高 校 地 质 学 报Geological Journal of China Universities2010 年 3 月，第 16 卷，第 1 期，1-6页March 2010，Vol. 16， No.1， p. 1-6中国地下水数值模拟的现状与展望薛禹群（南京大学 地球科学与工程学院 水科学系, 南京 210093）摘要：回顾了中国地下水数值模拟的发展历程，指出了当前地下水模拟研究领域中存在的问题：基础理论的实验研究重视不够；过多依赖模拟技术，盲目追求软件的版本和模拟结果的可视化程度；轻视水文地质问题和条件的研究；以致于取得的成果跟踪性的占多数，原始创新的很少等。
因此作出地下水数值模拟的展望，并指出该领域今后十年（2011~2020年）优先发展的8个研究方向。
关键词：地下水；数值模拟；优先发展方向中图分类号：P641 文献标识码：A 文章编号：1006 -7493（2010） 01-0001-06Abstract: The present situation of research on groundwater numerical simulation in China is briefly reviewed and analyzed. Problems existing in the development process are summarized. The prospect of the groundwater numerical simulation and some preferential development orientations of this field in the coming decade (2011~2020) is put forward.Key words: groundwater; numerical simulation; preferential development orientationXUE Yu -qunDepartment of Hydrosciences, School of Earth Sciences and Engineering, Nanjing University, Nanjing 210093, ChinaPresent Situation and Prospect of Groundwater Numerical Simulation in China收稿日期：2009-11-20；修回日期：2010-02-05作者简介：薛禹群，男，1931年生，教授，中国科学院院士，主要从事水文地质和地下水模拟的教学和科研工作；E -mail: yuqunx@ 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。
现在可以说中国已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。
研究范围涉及饱和带、非饱和带和饱和－非饱和带。
基本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业推向一个新的、更高的高度，做出与中国作为世界大国相匹配的贡献。
1 研究现状 近几十年来，随着地下水科学和计算机科学的发展，地下水数值模拟也得到了快速发展，主要体现在：加拿大Borden基地、美国Cape Cod基地与Columbus基地开展的大型野外试验场研究，大大丰富了地下水溶质运移的理论和方法，取得不少新的认识，并为发展和检验溶质运移理论和相应数学模型提供了大量数据（MacKay et al，1986； LeBlanc et al，1991； Bogga et al，1992；Zheng and Gorelick，2003）；随机方法在非均质介质渗流和溶质运移的模拟中得到比较多的应用，从而加深、甚至改变了人们对此类介质中流体运DOI:10.16108/j.issn1006-7493.2010.01.005高 校 地 质 学 报16卷1期2动和溶质运移的认识（Dagan and Neuman，1997； Zhang D，2002） ；通过多孔介质中水流运动、溶质运移和化学反应，甚至生物过程的耦合建立模型来集成地研究这些过程也取得很多进展（van Genuchten and Sudicky，1999； Yeh and Tripathi，1989； Barry et al，2002）。
此外，计算方法也取得不少进展，但溶质运移模拟中数值弥散和振荡问题的解决和地下水模拟逆问题的求解进展比较缓慢（Sun and Yeh，2007）。
由于种种原因，国内地下水数值模拟开展得比较晚，始于20世纪70年代初，当时文化大革命还没有结束，所以从事这项工作困难重重，而且人也不多，主要来自高等学校和研究部门，以后才逐步扩展到产业部门。
为了加快我国地下水数值模拟的发展，深切感到有必要开展相互交流。
于是利用一次在水文地质工程地质研究所开会的机会，在张宗祜所长的支持下，以肖树铁教授为首的几个人（肖树铁、张蔚榛、薛禹群等）进行了酝酿，考虑到当时文化大革命结束不久，还是不成立什么组织为好，不定期在一起碰个头，达到交流的目的就行了。
参加人不要太多，也不叫谁负责。
商定邀请参加的人有：肖树铁、谢春红、孙讷正、陈明佑、杨天行、张蔚榛、薛禹群、张宏仁、崔光中、李文渊、陈雨荪、许涓铭、刘金山等（少数被邀请人没有来，未列入名单的来了），水文所当时不好定人员名单，决定每次请张宗祜所长指定。
每年轮流在一个成员所在地或由他选定的地方开交流会，交流国内外最新研究内容和进展、以及个人最近研究的心得体会或成果。
交流活动按此原则进行之后，效果很好，也得到各方面人士的支持、肯定，有人称之为“神仙会”。
进入80年代中期后，各类学会逐渐恢复活动，这种最初的交流活动形式也就完成了它的历史使命，在清华大学数学系举行最后一次学术交流后就停止了。
现在回想起来，成员有数学家、水文地质学家、水动力学家的这些活动具有鲜明的学科交叉特点，数学家对我国早期地下水模拟的开展起了很好的帮扶、促进作用，可以少走弯路，加快它的健康发展，对国内出现的少数不正确的苗头也通过交流取得共识。
我国地下水模拟所以能够很快赶上国际先进水平，笔者认为和这个“神仙会”在早期为它奠定良好且正确的基础是密不可分的。
二、三十年过去了，当年的参加者都已进入古稀之年，个别已作古，不少记忆已经模糊，这段历史写在这儿或许有益，也可供后人评述。
目前我国地下水数值模拟的应用已遍及与地下水有关的各个领域，各类模型的研制能够满足国民经济建设的需要，国际上出现的各类模型在中国基本上都有了，如各类常系数、变系数水流模型（薛禹等群，2007）、地下水污染模型（林学钰等，1985；薛禹群等，1997）、海水入侵模型（Xue et al，1995）、高浓度（>100～200 g/L）咸/卤水入侵模型（张永祥，1997；张勇等，1999）、地下水中某些组分运移行为的模型（如海水入侵条件下，交换阳离子运移行为模型）（Wu et al，1996）、大区域地面沉降模型（面积超过17 000 km2）（薛禹群等，2008）、地下水中热量运移和含水层贮能模型（Xue et al，1990）、地下水资源管理模型（吴剑锋等，1999）和井渠合理布局模型（李恩羊，1982；张慧春，1989）、各类坝体渗漏模型（毛昶熙，1999）、渠道渗漏模型、地下水-地表水联合评价调度模型等等。
运移和化学反应耦合模型以及其他一些耦合模型也有人着手考虑了。
上述模型中有些水平比较高，和国际高水平模型基本上处于同一水平。
它们涉及的地质条件多种多样，有潜水，也有承压水，有单个含水层，也有多个含水层存在越流的情况，以及种种复杂的地质构造和岩相变化等。
它们有二维的，也有三维的和准三维的。
国外各类数值方法国内均有应用，少数数值方法还是将国外数学家的构思加以完善后直接应用于地下水模拟的（Ye et al，2004）、或由中国学者直接构思完成的，因而远早于国外水文地质学者（Xue，1985；薛禹群等，1980）。
随机水文地质的研究虽然起步较晚，但从无到有，成果比较突出，基本能跟上国外同类研究的步伐。
但一般只是跟踪性研究，仅在个别领域接近国际前沿。
2 存在的问题 我国地下水数值模拟的研究从无到有，再到今天这种情况，确实令人鼓舞。
但面临21世纪下3薛禹群：中国地下水数值模拟的现状与展望1 期一个十年（2011~2020年）发展战略的时候，还应从更高的角度冷静地检查存在的问题，以便通过解决这些问题攀上新的高度，把中国地下水模拟事业推向国际前沿。
存在的问题主要可归纳如下。
1）基础理论的实验研究和具体地质条件的研究重视不够，有过多依赖模拟技术的倾向。
没有一流的试验研究，很难在基础理论上有所突破。
得不到实验验证的所谓“理论”不仅难以进一步发展，而且也无法说明它一定是正确的。
实验研究投资大，研究周期长，且不易出成果。
所以国家有关部门不仅要加大投入，还要鼓励从事这方面工作的人员力戒浮躁、安心工作。
国外的经验证实密布观测井的野外试验场研究，如前述Borden 基地、Cape Cod基地和Columbus基地开展的野外试验，为发展和验证地下水中溶质运移理论及其数学模型提供了大量数据，由此得出许多新的认识，极大地丰富和发展了描述和预测地下水溶质运移的理论和方法。
不重视具体地质条件的研究表现在重模型研究，轻水文地质问题和条件的研究，还表现在具体建立模型时不重视地质条件的调查和研究，不能正确建立反映当地具体条件的概念模型，或者不是根据具体地质、水文地质条件来建立模型，而是随意主观地忽视一些现象或边界条件、随意增删数据，去搞“拟合”等。
前一种情况反映学界存在着一种重模型、公式，轻地质的错误思潮。
他们不理解地质是基础，在这儿数学只是一种被用来解决某个问题的手段。
没有对地质条件的了解作为基础，任何地下水模型只是没有基础的纸上谈兵和空中楼阁，必然得不出任何正确地结果来。
国内外的无数实践证明，模拟不准往往是由于概念模型有错，概念模型所以出错，则和对地质、水文地质条件缺乏正确了解有关。
诚如Anderson院士（1992）等所言“模型预报未来失败不是由于模型中数值或理论上的缺陷，或者更确切地说，预报中的错误是由于概念模型有错。
通过收集新的野外资料，继续改进概念模型将会改善数值模型”。
因此，希望大家重视建立模型前的地质工作，以便概化出正确反映客观地质体的概念模型。
概念模型正确了，才有可能建立正确的数学模型。