模型的不确定性，可以用于地下水系统数值模拟的数据整合和模型校准。马侄儿等提出特别的数值方法用于求解重盐地下水运移模拟的二维非线性动力学控制方程，效果很好。里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随机地下水模型，可以解决均值分布和小尺度过程的不同尺度问题。摩尔等提出二维局部网格细分法的有限差分地下水模型，提供了新的插值和错误分析的方法。模拟结果的可靠性得到了提高。2、国外开发了许多功能多样的地下水系统数值模

7、拟软件，以其模块化、可视化、交互性、求解方法多样化等特点得到广泛的使用，尤其MODFLOW,据美国地质调查局统计，MODFLOW儿乎占地下水系统数值模拟软件总应用次数的一半，这些年其功能更是不断完善。地理信息系统(GIS)与地下水模型的整合强化了数据的输入、传递、方案调整和空间分析等。遥感(RS)提供了判断地质边界、地貌单元和估算地表蒸发等的工具。地下水系统数值模拟模型与相关领域模型的耦合更扩展了其发展空间，可以解决更多的实际问题。Juan等运用ARC/INFO和MODFLOW模拟了美国JacksonHole地区

8、的冲积含水层，并通过补给、排泄和水均衡的评估对模型进行了合理的校准。Winston专门介绍了许多MODFLOW相关的免费和共享的网络资源，为人们学习和应用该软件提供了方便。Olsthoorn指出基于有限差分法的MODFLOW与基于解析元法的MLAEM模型都各有优势，MODFLOW的数据结构更易于实现与GIS的整合。Harrington等运用CMC(compartmenta