通量上边界与水头上边界方法的地下水流系统模拟对比
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地下水流系统的模拟是预测和分析地下水汇流、存储及其在时空的变化的重要方法。一般来说，地下水体的模拟研究有两种基本方法：通量上边界和水头上边界法。这两种方法都是根据物理原理和数学模型来模拟地下水体的变化，因此它们在模拟地下水体的过程中都有独特的优点。因此，本文将通过对比分析这两种方法的特点和优缺点，探讨它们在模拟地下水体中的应用。
通量上边界法是一种用来模拟地下水体流动的技术，它以地下水汇流和突出面流量为模型入口，以地下水体流量和垂向渗流量为模型出口，可以描述水量变化和水文水质变化过程。在通量上边界法中，可以模拟初始地下水位，并可以模拟表面和地下水体之间的相互作用，如补充、排出等。但有一个缺点是，它不能模拟内部的渗流变化，通量上边界模型的核心是汇流模型，它认为表面和地下水体是分开的，没有相互作用。
水头上边界法则是对地下水体模拟系统提出的另一种方法，它是根据质量守恒原理来模拟地下水体变化的技术。水头上边界法不仅可以模拟地下水体的流量和入流，而且还可以模拟内部的渗流变化。在水头上边界模型中，地下水体与表面水体是相互交流的，而不仅仅是汇流关系，因此它能够更清楚地反映表面水体和地下水体的相互作用，可以描述地下水体的内部流动特性。但水头上边界模型也存在缺点，尤其是受地形和计算能力的限制，通常难以实现。
通过以上比较，可以得出结论，通量上边界法在模拟表面和地下水体之间的相互作用方面比较有优势，而水头上边界法则能够更清楚地捕捉到地下水体内部流动特性，从而提供更准确的流量和入流模拟结果。因此，在模拟地下水体的过程中，通量上边界法和水头上边界法都是有用的，它们分别具有自己的特点，可以综合考虑进行模拟。
9 八章地下水系统
第八章地下水系统 一、系统的概念 1.系统，按著名科学家钱学森的说法是：相互作用和相互依赖的若干部分结合而成的具有特定功能的整体。 如，一个完整健康的人就是一个极其复杂的系统，它由管呼吸的部分（呼吸分系统）、管血液循环的部分（循环分系统），管消化、运动、思维的等各部分组成，各个部分相互作用相互依赖，少哪一部分都不行，都不是一个完整的人。人是一个完整的大系统，某一部分则是一个子系统，如消化系统。各个部分相互配合，才能学习、工作、生活、生存，才具有特定的功能，才是一个完整的人。 地下水主要是由含水介质和流动的水组合而成，各种各样的含水介质和大、小规模不同的水流，通过一定的结构组合在一起，具备着补给—径流——排泄功能。所以地下水以及含水介质、隔水地层等也构成一个系统，称为地下水系统。 不同的系统具有不同的特征，具有相对的独立性。不然就分不出这个系统那个系统了。但这种相对独立并非绝缘，它必然与外界发生联系，要接受环境物质、能量、信息，我们把这个过程叫做“输入”。输入的物质、能量、信息，通过系统内部的转换处理，再向环境物质、能量、信息。 环境对系统的作用，是通过输入来完成的，这种环境对系统的输入作用也称为“激励”。 系统受到激励以后，由于它本身特有的结构、功能，会通过系统内部的变换以输出的形式作用于环境，这种系统对环境的作用称为“响应”。 环境对系统的输入（激励），经过系统的变换而产生对环境的输出（响应）。变换是系统特定功能的体现，是对输入（激励）的应对，输出（响应）是系统变换的结果。 系统对环境激励的应对变换情况，取决于系统的结构。 所谓系统的结构，是指系统内部各要素之间相互联系的方式和相互作用的方式。系统的结构不同，对相同的输入（激励）会产生不同的输出（响应）效果。 例如，两个在相同环境里生活、工作的人，其衣、食、住、行等情况相同，但也会由于构成这两人的结构不同，而对环境所产生的输出（响应）也会不一样。 再如，相同的气候条件，相同的降雨条件，在不同的地下水系统，由于其岩性、结构、构造、地貌、分布范围以及包气带特征等要素的不同，所产生的泉水流量、地下水水位变化各不一样。
通量上边界与水头上边界方法的地下水流系统模拟对比
写一篇通量上边界与水头上边界方法的地下水流系统模拟对比 的报告，600字 地下水流系统的模拟是预测和分析地下水汇流、存储及其在时空的变化的重要方法。一般来说，地下水体的模拟研究有两种基本方法：通量上边界和水头上边界法。这两种方法都是根据物理原理和数学模型来模拟地下水体的变化，因此它们在模拟地下水体的过程中都有独特的优点。因此，本文将通过对比分析这两种方法的特点和优缺点，探讨它们在模拟地下水体中的应用。 通量上边界法是一种用来模拟地下水体流动的技术，它以地下水汇流和突出面流量为模型入口，以地下水体流量和垂向渗流量为模型出口，可以描述水量变化和水文水质变化过程。在通量上边界法中，可以模拟初始地下水位，并可以模拟表面和地下水体之间的相互作用，如补充、排出等。但有一个缺点是，它不能模拟内部的渗流变化，通量上边界模型的核心是汇流模型，它认为表面和地下水体是分开的，没有相互作用。 水头上边界法则是对地下水体模拟系统提出的另一种方法，它是根据质量守恒原理来模拟地下水体变化的技术。水头上边界法不仅可以模拟地下水体的流量和入流，而且还可以模拟内部的渗流变化。在水头上边界模型中，地下水体与表面水体是相互交流的，而不仅仅是汇流关系，因此它能够更清楚地反映表面水体和地下水体的相互作用，可以描述地下水体的内部流动特性。但水头上边界模型也存在缺点，尤其是受地形和计算能力的限制，通常难以实现。
通过以上比较，可以得出结论，通量上边界法在模拟表面和地下水体之间的相互作用方面比较有优势，而水头上边界法则能够更清楚地捕捉到地下水体内部流动特性，从而提供更准确的流量和入流模拟结果。因此，在模拟地下水体的过程中，通量上边界法和水头上边界法都是有用的，它们分别具有自己的特点，可以综合考虑进行模拟。
地下水数值模拟doc
地下水数值模拟 一、地下水数值模拟简介地下水数值模拟是各种数值方法在水文地质计算中的应用，是目前定量研究地下水水资源量的重要手段。 2 0世纪6 0 年代以来，随着计算机技术的迅速发展，数值方法作为一种求解近似解的方法被广泛用于地下水水位预报和资源评价中。数值方法是采用离散化的方法来求解数学模型，从而得到研究区域内有限个离散点上的未知函数值。离散化的方法是将研究区域划分成为若干个较小的子区域或称为单元，即化整为零，这些单元的集合体代表的研究区域，即又积零为整。虽然所得解为数值解(即是数值的集合，是数学模型的近似解)，但是只要将单元大小和时段长短划分得当，即对空间步长和时间步长取值合适，计算所得的数值解便可较好的逼近实际情况而满足计算精度的要求。由于数值方法可以较好的反映复杂条件下的地下水流状态，具有较高的仿真度，因此在理论和实际应用方面都得到了较快的发展。 数值法求解地下水流数学模型的基本步骤如下： ( 1 ) 将研究区域按照某种规则进行剖分或称离散化。剖分的原则和剖分后形成的子区域形状取决于所采用的数值方法，从而将研究区域划分为若干个子区域单元。对于非稳定流问题，尚需将计算时间也进行离散化，即将计算时间离散为若干个时段。 ( 2 ) 将每个小单元作为地下水的小均衡域，并定义特征点上的各种物理量。( 3 ) 建立某一个时段内结点之间制约各种物理量的关系式，关系式一般表达 为代数方程。 ( 4 ) 利用初始条件和边界条件( 即初边值问题) ，建立在某一个划分时段内边界结点与内部结点的关系式。 ( 5 ) 求解上述( 3 ) 、( 4 ) 所构成的代数方程组，就可求得某一计算时刻，研究区域上各离散点的水位H 值，其集合{ H} 即是渗流区域上某一时刻地下水水位H 的近似解，单元剖分的越小，{ H} 的仿真度就越高。 (6 )重复(3 )〜(5 )，可计算下一时刻的水头{ H}集合值
地下水流动模拟
地下水流动模拟 地下水是指存在于地下的水体。它是一种重要的水资源，广泛应用 于人类饮用水、灌溉、工业和生态等方面。而地下水流动模拟是通过 数学模型来描述地下水的流动规律，以便对地下水资源进行有效的管 理和保护。 地下水流动模拟主要涉及到地下水的流速、流向、水位、水质等参数。它通常是基于物理原理和数学方程建立的模型来实现的。常见的 数学模型有二维模型和三维模型，分别适用于平面和立体的地下水流 动模拟。模型中需要考虑的因素包括地下水的水头梯度、透水性、非 饱和带、水源与水井的交互作用等。 地下水流动模拟的过程可以分为建模、参数确定、模型求解和模型 验证四个主要步骤。首先是建模，即将地下水系统抽象化为数学模型。这需要根据地下水系统的特点选择合适的模型类型，并确定模型的边 界条件和初边值条件。然后是参数确定，即根据实际情况对模型中的 各参数进行测量或估计。接下来是模型求解，即通过计算机程序求解 模型得到地下水流量、水位等变量的数值解。最后是模型验证，即将 模拟结果与实际观测数据进行对比验证，以检验模型的准确性和可靠性。 地下水流动模拟的方法有多种，常用的有有限元法、有限差分法和 解析法等。有限元法适用于复杂地下水系统，能够较好地描述地下水 流动的细节。有限差分法则适用于简单地下水系统，计算速度相对较
快。解析法则是基于解析解的方法，适用于简单且具有解析解的地下 水问题。 地下水流动模拟在水资源管理和环境保护中起着重要的作用。通过 模拟地下水的流动规律，可以为地下水资源的合理开发和利用提供依据。同时，地下水流动模拟还可以预测地下水位和水质的变化，为地 下水环境保护提供科学依据。例如，在地下水开采过程中，可以通过 模拟预测地下水位下降的范围和速度，以避免地下水资源过度开采引 发的问题。此外，地下水流动模拟还可以用于地下水的污染源追踪和 污染物传输的预测，为地下水环境的治理提供科学参考。 总之，地下水流动模拟是一种重要的工具，可以帮助我们更好地理 解和管理地下水资源。随着计算机技术的不断进步和模型方法的不断 发展，地下水流动模拟的精度和应用范围将得到进一步提升。相信通 过合理利用地下水流动模拟，我们可以更好地保护和利用地下水资源，实现可持续发展。
热-水动力-力学(thm)耦合模型
热-水动力-力学(thm)耦合模型 一、概述 1. 研究背景 近年来，热-水动力-力学(thm)耦合模型在地质工程领域得到了广泛的应用。这种模型能够描述地下水流对岩石力学性质和地温场的影响，对于有效预测地下水资源的开发利用以及岩石工程中的渗透、变形等问题具有重要意义。 2. 研究意义 通过对热-水动力-力学(thm)耦合模型的研究，可以更加全面地认识地下水流和岩石力学之间的相互作用关系，为地下水资源的合理开发、岩石工程的安全施工提供科学依据。 二、热-水动力-力学(thm)耦合模型的基本原理 1. 热传导和水动力学模型 在热-水动力-力学(thm)耦合模型中，首先需要建立热传导方程和水动力学方程。热传导方程描述了地下岩石热量的传输和分布规律，而水动力学方程则描述了地下水流的速度和流动特性。 2. 岩石力学模型 岩石力学模型描述了地下岩石的变形和破坏规律，包括岩石的弹性模量、泊松比、抗压强度以及裂隙的存在和扩张等因素。 3. 耦合关系 在热-水动力-力学(thm)耦合模型中，热传导方程、水动力学方程
和岩石力学模型之间存在着复杂的耦合关系。地下水流动会对岩石的 温度场和应力场造成影响，从而影响岩石的强度和变形特性；同时岩 石的变形也会影响地下水流的通量和流速。 三、热-水动力-力学(thm)耦合模型的建立 1. 模型假设 在建立热-水动力-力学(thm)耦合模型时，需要对地下水流、岩石力学和地温场等因素进行一定的简化和假设，以便于建立数学模型进 行求解。 2. 数学表达 通过对热传导方程、水动力学方程和岩石力学模型进行数学表达，并引入边界条件和初始条件，可以建立热-水动力-力学(thm)耦合模型的数学形式。 3. 求解方法 对于建立的热-水动力-力学(thm)耦合模型，可以采用有限元、边界元、网格法等数值方法进行求解，得到地下水流场、温度场和应力 场的分布情况和变化规律。 四、案例分析与应用 1. 地下水资源开发 通过建立热-水动力-力学(thm)耦合模型，可以对地下水资源的开采和补给进行合理的规划和管理，有效防止地下水位下降和地表沉降 等问题的发生。
地下水水流模型建立过程
地下水水流模型建立过程 地下水水流现状模型建立 1.模拟时间可长可短，不影响水流模型过程，一般用非稳定流，溶质运移考虑稳定流。单位里只需变更渗透系数单位m/s变为m/d，模型已运行完需要修改运移时间时，点主菜单F10,点设置到编辑引擎，可修改运移时间。 2.在给定模型底图时，先确定画好好模型的边界，埋深线，渗透系数等参数分区线等，以便后期人为好分区。 3.模型的边界零流量边界有：天然断裂带、天然基底隆起阻水带及人为流畅零流量变为。定水头边界有：泉沟河及水位变化很微弱的等水位线。给定水头边界（变水头边界）：按上下游等水位线给定一条弧线，或者根据补给边界断面给定一条直线。 4.底图校正时，原点坐标输入左下角坐标。角点坐标输入左下角和右上角坐标，角度为0。 5.导入地表高程和基地高程时，采用模型坐标，单位为米。 6.生成网格后，将模型区外围采用无效水流区多边形概化，无效区不参与计算，流入流出量外也概化为无效区，给定水头后水头边界模型会给定水流量参与计算，其他边界为零流量边界。模型无效概化前全是有效网格，因此不能采用有效网格多边形，只能采用无效网格多边形进行无效区，无效区可用有效多边形修改，可按F9进行无效区可见进行视图可视化。 7.网格菜单下的绘制等值线可绘制出模型地表高程、厚度及基底等高线。 8.导入抽水井时要注意滤水管的顶底高程，开采时段及开采量，概化井的开采量和总量要一致。添加水位观测井时滤水管的高程为滤水管的中点高程，没有顶底高程。 9.给定渗透系数时电脑可按井渗透系数自动分区，比较分散，最好是人为划定多边形区域赋值，最后好调整参数。调整参数时只需要点数据库进行调整。
地下水流模型的建立与优化
地下水流模型的建立与优化 地下水资源是人类重要的天然资源之一，对于农业、工业和城市生活等各个领域都有着不可替代的作用。地下水流模型的建立和优化是确保地下水资源利用的有效途径之一。本文将从模型建立的原理、流域特征分析以及模型优化等角度，详细介绍地下水流模型的建立和优化。 一、地下水流模型建立的原理 地下水流模型的主要目的是预测地下水的流动方向和流量，从而为地下水资源的利用和保护提供科学依据。地下水流模型可以分为物理模型和数学模型，其中数学模型是最常用的一种。 数学模型是建立在物理模型的基础上，利用数学语言和计算机模拟技术，将地下水流动的物理过程数学化，以模拟地下水的流动规律。数学模型的建立需要使用地下水系统的流量、水位、压力等相关数据，并根据实际情况选取相应的参数和边界条件，使用数学方法计算和预测地下水流动的情况。 地下水流模型的建立涉及到地下水系统的许多因素，如地质条件、地下水系统的各种参数、人类活动等。因此，在建立地下水流模型之前，需要对建模区域的地质特征、流域特征等进行详细的分析和研究，才能更准确地建立地下水流模型。 二、流域特征分析
流域特征是建立地下水流模型的前提条件之一，它主要反映了 建模区域内地下水系统的特征和变化情况。流域特征分析是建立 地下水流模型的基础，需要综合考虑建模区域的地质结构、地下 水系统的水文地质条件和人类活动等因素。 在流域特征分析中，需要对建模区域的地质条件进行详细的研究，如区域的地形地貌、岩性分布等。同时，还需要收集建模区 域内的水文地质数据，包括地下水水位、流量、压力、渗透系数、渗透率等。这些数据对于确定地下水参数和边界条件至关重要。 此外，人类活动也是影响地下水系统的重要因素之一。人类活 动可能导致地下水系统的水位和流量发生变化，如水库建设、开 采和排水等，因此需要对这些因素进行适当的考虑，保证模型的 准确性。 三、地下水流模型优化 地下水流模型的优化是保证模型精度和可靠性的关键之一。地 下水模型优化主要包括以下几个方面： 1. 边界条件优化。边界条件直接影响地下水模型的精度，因此 需要根据实际情况对边界条件进行优化和调整。 2. 模型参数优化。模型参数与地下水系统的物理特性密切相关，因此需要通过试算和反演等方法对模型参数进行优化。
geostudio常水头边界条件
geostudio常水头边界条件 地质工程是一门研究地球内部构造、地质过程和地质材料与地下工程相互作用的学科。在地质工程中，常水头边界条件是一个重要的概念。常水头边界条件是指在地下水流问题中，地下水位保持恒定的边界条件。 常水头边界条件对于地下水流的模拟和预测具有重要意义。在地质工程中，地下水流是一个复杂的过程，受到地下水位、渗透系数、地下水流速等多种因素的影响。通过设定常水头边界条件，可以使地下水流模拟更加准确和可靠。 在geostudio软件中，常水头边界条件的设置非常简单。首先，需要确定边界条件的类型。常见的常水头边界条件有两种：固定水位边界和变化水位边界。固定水位边界是指地下水位保持恒定不变，这种边界条件适用于长期稳定的地下水流系统。变化水位边界是指地下水位会随时间发生变化，这种边界条件适用于季节性或周期性变化的地下水流系统。 在geostudio软件中，可以通过在边界条件设置界面进行参数的输入和修改。例如，可以输入地下水位的数值或随时间变化的曲线，以设定边界条件。同时，还可以设定边界条件的类型、边界条件的位置以及边界条件的边界类型等参数。 在地质工程实践中，常水头边界条件的设置需要结合实际情况进行
合理选择。根据地下水流的特点和变化规律，可以确定适当的常水头边界条件。通过合理设置常水头边界条件，可以更好地模拟和预测地下水流的行为，为地质工程的设计和施工提供可靠的依据。 除了常水头边界条件，geostudio软件还提供了其他多种边界条件的设置。例如，可以设定渗透边界条件、量值边界条件和流量边界条件等。这些边界条件的设置可以更加全面地描述地下水流的行为，提高地质工程模拟的准确性和可靠性。 在地质工程中，常水头边界条件是一个重要的概念。通过合理设置常水头边界条件，可以更好地模拟和预测地下水流的行为。geostudio软件提供了简单易用的边界条件设置界面，可以满足地质工程实践的需求。在今后的地质工程实践中，我们应该充分利用geostudio软件的功能，合理设置常水头边界条件，为地质工程的设计和施工提供可靠的支持。
地下水流系统灰色差分方程研究
地下水流系统灰色差分方程研究 作者：于虎广 来源：《科学与财富》2011年第07期 [摘要] 地下水流系统数值模拟在预测、评价具体的水文地质问题过程中起着日益重要的 作用。本文从灰色数学的角度，分析了地下水流系统数值模拟模型的灰色参数，给出了地下水流系统的基本灰色数值模型，推导出地下水流系统内离散结点的灰色有限差分方程并讨论了其求解方法。通过试算灰色解算方法和经典数值解法的对比，论证了灰色算法对灰信息传递的完备性和正确性，结果表明所建立的灰色差分方程模拟效果较好，为科学地实现地下水量控制和有效地进行地下水环境管理提供了重要的决策支持技术。 [关键词] 地下水流系统离散结点灰色参数灰色差分方程灰色解算方法 0、引言 上世纪60年代，随着计算科学和计算机的发展，国外数值模拟技术在地下水研究中得以应用。1968年Pinder and Bredehoeft用有限差分法研究新斯科舍省（Nova Scotia加拿大省名）Musquodoboit Harbour 山庄的冰水沉积物含水层，进行了水量模拟。1972年Pinder和Frind用有限元方法对同一问题进行了研究。近几年，我国该领域科学家也做了大量的工作，薛禹群等提出了Ms-FEM(多尺度有限元法)的基本原理，并将其应用于地下水流系统非均质多孔介质中的流动问题。尽管国内外关于地下水流系统数值模拟的研究有了长足的进步，但也不得不承认,实际地下水流系统的复杂性以及人们对它认识的局限性给普通数值模拟方法的进一步发展带来了不少具体困难，如系统内部结构、水文地质参数、边界条件和含水层系统空间变化等不确定性信息，导致了传统地下水数值模拟方法在不少情况下难以取得令人满意的模拟效果。我国学者邓聚龙教授提出的“灰色系统理论”认为，任何事物都是发展变化、相互关联、相互制约的系统。在各类系统中，内部特性部分确知，部分未知的系统就是灰色系统。灰色系统是用灰色参数、灰色方程（包括微分、差分方程、代数方程）及灰色矩阵来描述的。这为人们从更为一般的角度去研究地下水流系统的数值模拟问题奠定了理论基础。本文借助灰色系统理论的基本思想，基于灰色数学原理，在给出灰色地下水流系统灰色微分方程的基础上，探讨模拟地下水流问题的一种新方法——灰色差分数值方法。 1.地下水流系统灰色差分模型的建立 1.1地下水流系统的灰色参数确定 地下含水层的内部结构、参数和边界条件等原始信息存在着“不准确”和“不齐全”的问题，即灰性。在描述地下水流系统微分方程模型中，涉及到若干重要参数，如导水系数、储水系数等，以及地下水流系统的输入和输出量，这些参数和输入输出量都包含着许多难以确知的因
地下水模拟
地下水模拟 dixiashui moni 地下水模拟 groundwater analogy 利用地下水现象与某些物理现象之间的相似性，用人工制作的模型研究地下水实际运动(原型)的技术。虽然，在原型和模型中出现的可能是不同的两种物理现象，如水流和电流，但它们的运动规律有相似之处，可以用同一型式的数学方程式（变量含义不同的）来描述。只要建立了这两种现象各物理量之间的一一对应关系，如水头与电位，渗流量与电流密度等，按照原型的形状和边界条件来制作模型，就可根据给定的条件在模型中研究地下水的运动。地下水模拟主要应用于地下水资源评价，矿山疏干和含水层水文地质参数的确定，水工建筑物中的渗流计算，农田灌溉及排水中的地下水计算，井的水力学和河渠影响下地下水动态计算等。 地下水模拟的方法很多，主要有电模拟、粘滞流模拟和薄膜模拟等。 电模拟由导电元件（或导电材料）组成模型，用电场中的电流运动比拟渗流场中的水流运动，称为地下水的电模拟。1918年由苏联科学院院士H.H.帕夫洛夫斯基提出。电模拟又分以下两种。 连续介质模拟用导电液或导电纸为导电介质。用水或硫酸铜溶液水为导电介质的称为导电液模拟，用导电纸作为导电介质的称导电纸模拟。 在导电液模拟中，渗流场中地下水稳定流动时的水头和稳定电流场中的电位都可以用拉普拉斯方程 [156-01]来描述，所不同的是，U 值在渗流场中代表水头而
在电流场中代表电位。 渗流场中水流用达西定律:[156-02]描述在电流场中，导体（或导电介质）中的电流则用欧姆定律：[156-03]描述。比较两者可以看出，它们之间运动规律是相似的，其比拟关系为：地下水的单位渗流量q 对应于电流密度J;渗透系数K对应于电导率κ, 水头H 对应于电位U ；沿渗流方向的长度对应于沿导电体流动方向的长度。因此，按照地下水渗流区域的形状和边界条件并根据一定比例尺建立电模型（图1[ 坝基渗流的导电液模拟] ）。从电模型测得的电位分布相当于渗流场中的水头分布，某一断面的电流量值则相当于相应断面的渗流量值。 用导电液模拟可以研究二维或三维地下水运动。一般情况下，此种电模拟更适合于研究稳定的有压渗流。 电网络模拟用电阻、电容器件构成网络进行模拟。对连续的地下水渗流场进行差分离散后，拉普拉斯方程中的微商则以差商的形式来取代，对于节点0（图2a [电网络模拟示意图]
地下水数值模拟任务、步骤及常常利用软件
地下水数值模拟任务、步骤及经常使用软件 1 地下水模拟任务 大多数地下水模拟要紧用于预测，其模拟任务要紧有4种： 1)水流模拟 要紧模拟地下水的流向及地下水水头与时刻的关系。 2)地下水运移模拟 要紧模拟地下水、热和溶质组分的运移速度。这种模拟要专门考虑到“优先流〞。所谓“优先流〞确实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度快于周围地域，即水、热、溶质组分优先在该处流动。 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。 4)反应运移模拟 模拟地下水运移进程中所发生的各类反应，如溶解与沉淀、吸附与解吸、氧化与恢复、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，是地下水模拟的开展趋势。要成功地进展这种模拟，还需要研究许多水-岩彼此作用的化学机制和动力学模型。 2 模拟步骤 关于某一模拟目标而言，模拟一样分为以下步骤： 1)成立概念模型 依照详细的地形地貌、地质、水文地质、构造地质、水文地球化学、岩石矿物、水文、气象、工农业利用情形等，确信所模拟的区域大小，含水层层数，维数(一维、二维、三维)，水流状态(稳固流和非稳固流、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。必要时需进展一系列的室内实验与野外实验，以获取有关参数，如渗透系数、弥散系数、分派系数、反应速度常数等。 2)选择数学模型 依照概念模型进展选择。如一维、二维、三维数学模型，水流模型，溶质运移模型，反应模型，水动力-水质耦合模型，水动力-反应耦合模型，水动力-弥散-反应耦合模型。 3)将数学模型进展数值化 绝大局部数学模型是无法用解析法求解的。数值化确实是将数学模型转化为可解的数值模型。经常使用数值化有有限单元法和有限差分法。
基于 FEFLOW的广州金沙洲地区地下水流场数值模拟研究
基于 FEFLOW的广州金沙洲地区地下水流场数值模拟研究陈小月;黄健民;卢薇 【摘要】通过概化金沙洲地区的水文地质条件建立了地下水系统的概念模型，然后在地下水数值模拟FEFLOW 软件的支持下，建立了研究区的地下水流数值模拟模型。模拟结果表明：施工降水期间，地下水的流动方向由四周向施工降水中心流动，形成以施工抽水点为中心的降落漏斗，地下水位变化明显，与发生在模拟区内的地面塌陷和地面沉降地质灾害在时间和空间上具有对应性。基于此模拟结果，应严格控制金沙洲区域的工程活动施工降水强度，以有效防止地面塌陷及地面沉降地质灾害的发生。%The paper establishes a concept model of the groundwater system in Jinshazhou area by generalizing its hydro-geological conditions, and then, builds a numerical simulation model of groundwater flow with the help of FEFLOW software. The simulation result shows that groundwater flows from the surroundings to the center during the process of lowering groundwa-ter level, and forms a cone of depression whose core is the location of the pump. The variation of groundwater level is signifi-cant and consistent with the occurrence of land subsidence and geological disasters both in time and space. The result indicates that pumping intensity should be strictly controlled to prevent land subsidence and other geological disasters. 【期刊名称】《地下水》 【年(卷),期】2014(000)004 【总页数】4页(P4-7)
第八章研究地下水运动的数值模拟方法
第八章研究地下水运动的数值模拟方法 一、名词解释 1.水文地质概念模型 在充分了解研究区地质和水文地质条件的基础上，结合地下水开采、补给布局情况，实 际水文地质条件来概化，并抽象出能用公式、文字、数据或图形等简洁方式表达并反映地下水运动规律的水文地质概念模型。 2.数值法 是把刻划地下水运动的数学模型离散化，把定界问题化成代数方程，解出渗流区域内有 限个结点的数值解的方法。 3.有限差分法 建立在用差商代替导数的基础上，将渗流区域划分成许多小区域（均衡域），用该区域的中心点（结点）集合代替连续的渗流区域，在这些点上，用差商近似代替导数，将数学模型化为一组差分方程（代数方程）组，求解在结点上的近似解。 4.有限单元法 建立在求函数的近似解的基础上。将渗流区域划分为有限个单元，选择近似函数表示单元内部的水头分布，推导有限元方程建立单元内未知量的表达式。 集合单元方程形成整个渗流区的代数方程组，求解方程组得到主要未知量（水头、浓度等），进而计算速度、流量等量。 5.数学模型 将水文地质概念模型数学化，用一组数学关系式刻划地下水数量关系和空间形式，具有复制和再现实际地下水运动状态的能力。 6.模型识别 根据所建立的数学模型，选用合适的程序，用勘探试验所确定的水文地质参数和边界条件作为初值。选某一时刻为初始时刻，开始按正演计算模拟抽水试验/开采，输出各观测孔 各时段的水位变化值和抽水结束时的流场分布。 将计算值与实际观测值进行对比，如果相差很大，修改参数和边界条件，反复调试。 7.模型检验 通常是把识别得到的参数和模型用来模拟另一段时间的外部影响，如抽、注水量和抽、注水时间、方式以及边值，入渗补给量也按该时段的实际情况给出，然后进行正演计算比较 模拟值和实测值。
基于Visual MODFLOW的地下水流数值模拟——以四川垮梁子滑坡为例
基于Visual MODFLOW的地下水流数值模拟——以四川垮 梁子滑坡为例 郑亚楠;吕红宾;胡晓农 【摘要】In this paper,Kualiangzi Landslide in Fengdian Town,Zhongjiang County,Sichuan Province is taken as the study object. Based on the basic stratigraphic structure ascertained by engineering geological survey and the hydrogeological parameters and boundary conditions obtained by the combination of hydrogeological survey and field test (electrical resistivity tomography, DC charging method,Tracer test,water injection test,etc.),the hydrogeological conceptual model of the landslide area is estab-lished. Then the three-dimensional seepage model of groundwater anisotropy in Kualiangzi Rocky Landslide is established by u-sing Visual MODFLOW software. After identification and verification of the model,the sensitivity analysis of hydrogeological pa-rameters of the model is carried out. The results show that the permeability coefficient has a great influence on the accuracy of the model analysis,and the trailing edge water level plays a key role in the stability of the landslide. The simulation results can pro-vide scientific basis for predicting the stability of Kualiangzi landslide.%以四川省中江县冯店镇垮梁子滑坡为研究对象,通过工程地质勘察查明了研究区基本地层结构,结合水文地质调查与现场试验(电阻率成像法、直流充电法、示踪试验、注水试验等)获得的水文地质参数和边界条件,建立了滑坡区水文地质概念模型,并运用Visual MODFLOW软件构建了垮梁子岩质滑坡体中地下水各向异性三维渗流模型,经过模型的识别及验证,对模型的水文地质参数进行了敏感性分析.结果显示:渗透系
第八章地下水系统
第八章地下水系统 第一节系统的概念 一、系统的提出 一般系统论，是二十世纪40年代贝塔朗菲（Ludwig von Bertalanffy）提出来的。 二十世纪特别是本世纪50—60年代在应用系统工程解决复杂问题取得重大成功。 系统：由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成的具有特定功能的整体”〔钱学森等，1978〕 相互作用，相互依赖→不是各部分或零部件的简单堆集， 整体→其功能大于局部（要素）之和，Integral ＞∑elements。 二、系统与系统方法 系统方法：用系统思想去分析与研究问题方法称之。 系统思想：就是把研究对象看作一个有机整体，从整体角度去考察、分析与处理问题的方法。 系统目标：追求系统整体功能的最优化（不是局部的）。 一个系统，不仅内部诸要素存在着相互作用，而且与外部环境发生相互作用。 以系统为对象，系统接受或向环境产生的物质能量或信息—称为输入与输出（图8-1）。 以系统为作用对象，环境对系统的作用与系统对环境的反作用称为激励与响应（图8-2）。 图8—1 系统的输入与输出 图8—2 系统的激励和响应 第二节地下水系统的概念
一、地下水系统概念的产生 随着开采地下水规模的增长，人们遇到的水文地质问题也越来越复杂，如：采水井群使周边地下水下降，影响波及的含水层以外范围，“越流”的发生。 研究盆地地下水，往往是若干个含水层连同其间的弱透水层，出现了“含水层系统”、“含水系统”等术语；同时地下水资源概念出现。 大规模开发利用地下水，导致地面沉降、海水入侵、淡水咸化、土壤沙化、植被衰退等一系列与地下水有关的环境生态问题。 从地下水的研究历史看，人们的视野在不断开扩，从一口井附近小范围的含水层，扩展到整个含水层，随后又扩展到地下含水系统与地下水流动系统，最终看到了地下水系统只是其中一个组成部分的环境生态系统。换句话说，人们心目中的研究对象是一个愈来愈复杂的系统。 同时1983年，在荷兰召开了首届关于地下水系统的国际学术讨论会，与会有50个国家的200多名代表。会后1983年底，会议的组长荷兰水文与地质学家G.B.Engelen来华进行了“地下水系统”理论的系列讲座（在中国地质大学、河北正定水文所和北京水文地质公司等）。此后，“地下水系统”这一词汇在中国水文地质学界得以迅速广泛的应用，并开展了相关理论研究（如原地矿部陈梦熊院士、长春地院的林学钰院士和中国地质大学的地下水系统小组等）。 二、地下水系统的概念 地下水系统是个广义的泛指概念，不同学者从不同研究角度给出了各种定义，归纳起来可划分为二大类：地下水含水系统和地下水流动系统。 地下水含水系统：是指由隔水或相对隔水岩层圈闭的，具有统一水力联系的含水岩系。 一个含水系统往往由若干含水层和相对隔水层（弱透水层）组成。 含水系统中的地下水呈现统一水力联系。 地下水流动系统：是指由源到汇的流面群构成的，具有统一时空演变过程的地下水体。 三、地下水含水系统与地下水流动系统的比较 含水系统与流动系统是内涵不同的两类地下水系统，但也有其共同之点。 （1）两者的共同点 突破了把单个含水层作为功能单元的传统观点 力求以系统的观点去考察、分析与处理地下水体
复杂岩溶矿区疏干条件下的地下水数值模拟——以福建省马坑铁矿为例
复杂岩溶矿区疏干条件下的地下水数值模拟——以福建省马 坑铁矿为例 李贵仁;赵珍;陈植华 【摘要】由于岩溶含水介质的空间不连续性及空间异性,复杂岩溶矿区含水介质的概化及涌水量预测一直都是地下水数值模拟的难点.本文以马坑铁矿为例,对复杂岩 溶矿区疏干条件下的介质概化进行了研究,以此构建了地下水流数值模拟模型,并利 用地下水位动态及涌水量资料对模型进行识别和验证,然后分别对矿区未来+100 m、0 m开采水平的矿坑涌水量进行了预测,结果表明:+100 m、0 m开采水平的矿坑 涌水量分别为36 900 m3/d、38 250m3/d,可见目前矿区疏干仍面临较大压力,应尽快采取多种措施以降低地下水位,保证采矿安全.%Because of the discontinuity and the special aeolotropism of karst water-bearing media, it's difficult to generalize the aquifers and predict the water yields in complex karst mining area for a long time. As a case study, the generalizability of karst water-bearing media under draining conditions in Makeng mining area is researched in the paper. The 3-D numerical simulation model is established for the research, and then, the model is identified and verified in light of the water table regime and water discharge. Moreover, the water yields of mine at +100 m level and 0 m level is predicted. The predictions show that the stable water yield at + 100 m level in normal year is 36 900 m3/d, the stable water yield at 0 m level in normal year is 38 250 m3/ d. Visibly, there is still great pressure on dewatering in the mining area, various measures should be taken as soon as posible to reduce groundwater table to ensure mining safety.
5第五章 地下水运动的基本规律
第五章地下水运动的基本规律 5. 1 渗流基本概念 渗流––––地下水在岩石空隙中的运动称为渗流（渗透，地下径流）。 渗流场––––发生渗流的区域。 层流运动––––水的质点作有秩序的、互不混杂的流动。 紊流运动––––水的质点无秩序的、互相混杂的流动。 稳定流––––各个运动要素（水位、流速、流向等）不随时间改变的水流运动。 非稳定流––––运动要素随时间变化的水流运动。 地下水总是从能量较高处流向能量较低处。能态差异是地下水运动的驱动力。 地下水的机械能包括动能和势能，水力学中用总水头(hydraulic head)H表示，水总是从总水头高的地方流向总水头低的地方。 5．2 重力水运动的基本规律 1．达西定律（Darcy’s Law） 1856年达西通过实验得到达 西定律。实验在砂柱中进行（P36： 图4—1），根据实验结果（流量）： Q=KA(H1-H2)/L=KAI （5.1） 式中： Q为渗透流量(出口处流量，即通过 砂柱各断面的体积流量)； A为过水断面的面积(砂柱的横断 面积，包括砂颗粒和孔隙面积)； H1 H2分别为上、下游过水断面的水 头； L为渗透途径(上、下游过水断面的 距离)； I为水力梯度；
K 为渗透系数。 由水力学：Q=vA 得到 v=Q/A (对地下水也适用) (5.2) 达西定律也可以另一种形式表达（流速）： 由公式（5.1）及Q=V A 得： v=KI (5.3) 式中：V ––––渗透流速，m/d ，cm/s ； K ––––渗透系数，m/d ，cm/s ； I ––––水力梯度，无量纲（比值）。 具体到实际问题： 计算流量： L H H Kw Q 2 1-=（单位一般为：m 3/d ，L/s ） 微分形式： dx dH K v -= 式中：负号表示水流方向与水力梯度方向相反，水流方向（坐标方向）：由水位高→低；而水力梯度方向：由等水位线低→高。 在三维空间中（向量形式）： KgradH k z H K j y H K i x H K V z y x -=∂∂-∂∂-∂∂-= 或H K V ∇-=， 式中：K ––––为渗透系数张量； H k z H j y H i x H gradH ∇=∂∂+∂∂+∂∂= 。 若用标量表示，V 的三个分量分别为： x H K v x x ∂∂-=
北京房山岩溶水应急水源地地下水流数值模拟及预测
北京房山岩溶水应急水源地地下水流数值模拟及预测 沈媛媛;辛宝东;郭高轩;纪轶群 【摘要】In order to analyze continuous mining capacity of karst emergency well fields in Fangshan,Beijing,based on analysis of hydrogeological conditions,the numerical model of groundwater flow was established. The calculated results fit the measured data well. Three groundwater well field development scenarios were predicted using the validated model. The results indicated that when extraction of the emergency well field is 2332 ×104 m3 /a, there was no significant change in water table, and the karst groundwater system was in dynamic equilibrium state that could be kept well to 2014. If the extraction is doubled, the groundwater table will decline with a rate of 3. 17 m/a and the spring discharge will decrease. If the extraction is increased to 7300×104 m3/a,the groundwater table will decline with a rate of 8. 96 m/a and the springs dry up. To keep the current exploitation level is a reasonable scenario for sustainable development,and this conclusion is helpful for management of emergency well fields.%为分析北京房山岩溶水应急水源地的持续开采能力,在概化区域水文地质条件的基础上,建立了区域地下水流数值模型,模拟水位与实测水位拟合较好.利用验证后的模型,进行了枯水年条件下三种开采方案的预测评价.结果表明,以现状开采量持续开采至2014年末(2 332×104m3/a),岩溶水系统处于动态平衡状态,地下水位没有明显变化；若增加一倍开采量,则地下水位下降速率为3.17m/a,泉水流量减小；开采量为7 300×104
环境水力学在地下水污染物迁移中的应用
环境水力学在地下水污染物迁移中的应用
环境水力学在地下水污染物迁移中的应用 摘要：地下水污染问题日益严重，研究污染物在地下水中的迁移过程是解决地下水污染的最主要途径之一。本文通过查阅大量文献，综合国内外研究现状，从地下水污染物特性及地下水运移介质特性两方面出发，分析环境水力学在地下水污染物迁移理论中的应用，并从国内工程应用角度提出环境水力学尤其是数值模拟法在地下水污染物迁移研究中存在的问题及其未来发展趋势。 关键词：环境水力学地下水污染物迁移理论分析实验模拟数值模拟 1 环境水力学的发展现状 1.1 环境水力学学科定义 环境水力学是一门新兴学科，其研究内容尚在探索与发展中。从广义上讲，环境水力学是研究与环境有关的水力学问题，即研究污染物在水体中混合输移的规律及其应用的学科，是水力学的一个新分支。其研究内容除水污染、水生态问题外还有许多其它方面的问题，比如水土保持、河道冲淤、洪水破坏作用、冰凌水力学等等。[1]如果说传统水力学主要是研究水流自身运动规律的话，环境水力学则主要是研究水体中所含物质的运动规律，是传统水力学的一种发展，其内容涉及水文学、水力学、水化学、水生物学、生态学、湖沼学、海洋学和沉积学等，是一门综合性很强的交叉学科。[2]美国环境与水资源研究所环境水力学技术委员会提出“环境水力学特别着重于将物理因素（水动力学、泥沙输移和地形条件)、化学因素(保守与非保守物质的传输、反应动力学和水质)和生物因素(生态学)作为一个系统来进行研究。” [3]从与水污染有关的水力学问题来说，环境水力学主要研究地面及地下水域中物质的扩散、输移和转化规律，建立其分析计算方法，确定物质浓度的时空分布及其应用。工农业生产及生活中的污水、废热，未经足够处理，就排入河流、湖泊、海洋及地下水等水域中，污染水体，恶化水质，日益严重地影响生态、环境。污染物在水体中会因与水体混合，随水流输移而稀释，也会因化学、生物作用而降解。因此，水体本身有一定的自净能力。环境水力学的主要目标是，探求因混合、输移而形成的污染物浓度随空间和时间的变化关系，为水质评价与预报、水质规划与管理、排污工程的规划设计以及水资源保护的合理措施提供基本依据。[4] 地下水作为水体的一部分，其运动规律适用于环境水力学的大多数方法，但由于其运移介质的特殊性，亦呈现出一定特殊性。因此，地下水中污染物质的输移、转化和积累成为重要的研究课题。污染物在地下水中的输移速率较小，一旦地下水被污染就很难恢复原来的水质。地下水的过度开采会严重破坏生态系统的平衡，在临近滨海地区还会引起海水入侵，造成地下水盐化。 1