拟与实际地下水位过程线形状相似
从均衡的角度出发模拟的地下水均衡变化与实际要基本相符
识别的水文地质参数要符合实际水文地质条件
（五）模型的识别、检验及预测
模型的识别、检验及预测
The end...
物的运动。这种追溯跟踪方法可以用来描述给定时间内井的截获区。
(三)数学模型的选择和模拟模型
2.数值模拟模型 主要包括：区域剖分、边界条件处理、 源汇项、水文地质参数确定
(三)数学模型的选择和模拟模型
2.数值模拟模型 （1）区域剖分 研究采用简单的正交网格布置。在水平尺度上,模拟范围大小
为36km×28km, 在垂向尺度上, 以实际机井取水深度为限, 设
（二）建立水文地质概念模型----以华北平原为例
在分析研究区水文地质条件的基础上建立研究区三维水文
地质概念模型包括含水层结构概化、边界条件概化和水力 特性确定。
侧向边界：研究区西部和北部山区与平原自然分界线概化为流量 边界；模型深层的山前边界在本次计算中概化为隔水边界；南部
及东南部以黄河为边界，模型第1层与黄河有水力联系，概化为流
第1含水层和第2含水层通过微弱的越流交换物质和能量，其越流量由
相邻两层的水位差及垂向渗透系数、含水层厚度决。
（二）建立水文地质概念模型----以华北平原为例 水力特性确定
从空间上看，研究区地下水流整体上以水平运动为主、垂向运动为辅，地下水
系统符合质量守恒定律和能量守恒定律；在常温常压下地下水运动符合达西定 律；考虑2个含水层之间的流量交换，地下水运动可以概化为空间三维流；地
(三)数学模型的选择和模拟模型
2.数值模拟模型 （3）源汇项处理
地下水系统的源汇项是指其补给项和排泄项。在均衡区内
地下水补给项主要包括有降水入渗补给量、农业回灌量、 侧向补给量、河流渗漏量；地下水排泄项主要包括开采量 和潜水蒸发量。源汇项处理的目的在于确定地下水的各个 补排项随时间和空间的变化规律，为建立地下水流数值模
当边界条件复杂，要给出定量数据有困难时，应 通过专门的抽水试验来了解，也可以留待识别模 型时来验证或修正边界条件。
（二）建立水文地质概念模型
在弄清水文地质条件基础上，如掌握含水层的层次、性 质、相互之间的水动力联系、地下水的流向、边界条件等 内容后，通过对实体进行概化，建立地下水水质模型。
根据水文地质条件和地下水资源评价的目的，对实际
置为200m。由于模拟范围较大, 网格布置需要综合考虑模拟 精度与模拟效率; 参照以往研究结果, 经过率定, 最终确定网 格长宽均为500m。网格垂向尺度根据含水层实际厚度确定, 潜水含水层40～60m, 隔水层3～20m, 其下均为承压含水层。
这种网格布置方式, 有利于简化问题, 适应于数据稀缺条件下
源汇条件数据
降水及灌溉用水的下渗回补、地表水体的下渗 补给、农用机井、工业及生活用机井的抽取
（一）数据搜集与数据库建立
区域边界定义了计算区域的范围, 而边界条件的给定 对于地下水资源的评价结果有着较大的影响, 因而查明 边界空间分布形状以及边界的性质, 给出边界值, 是运 用数值法进行地下水资源评价的重要工作。
平渗透系数和包气带的给水度；第二含水层、第三含水层
主要的水文地质参数为渗透系数、释水系数。
（四）求解数学模型 四、求解数学模型
一般采用数值模拟求解地下水污染模型，因此需要进行相
应问题的计算机编程，编程的内容取决于所处理的具体问 题的条件和所使用的计算机性能。使用前应准备好程序要 求输入的数据。
（五）模型的识别、检验及预测
1. 数学模型的选择
研究区地下水中的氯代烃的迁移转化考虑的主要因素
有对流、弥散、吸附及生物降解过程，二维方向上氯 代烃污染物浓度随时间的变化用以下方程表示:
(三)数学模型的选择和模拟模型
1. 数学模型的选择
国外的数值模拟软件随着计算机技术的发展，为了适应
数值模拟技术的大量应用，国外出现了众多地下水模 拟软件,主要有： FEFLOW、GMS、Visual MODFLOW等。
储和恢复的可能性（8）计算矿坑涌水的影响（9）预测海水入 侵造成的影响。
但是软件并不适合某些复杂的地质条件不饱和流动密度变化的
流动、热对流等棘手问题。
GMS软件介绍
是由美国Brigham Young University的环境模型研究室和美国军队排
水工程试验工作站集成了MODFLOW、MODPATH、MT3DMS、PEST 等软件包，基本上可以涵盖地下水流模拟的所有内容。
的快速评估。
(三)数学模型的选择和模拟模型
2.数值模拟模型 （2）边界条件处理
根据2001年12月研究区内统测的地下水位监测资料，按照
内插法和外推法获得各层初始水位。整个研究区是一个相 对完整的地下水系统西部及北部的山区和平原区之间的自 然分界线作为侧向流入边界南及东南部黄河处理为流量边界 东部渤海边界处理为一类水头边界。
的水质条件进行简化，这一过程称为水文地质条件的 概化。
（二）建立水文地质概念模型----以华北平原为例
在分析研究区水文地质条件的基础上建立研究区三维水文 地质概念模型包括含水层结构概化、边界条件概化和水力
特性确定。
结合含水层组的划分，概念模型中，将
含水岩组在垂向上概化为3个含水层
（二）建立水文地质概念模型----以华北平原为例
下水系统的垂向运动是由层间水头差异引起的；地下水系统的输入输出随时间、
空间变化，故地下水为非稳定流；参数随空间变化，体现了系统的非均质性， 所以含水介质概化为非均质各向同性介质。
综上所述，研究区可概化成非均质、水平方向各向同性、垂向存在变异空间 三维结构、非稳定地下水流系统，即地下水系统的概念模型。
Modular three-dimensional groundwater flow model Groundwater Modeling System Finite Element subsurface FLOW system
FEFLOW软件介绍
由德国WASY公司开发的，它是迄今为止功能最为齐全的地下水模 拟软件包之一，可用于：
(三)数学模型的选择和模拟模型
1. 数学模型的选择主要取决于研究的目的、所要求的精 度和已有或可能取得的基础资料。
如当研究区域的污染源，局部或中等规模的问题，而且精度要求较高， 则要采用对流-弥散型模型，因为这类模型可预测污染物在包气带土层
或含水层中的时空云翼规律，具有普遍性。
(三)数学模型的选择和模拟模型
在分析研究区水文地质条件的基础上建立研究区三维水文
地质概念模型包括含水层结构概化、边界条件概化和水力 特性确定。
研究区分层： 根据第四系地层与碳酸盐地层的分布关系，同时考虑岩溶 的垂直分带特征，将研究区分为三层，第一层，无压水面至其下50米 深度；第二层无压水面至其下50—80米标高水平面；第三层，80米标 高水平面至160米标高水平面。
数据搜集与数据库建立
地下水质概念模型的建立 数学模型的选择 求解数学模型 模型的识别、检验及预测
（一）数据搜集与数据库建立
地质基础数据
地下水水文数据
研究区地形地貌、气象、主要河流及湖泊等 查明含水层在空间上的分布情况；含水介质 厚度；含水介质透水性、储水性变化情况, 做出含水层非均质分区图，即根据渗透系数K 和给水度进行分区；查明主含水层与其它含 水层的水力联系
水环境模拟预测建模过程
中国科学院大学
2013年1月
主要内容
水环境模拟建模概述
地下水数值模拟过程
一 概述
模拟预测建模基本上就是合成一种实际的或抽象的系统，
这个系统的输出被认定为在一定程度上接近原型的输出。
模拟模型用来再现原型的某些特点，然后按一定的目标函
数对所选的方法或政策进行评价。
二 地下水数值模拟过程
1）模拟地下水区域流场及地下水资源规划和管理方案 2）模拟矿区露天开采或地下开采对区域地下水的影响及其最优对策 方案 3）模拟由于近海岸地下水开采或者矿区抽排地下水引起的海水或深 部盐水入侵问题 4）模拟非饱和带以及饱和带地下水流及其温度分布问题。模拟污染 物在地下水中迁移过程及其时间空间分布规律 5）结合降水-径流模型联合动态模拟“降雨-地表水-地下水”水资 源系统分析水资源系统各组成部分之间的相互依赖关系研究水资 源合理利用以及生态环境保护的影响方案等
MODFLOW是美国地质调查局于80年代开发出的一套专门用于孔隙介质
中地下水流动的三维有限差分数值模拟软件。已被广泛用来模拟井流、 河流、排泄、蒸发和补给对非均质和复杂边界条件的水流系统的影响。
MODPATH是确定给定时间内稳定或非稳定流中质点运移路径的三维示
踪模型。它和MODFLOW一起使用, 根据MODFLOW计算出来的流场, MODPATH可以追踪一系列虚拟的粒子来模拟从用户指定地点溢出污染
Visual MODFLOW软件介绍
由加拿大Waterloo水文地质公司开发研制，是目前国际上最为
流行且被各国同行一致认可的三维地下水流和溶质运移模拟的 标准可视化专业软件系统。
应用范围有：（1）评价地下水安全供水量（2）评价地下水修
复系统（3）优化灌溉抽水量（4）圈划水源保护区（5）模拟自 然降解过程（6）确定风险评估的暴露途径（7）确定含水层存
拟模型准备数据。
(三)数学模型的选择和模拟模型
2.数值模拟模型 （4）水文地质参数确定
水文地质参数是表征含水介质储水能力、释水能力和地下水
运动能力的指标。对于华北平原这个典型的大区域，水文 地质条件极其复杂，水文地质参数区各含水层组差别较大， 为了能更详细地刻画研究区水文地质条件，给出了不同含 水层的参数值范围，第一含水层主要的水文地质参数为水
量边界；其他层位概化为隔水边界；东部以渤海海岸线为边界模 型第1层概化为水位边界，下伏其他各层定为隔水边界。