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基于Visual MODFLOW的洋河下游地下水向海输送研究

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基于Visual MODFLOW的洋河下游地下水向海输送研究摘要：本文通过系统分析研究区的自然地理与地质-水文地质条件，确定了研究区范围和边界条件，利用Visual MODFLOW软件建立了研究区地下水系统概念模型和数学模型，利用2001-2010年地下水动态观测资料对数值模型进行了识别和验证，运用识别验证后的模型对研究区地下水向胶州湾的排放量进行了模拟与分析。

结果表明：1）大气降水对地下水向海湾输送量影响较大，丰水年（2007年）地下水向海输送量高达28.38×106m3/a，而枯水年（2002年）地下水向海输送量仅为0.24×106m3/a；2）河水的渗透补给也对地下水向海湾输送量有影响；3）含水介质、含水层类型和含水层厚度岩性均对地下水向海湾输送量产生影响；4）海平面及海水的物理性质的变化也会影响地下水入海量。

关键词：洋河，地下水，数值模拟，SGD，Visual MODFLOW0.引言0. Introduction海底地下水排泄（Submarine groundwater discharge，SGD）是沿海地区海陆交互带普遍存在的一种自然作用过程（Burnett W C，Taniguchi M，Oberdorfer J．Measurement and significance of the direct discharge of groundwater into the coastal zone[J]．Journal of sea research，2001，46（2）：109-116），被广泛认为是地下水向海洋环境进行物质输送的重要途径（Burnett W C，Aggarwal P K，Aureli A，et al．Quantifying submarine groundwater discharge in the coastal zone via multiple methods[J]．Science of the Total Environment，2006（367）：498-543），其来源有陆源地下水和循环海水。

目前，越来越多的科学家认识到海底地下水排泄不仅仅是简单的地下水向海洋的输送，更重要的是大量的营养盐、污染物和其他化学物质随地下水输入海洋（郭占荣，黄磊，刘花台等．镭同位素示踪隆教湾的海底地下水排泄[J]．地球学报，2008，29（5）：647-652），影响近岸海水生态系统平衡。

目前，国内外对SGD的测量方法主要有：直接的原位测量、示踪技术和模型模拟（Burnett W C，Taniguchi M，Oberdorfer J．Measurement and significance of the direct discharge of groundwater into the coastal zone[J]．Journal of sea research，2001，46（2）：109-116）。

本文利用Visual MODFLOW软件建立数值模拟模型对海底地下水向海湾的输送量进行研究。

Submarine groundwater discharge（SGD）is an universal natural process in the coastal belts and has been recognized as an important pathway for material transport to the marine environment, the terrigenous groundwater and circulating water are its main source. Now, more and more scientists recognize that SGD is not only the groundwater transport to the marine, but a large number of nutrients, pollutants and other chemicals transport to the marine with the groundwater, and influence the coastal ecosystem balance. At present, the main measurements are direct suit measurement, tracing technology and model simulation. In this paper, we use the Visual MODFLOW to establish the numerical simulation model and research the conveying capacity of the SGD.1.洋河下游地区自然地理与地质-水文地质条件概况1. The natural geographic and geological-hydrogeological conditions in the Yang River downstream region1.1自然地理概况1.1 The natural geographic conditions洋河是一条独立入海的天然河道，位于山东青岛市，是青岛胶南市与胶州市的界河。

洋河有两个源头：主源南源起于胶南市洋河的吕家和金草沟一带，西源出自胶州市里岔乡陡岭前。

两源在张应镇洋河崖村汇流，自西向东，流经胶州市的张应、洋河、九龙、营海四镇，于营房镇王家滩村东注入胶州湾。

河道全长31km，流域面积303km2，河口宽85m。

据大村水文站观测，洋河多年平均径流量6100万m3，最大洪峰流量达608m3/s（尹明泉，李清平，郭玉强，袁西龙，冷梅．青岛市洋河下游水源地地下水调蓄开采资源评价[J]．地质调查与研究，2008，32（3）：222-228）。

The Y anghe River is an independent natural river, located in, Q ingdao, Shandong province, it is the boundary of Qingdao Jiaonan city and Jiaozhou city. The Y anghe River has two sources: the main source is from Lujia and Jin Caogou of Jiaonan City, the west is derived from the Tu Lingqian in Jiaozhou City. The two source confluence in Zhang Yingzhen, the Y anghe village, flow through Zhangying、Yanghe、Jiuling、Yinghai from west to East，and , flowing to the Jiaozhou City in Wang Jiatan villiage. The river’s full length is 31km, catchment area is 303km2, and mouth width is 85m. According to the Dacun hydrological observation station, the average annual runoff is 61000000m3, the maximum peak flow is 608m3/s.研究区（东经36°08′09″～36°05′43″，北纬119°59′51″～120°00′12″）位于胶州湾西部，属华北温带季风大陆型气候，但同时又受到海洋环境的直接调节，具有显著的海洋性气候特点。

多年平均气温12.2℃，极端高温37.4℃（1997年7月27日），极端低温-16.4℃（1931年1月10日）。

全年以8月份最热，平均气温25.1℃；l月份最冷，平均气温-1.2℃。

The study area（East 36°08′09″～36°05′43″，North 119°59′51″～120°00′12″）is located in western of Jiaozhou Bay, it is North temperate monsoon continental climate, but Influenced by the direct regulation of the marine environment, it has the remarkable characteristics of the maritime climate. The average annual temperature is 12.2℃, its extreme high temperature is 37.4℃（July 27,1997）and extreme low temperature is -16.4（January 10.1931）℃. August is the hottest month in a year, its average temperature is 25,1℃, and January is the coldest, its average temperature is -1.2℃.本区多年平均降水量686.1mm，降水量季节性变化十分明显，年内分布不均匀（见图1），降水量约有80%集中在汛期的四个月（6-9月份），特别是7、8月份。

多年平均蒸发量为972.4mm，蒸发量年内分布不均（见图1），全年中以5月份为最高，多年平均达180.1mm，以1月份最小，仅为54.9mm。

同时，本区年际蒸水量与蒸发量分布也不均，2001-2010年研究区的年降水量和蒸发量的变化见图2。

The average annual precipitation is 686.1mm in this area, the precipitation changes with the season obviously and distribute uneven in a year（Figure 1）. There are about 80% precipitation concentrate in the 4 months of flood season（June to September）, especially July and August. The average annual evaporation is 972.4mm, it distribute uneven in a year（Figure 1）, it is most in May and up to 180.1mm, it is least in January and only 54.9mm. At the same time, the annual precipitation and evaporation distribute uneven, the annual precipitation and evaporation from 2001 to 2011 are shown in figure 2.图1 洋河下游地区多年月平均降水量和蒸发量Fig.1 Mean monthly precipitation and evaporation in the Y ang River watershed图2 2001-2010年洋河下游地区年蒸水量和蒸发量Fig.21.2地质-水文地质条件概况1.2 The geological-hydrogeological conditions据地质资料（宋明春，王沛成．山东省区域地质[M]．济南：山东省地图出版社，2003），本区断裂构造较为发育，典型的为洋河断陷带：北部以铺集-大东郭断裂为界，南部以郝官庄断裂为界，向东进入胶州湾。

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SWAT-MODFLOW耦合模型在地下水量均衡分析中的应用

SWAT-MODFLOW耦合模型在地下水量均衡分析中的应用

第18卷第6期2020年12月南水北调与水利科技(中英文)Vol.18No.6 South-to-North Water Transfers and Water Science&Technology Dec.2020DOI:10.13476/ki.nsbdqk.2020.0130张琳琳.崔亚莉，梁桂星.等.SWAT-M()DFL()W耦合模型在地下水量均衡分析中的应用［J］.南水北调与水利科技(中英文)，2020,18(6):176-183.ZHANG L L,CUI Y L.LIANG G X,et al.Application of SWAT-M()DFLOW coupling model in ground­water balance analysis］〕］.South-terNorth Water Transfers and Water Science&Technology,2020»18(6):176-183.(in Chi^ nese)SWAT-MODFLOW耦合模型在地下水量均衡分析中的应用张琳琳1,崔亚莉I,梁桂星“2,梁灵君3,王晓阳1(1.中国地质大学(北京)水资源与环境学院，北京100083；2.北京市地热研究院，北京102218；3.北京市水文总站，北京100089)摘要:利用地下水-地表水半松散耦合数值模拟方法，选取北京市苏密怀地区为典型地区，以长时间序列SWAT模型获取的平原区地下水补给量和山区对平原区地下水补给量作为传递变量，分别代替MODFLOW模型中降雨入渗补给量和山前侧向补给量的研究思路,建立半松散式SWAT-MODFLOW耦合模型,利用地下水位校验耦合模型并对苏密怀地区地下水水量平衡进行分析。

结果表明:该方法可以提高地下水模型的精度，耦合模型较传统算法计算得到的降雨入渗补给量减少了0・54亿占/a,反映出当下垫面条件发生变化和包气带厚度增加时,含水层的降水补给量减少。

基于Visual_MODFLOW地下水数值模拟的水源地保护研究

基于Visual_MODFLOW地下水数值模拟的水源地保护研究

第１０卷　第５期中　国　地　质　调　查Ｖｏｌ．１０　Ｎｏ．５２０２３年１０月ＧＥＯＬＯＧＩＣＡＬＳＵＲＶＥＹＯＦＣＨＩＮＡＯｃｔ．２０２３ｄｏｉ：１０．１９３８８／ｊ．ｚｇｄｚｄｃ．２０２３．０５．１１引用格式：曹振东，谭廷静，杨明星，等．基于ＶｉｓｕａｌＭＯＤＦＬＯＷ地下水数值模拟的水源地保护研究［Ｊ］．中国地质调查，２０２３，１０（５）：９１－９８．（ＣａｏＺＤ，ＴａｎＴＪ，ＹａｎｇＭＸ，ｅｔ．ａｌ．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｗａｔｅｒｓｏｕｒｃｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎＶｉｓｕａｌＭＯＤＦＬＯＷｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＳｕｒｖｅｙｏｆＣｈｉｎａ，２０２３，１０（５）：９１－９８．）基于ＶｉｓｕａｌＭＯＤＦＬＯＷ地下水数值模拟的水源地保护研究曹振东１，３，谭廷静１，３，杨明星２，宋小庆１，３，蒲秀超１，３（１．贵州省地质矿产勘查开发局１１１地质大队，贵州贵阳　５５００８１；２．贵州理工学院资源与环境工程学院，贵州贵阳　５５０００３；３．贵州地质工程勘察设计研究院有限公司，贵州贵阳　５５００８１）摘要：明确地下水运移条件是城市地下水水源地保护的基础。

为确保沈阳市某地下水源地的可持续开发，依据沈阳市某地下水水源地的水文地质条件，构建了研究区水文地质概念模型和地下水数值模型，采用ＶｉｓｕａｌＭＯＤＦ ＬＯＷ软件对模型进行求解，并基于大量监测井水位数据对模型进行参数的识别和验证。

依据校正后的数值模型分析了水源地运营后地下水漏斗的范围及水位降深，并对水源地停采后水位恢复状况进行了模拟预报。

结果表明：通过模型计算可知，研究区水源地地下水含水层总补给量为６２２３０ｍ３／ｄ，总排泄量为６３４００ｍ３／ｄ，均衡差为－１１７０ｍ３／ｄ，多年地下水动态呈负均衡状态；通过对研究区水源地开采２ａ、５ａ、１０ａ后承压水状态进行预测，地下水水位分别平均下降６ｍ、８ｍ、９ｍ，形成中心漏斗区，面积分别为５４．５６ｋｍ２、６５．０４ｋｍ２、６５．８０ｋｍ２，开采初期降落漏斗急剧扩张，然后速度逐渐放缓；研究区水源地承压含水层开采对周围流场产生了一定的影响，但这种影响主要在开采期较为明显，停抽１ａ后漏斗区逐渐恢复，为了水源地的可持续利用及保护，建议严格控制开采量，加强地下水的监测与管理。

Visual Modflow在地下水数值模拟研究中的应用介绍

Visual Modflow在地下水数值模拟研究中的应用介绍

关键词： 地 下水模 拟 ； 数 值 模拟 ； Ｖｉ ｓ ｕ ａ ｌ ； Ｍｏ ｄ ｌ ｆ ｏ ｗ软 件
１概述
地 下水 和 人 们 的生 产生 活 十 分密 切 ， 井 水 及 泉 水也 是 我 们 日常 生 产 生 活使 用 最 多 的 ， 主要 应 用 于 居 民 生 活用 水 、 工业 用 水 和农 田 灌 溉 用 水 。地 下 水 数 值模 拟是 综 合 评 价 及 合 理 开 发 利用 地下 水 资 源、 优 化地 下 水采 发 及 防治 地 下水 造 成污 染 的 重要 数 学模 拟 方法 。 地 下 水 系 统 数值 模 拟 分 析 是 对 地 下 水 环境 和地 下水 资 源 变化 定 量 分 析 的 常用 方 法 。在 一定 区域 范 围 内的 地 下 水 及水 文地 质条 件， 从 设定 的初 始状 态起 ， 根据 初 始 地下 水 水 位及 水 位 变 化 等 因素 ， 初 步 确 定初 始 蒸 发 量 、 地 表水 入 渗 量 及 取水 出溢 量 等 参 数 ， 再 由边 界 附近 的初水 力 梯 度来 确 定边 界 流 量 ， 然 后通 过 上 述 给定 条 件 对 数 学 模 型 进行 离散 求 解 ， 求 得下 一 时 段 各 点 的 水位 ， 再 逐 步 计算 求得 计 算值 。 模 拟 分 析 要 根 据 详 细 的地 形 地 貌 、 地质 、 水 文地 质 、 地质构造 、 水文化学 、 岩石分布 、 水文气象 、 工 农 业 利 用 情况 等 ， 来 确 定模 拟 的 区域 范 围 ， 地 下水 情 况 ， 维数（ 一 维模 型 、 二维模型、 三 维模 型 ） ， 水 流 情况 （ 稳 定 流 和非 稳 定 流 ， 饱 和流 和 非饱 和 流 ） ， 介质情况（ 均 质 和非 均质 、 各 向 同性 和各 向异 性 、 孔 隙裂 隙 、 流 体 的密 度 差 等 ） ， 边 界 范 围 和初 始 条 件等 。并 配合 部分 室 内试验 和野 外 现场 试 验 ， 来 取 得 第一 手 的有 关 数 据 参 数 ， 如 弥散 系数 、 渗透系数 、 分配系数 、 反 应 速 率 常 数等。 地 下水 数 值 模 拟计 算 的发 展 情况 最 开始 ， 地 下 水 模拟 及 预测 多采 用 的是 简 单 的 水均 衡 法 及 水文 地质 比拟法 。 上世纪 ６ ０ 年 代 后期 随着计 算 机技 术 的 发展 ， 数 值 模拟 在地 下 水计 分 析 算 中得 到 了应 用 ， 计 算 理论 和 实 测 地下 水 分 析 能力 都取 得 了很 大 的进 步 ， 先 后 有 了 二维 流 平 面模 型 、 三维 流模 型 、 准 三 维 流模 型 、 藕 合模 型 等模 拟 方 法 。数 值 模 拟适 用 于 各种 复 杂 水 文地 质 条件 ， 计 算 灵 活方 便 ， 在各 种 实 际工 作 中被 广 泛 应用 。 国外 的研究 成果 更 多 的体 现 在 一些 软 件应 用 上 ， 现 在 广泛 应 用 的 可视 化 地 下水 软 件 主 要 有 ＭＯ Ｄ Ｆ Ｌ Ｏ Ｗ （ 美 国地 质调查 局 ） 、 Ｖ ｉ ｓ ｕ ａ ｌ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ 、 Ｖ Ｖ ｉ ｓ ｕ ｌ ａ Ｍｏ ｄ ｌ ｆ ｏ ｗ （ 加 拿 大 水文 地 质公 司 Ｗａ ｔ ｅ ｒ ｌ ｏ ｏ ） ， 以及 美 国陆 军水 路试 验 站 和美 国杨 伯翰 大 学 环境 模拟 实 验 室合 作 开发 的 Ｇ Ｍ Ｓ等 。 近年 ， 国外 在 对 地 下 水模 拟 预新 的计 算 方 法 上 ， 采 用 了新 的数 学 计算 工具 ， 分 析 不 同 条 件下 的地 下 水 变 化情 况 ， 更 加符 合 实 际 的 模拟 了地 下水 变 化 系统 中的 不确 定 性 和模 糊 因素 。上 世 纪 ７ ０年代 中 后期 ， 我 国才 开 始 采 用确 定 性 方 法预 测 地 下 水 动 态 ， 从上世纪 ８ ０ 年代以来 ， Ｍｏ ｄ ｆ １ Ｏ Ｗ法 开 始 应 用 ，进 一 步 开 发 可 视 化 后 即为 Ｖ ｉ ｓ ｕ ａ ｌ Ｍ ｏ ｄ ｌ ｆ ｏ ｗ， 并得 到广 泛应 用 。 ２ Ｖ ｉ ｓ ｕ ａ ｌ Ｍ ｏ ｄ ｌ ｆ ｏ ｗ 软件 介 绍 Ｖ ｉ ｓ ｕ ａ ｌ Ｍｏ ｄ ｌ ｆ ｏ ｗ是 目前 最 流 行 的溶 质运 移 模 拟评 价 和 三 维地 下 水 流 的 可视 化 标 准专 业 软件 系统 。 该 软 件是 由加拿 大 水 文地 质 公 司 Ｗａ ｔ ｅ ｒ ｌ ｏ ｏ 在原 Ｍ ｏ ｄ ｆ ｌ ｏ ｗ 软 件 的基 础 上 应 用 现代 可 视 化 技 术 开 发 研 制 的， 并 公 开发 行 。Ｖ ｉ ｓ ｕ ａ ｌ Ｍ ｏ ｄ ｌ ｆ ｏ ｗ软 件 包 主 要 由平 面 、 剖 面 流 线示 踪分析 （ Ｍ ｏ ｄ ｐ ａ ｔ ｈ ） 、 水流评价 （ Ｍｏ ｄ ｌ ｆ ｏ ｗ） 和溶 质 运 移 评 价 （ Ｍ Ｔ ３ Ｄ） 等 三部 分 组成 ， 具 有 很 强 的人 机 互 动可 视 界 面 。界 面设 计 包 括 三 大彼 此 联 系 但 又相 当 独 立 的模块 ， （ 输入 模 块 、 运行 模 块 和输 出模块 ） 。 设 计 简单 的可 视 化 菜 单 可便 利地 为各 剖 分 单 元 和 边界 条 件 直 接 在 电 脑上赋值 ， 让使 用 者 更容 易 在 电脑 上 直接 画定 模 型 区域 和 划 分计 算 单元 ， 做 到 可视 化 的 人机 对 话 。 Ｖ ｉ ｓ ｕ ａ ｌ Ｍｏ ｄ ｆ １ Ｏ Ｗ软 件计 算 采 用 的是 有 限差 分 法 ，对 所 模 拟 的地 质 区域 以矩 形 网格 进 行 剖 分 ， 这 种 剖 分 形式 的优 势 是 ， 使 用 者 方 便
数值模拟作业—Visual MODFLOW在矿井防治水中的应用进展

数值模拟作业—Visual MODFLOW在矿井防治水中的应用进展

Visual MODFLOW在矿井防治水中的应用进展摘要：Visual MODFLOW是目前国际最流行且可靠的三维地下水流和溶质运移数值模拟软件之一，经过许多学者的探索研究，该软件在矿井防治水方面有了广泛的应用。

本文总结了近几年该软件在我国矿井防治水方面的应用情况并对该软件的发展进行了展望，总体来说该软件能够很好地模拟真实水文地质条件，预测涌水量，为矿井防治水决策方案提供依据。

该软件在矿井水防治方面还有很大的提升空间，具有良好的应用前景。

关键词：矿井防治水；Visual MODFLOW；涌水量预测；数值模拟；进展1.前言随着可视化技术的发展，加拿大Waterloo水文地质公司在原MODFLOW软件的基础上开发研制了Visual MODFLOW，并于1994 年8月首次在国际上公开发行[1]。

该软件是目前国际上最流行且被各国机构一致认可的三维地下水流和溶质运移数值模拟评价的标准可视化专业软件系统之一。

该软件主要包括4个功能模块：MODFLOW主要模拟地下水的运动状态；MT3DMS模拟溶质运移；MODPATH模拟模型中给定质点的运动轨迹；Zone Budget进行区域水均衡计算。

1999年武强等在《水文地质工程地质》杂志发表文章，介绍了Visual MODFLOW开发背景、运行环境、主要模块结构以及文件数据类型等，并分析了该软件在我国的水资源评价中的应用潜力[2]，并于2000年运用该软件对荆各庄矿井两工作面的工程涌水量和顶板直接充水含水层的采前预疏放方案进行了动态预测[3]，为这套软件在我国矿井防治水中的推广应用奠定了坚实的基础。

目前，Visual MODFLOW软件在矿区地下水流场模拟、水资源评价、涌水量预测和疏排水及注浆堵水模拟等方面均有应用。

2.Visual MODFLOW在矿井防治水中的应用2.1矿区地下水流场模拟MODFLOW可以模拟潜水、承压水和隔水层中的稳定流与瞬变流的情况。

许多影响因素和水文过程，如河流、溪流、排水沟、水库、作物蒸散量、降雨和灌溉入渗补给等，都可以用MODFLOW 来模拟。