MODFLOW在我国西北地区的一个应用实例
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发布时间：2022-04-22 07:48
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时间：2022-06-18 01:13
这里以甘肃省西华水源地三维流数值法计算为例，来看一下其计算概况（李云峰，钱会，1998）。
西华水源地为南纳河冲洪积扇型水源地，为单一潜水含水层，含水层由第四系冲洪积层构成，非均质，各向同性。水源地南侧由第三系甘肃群构成隔水边界，水源地上游地下水经冲洪积层潜流入水源地，构成上游地下径流补给边界，水源地下游以仙姑山为界，构成南段、北段两段地下径流排泄边界，地下水潜流出区外，而仙姑山则由隆起地表的甘肃群构成隔水边界。在水源地北边界，即王寨村—蔺家沟村区段，南纳河北支流本身构成水头边界，南纳河北支流汇集地下水排泄量后从水源地东北角流出区外。水源地的基底由第三系甘肃群构成隔水底板，无承压水顶托补给。西华水源地不同于一般山间河谷型水源地的一大特点是受仙姑山隆起的影响，水源地的中轴线（南西—北东向，恰是仙姑山隆起的延伸）基底面明显高于两侧，这里第四系厚度很小，枯水季节地下水位下降后在上安塬村北形成较大区域（1.94km2）的无水区，构成水源地内部的封闭隔水边界。水源地的上边界即潜水面边界有垂向水量交换，在水位埋深＜5m的区段有潜水面蒸发排泄（分布在水源地的东南及东部地区，1.5046km2）。水源地常年有泉水排泄。雨季水源地有降雨入渗补给及南纳河南支流—干河河水渗漏补给，常年有南纳河北支流河水渗漏补给。
受地形坡降及隔水底板顶面坡降的影响，潜水面坡降较大，达3.38%（G4至G23），三维流特征明显。根据上述的水文地质概念模型，西华水源地地下水的三维非稳定渗流问题可用下述的数学模型来描述（不考虑潜水的弹性释放）：
供水水文地质计算
式中：H为 H（x，y，z，t），潜水地下水渗流区内各点不同时刻的水位（m）；K 为K（x，y，z，t），潜水含水层的渗透系数（L/T）；D为潜水含水层渗流区域（即计算区域）；H0（x，y，z）为潜水位的初始分布（m）；Ai（i＝1，2，3）为给定流量边界；ni（i＝1，2，3）为A1，A2，A3的法线方向；qi（x，y，z）（i＝1，2，3）为沿A1，A2，A3法线方向单位面积的流入水量（L/T）；Aj（j＝4，5，6，7，8）为隔水边界；nj（j＝4，5，6，7，8）为A4，A5，A6，A7，A8的法线方向；A9为给定水头边界；H9（x，y）为A9边界上的水头（m）；A10为潜水面边界；A11为抽水井井周边界；μ为μ（x，y，z），含水层的给水度；ε为潜水的蒸发强度及入渗补给强度，（L/T）；rwk为第k口井的井半径，（L）；Zk为第k口井处的含水层底板标高，（L）；hk（t）为第k口井处的潜水面标高，（L）；r为以第k口井井轴所在位置为极点的局部极坐标系的极径，（L）；Qk为第k口井的抽水量，（L3/T）；θ为局部极坐标系的极角。
采用有限差分法求解上述数学模型。
在参数分区的基础上对西华水源地进行了有限差分网格剖分。剖分原则：
（1）采用不等距矩形网格，网格横线为东西方向，纵线为南北方向。同一列单元（指南北向展布的单元）的Δx、及同一列节点的x坐标是相同的，同一行单元（指东西向展布的单元）的Δy及同一行节点的y坐标是相同的。网格间距一般小于100m。
（2）把水文地质点剖分到节点上：调参中可以用上的水文地质点—抽水试验主孔、观测孔、泉点、民井等，剖分时是关注的重点，凡是能单独占居一个单元的，都分配给一个单元，且把其放在单元中心（即节点上），并且这些特殊单元的Δx、Δy一般都取值较小。
（3）铅垂方向上剖分为7层：鉴于铅垂方向上三维流影响上大、下小，因此，按以下厚度权重把潜水含水层分为7层：自上而下第一层（顶层）厚为含水层厚度的6%，第2层为6%，第3层为8%，第4层为10%，第5层为15%，第6层为25%，第7层（底层）为30%。
遵照上述剖分原则，在9.11125km2的计算区，即大地坐标系（横坐标）y＝（363）65600—（363）70600m区间共剖分出71列，（纵坐标）x＝（389）4700—（389）7900m区间共剖分出53行，计每层3763个单元（节点），7层共26341个单元（节点），其中属于计算区范围的是每层2351个单元（节点），7层共16457个单元（节点）（模型中称其为活动单元）。单元编号是按层用其所在列数（序号用x编号代之）与所在行数（序号用y编号代之）来代表的。例如：G10孔的编号是（31，41），即第41行第31列，G14的编号是（41，37），即第37行第41列。
因为西华的计算模型是分了7层的，所以，每个孔的总涌水量按第3～7层各层在3～7层中的厚度权重分配到各层，即：第3 层：9.1%，第四层：11.4%，第五层：17%，第六层：28.4%，第七层：34.1%。从模型计算结果来看，三维流特征明显，同一地点不同深度处的水头差别是显著的。
经过模型识别、模型检验，最后进行了预报，共设计了7个预报方案，这里把第6方案预测的最终流场图及其中4个孔的预测水位曲线绘制后附上（图5-1-1和图5-1-2），供参考。
图5-1-1 西华水源地预报方案水位曲线图
图5-1-2 西华水源地第6预报方案最终流场图
