水文地质概念模型

专题四 FEFLOW应用实例

第五章 FEFLOW在宿迁市的应用

5.1 水文地质条件概化

本研究区周长为758km,面积为7489km2。模拟区边界除西北部骆马湖和东南部洪泽湖概化为一类水头边界(1st head)外，其余均概化为三类水头边界(3rd

head)。补给主要为大气降雨入渗。排泄为人工开采地下水和垂向蒸发。从地下水动态资料来看，模拟区的孔隙水水位呈非稳定状态。模拟区内部结构视为非均质各向同性，根据不同区域的水文地质条件对不同参数进行相应的参数分区，同一参数分区内可视为均质。水流服从达西定律，可视为平面二维流。

5.2 数学模型的建立

根据上述水文地质概念模型，可建立起相应的数学模型：

tHQtyxhtyxHmkyHTyxHTxV*),,(),,(''，Dyx,

tyxHtyxH,,,,11， 1,yx, t>0

yxHtyxHt,,,00， Dyx,

式中：

H ：承压含水层水位(m)；

h ：潜水含水层水位(m)；

*：弹性储水（释水）系数；

''mk：越流系数；

T：导水系数(m2/d)；

QV：承压水开采强度(m/d)；

H0：初始水位(m)；

H1：计算区一类边界水位(m)；

Γ1：一类水头边界。 D：计算区范围。

5.3 含水层系统的识别

地下水流系统的模拟，要解决两大问题，即参数识别问题和预报问题。解决这两个问题的前提是要建立一个尽可能反映实际含水层地质体与边界条件的数学模型。本次评价中，因无最新资料可用来进行模型识别，所以直接参考1999年《江苏省宿迁市地下水资源评价报告》，仅利用模型进行预报。

5.3.1 空间离散

根据研究区含水层系统的垂向分布特征，将研究区含水层系统分为三层（layer）四片（slice），上层为潜水和微承压含水层，下层为Ⅱ、Ⅲ承压水含水层，中间为弱透水层。平面上将其剖分成32991个有限元网格，共23680个节点（图5—1）。

第１９卷增刊２　２００７年１０月　中国煤田地质　ＣＯＡＬ　ＧＥＯＬＯＧＹ　０Ｆ　ＣＨＩＮＡ　Ｖｏ１．１９　Ｓｕｐ２　Ｏｃｔ．　２０ｏ７　

文章编号：１ＯＯ４－９１７７（２ＯＯ７）￥２－Ｏ０２４—０４　

Ｖ　ｉ　ｓｕａ　Ｉ　ＭＯＤＦＬＯＷ在水文地质勘查中的应用　

——以山东新驿煤矿下组煤先期采区水文地质勘查项目为例　

石少洲　

（中国煤炭地质总局水文地质工程地质环境地质勘查院，河北邯郸０５６００４）　

摘要：Ｖｉｓｕａｌ　ＭＯＤＦＬＯＷ是目前国际上最为流行的三维地下水流和溶质运移模拟评价可视化专业软件系统。在我　

国主要应用于地下水流及溶质运移的数值模拟分析。根据勘查区地质、水文地质条件．使用Ｖｉｓｕａｌ　ＭＯＤＦＬＯＷ４．１三　

维渗流数值模拟软件，建立反映地下水分布规律、储存条件及其时空变化规律的渗流数值模型．并进行矿井突水量　

及安全水位疏排水量预报。　关键词：Ｖｉｓｕａｌ　ＭＯＤＦＬＯＷ；水文地质；数值模拟；概念模型；数学模型　

中图分类号：ＴＰ３１９：Ｐ６４１．１３４　文献标识码：Ａ　

０　引言　

利用Ｖｉｓｕａｌ　ＭＯＤＦＬＯＷ４．１数值模型对地下水　

流和溶质运移问题进行模拟的方法以其有效性、灵　

活性、通用性和相对廉价性逐渐成为地下水研究领　

域的一种不可或缺的重要方法：它能够较客观的刻　

划均质、非均质、承压水、潜水、稳定流、非稳定流以　

及一维、二维、三维流等各种地下水渗流形态。受到　

国际水文地质界越来越大的重视和广泛的应用。　

１　水文地质概念模型　

１．１计算区的确定及边界条件概化　

新驿煤矿位于山东省济宁市兖州市西部新驿　

镇境内、渊源泉岩溶地下水系统的北部。原井田的　

边界为人为划定的煤田边界，为非自然边界，不宜　

作为数值模拟的计算区边界。因此，根据以往地质、　

水文地质资料及本次勘探资料。将计算区范围向外　

扩展为：北以郓城断层为界，其落差达５００～１　０００ｍ，　

为隔水断层（零流量边界）；西至孙氏店断层，其西　

盘落差达５００ｍ，闭合较好，透水性微弱，概化为隔水　

水文模型在流域水文地质研究中的应用

水文地质是研究地下水和地表水相互作用的学科，其目的是掌握地下水的形成、运移和分布规律，了解地下水对地表水的影响，并维护地下水资源的合理利用。水文模型是一种数学工具，可以模拟复杂的水文过程，包括降雨、蒸发散、地下水流、地表径流等，因此在流域水文地质研究中发挥着重要作用。

首先，水文模型在流域水文地质研究中可用于分析地下水的形成和补给。地下水与地表水之间存在密切联系，地下水的补给来源主要来自于降水和地表径流的渗入。水文模型可以对不同降雨量、土壤类型、植被覆盖等因素对地下水形成的影响进行模拟，定量分析地下水对流域水文过程的贡献，预测地下水资源量，为地下水资源的可持续利用提供科学依据。

其次，水文模型在地下水污染控制和修复方面也具有极大的应用价值。地下水污染问题已经成为全球性的环境问题，污染源包括农业、工业、城市污水处理等多种因素。采用水文模型可以模拟地下水的污染扩散和迁移过程，预测污染物的时空分布，为污染控制和修复提供有力的科学支持。

第三，水文模型还可以用于分析和预测洪水和旱情。洪水和旱情是地球自然灾害中最为常见的两种，常常导致人类和生态的巨大损失。水文模型可以模拟不同降雨情况下的地表径流过程，预测洪峰流量和地表水位变化，帮助地方政府和公众做好防洪准备和适应措施。同时，水文模型也可以预测干旱的发生和时空分布，为农业灌溉、城市供水等领域提供预警和应对建议。

最后，水文模型还具有可持续水资源管理和决策支持的作用。水资源是人类生产和生活必不可少的重要基础资源，水文模型可以模拟不同水资源开发利用方案的影响，包括不同的灌溉方式、水库建设和地下水开采等，帮助决策者制定科学的水资源管理政策。

综上所述，水文模型在流域水文地质研究中的应用十分广泛，不仅可以提高我们对地下水形成、补给、污染和变化规律的认识，还可以为防洪准备、水资源管理、干旱预警等诸多方面提供科学依据。未来，我们可以在水文模型算法、遥感技术等方面继续加强研究，不断提升水文模型的精度和应用范围，为保障人类和生态的水资源需求做出更加贡献的贡献。

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

一、基础图件和资料

用于划分水文地质单元，确定模型的边界和范围，并作为模型的工作底图（注

意底图的比例尺和坐标的转换和统一）。

1. 地形地貌图；

2. 第四纪地质图；

3. 水文地质图；

4. 地下水等水位线及埋深图；

5. 研究区遥感影像数据；

6. 地表数字高程模型数据（DEM）；

7. 前人有关区域地下水、地表水方面的调查、勘察、研究报告及成果。

二、模型结构

为建立研究区水文地质模型和地下水流模拟模型，首先要对研究区的地质和

水文地质条件加以概化，建立水文地质概念模型（含水层和隔水层（弱透水层）

的空间分布），进而建立数值模型。

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；

3. 模型范围：最好以完整的水文地质单元（地下水系统）作为模拟区。如

边界太远，可考虑模拟区范围尽量大些，或采用模型嵌套技术。

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）分区图和值；

3. 承压水含水层储水率（Ss）分区图和值；

4. 弱透水层（隔水层）储水率（Ss）分区图和值； 5. 各层有效孔隙度（此项在 MODPATH 中应用，MODFLOW 模拟不使用）、总孔

隙度（在 MODFLOW 模拟中不使用）；

6. 各类抽（渗）水试验资料和成果；

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