地下水流数值模拟的研究在广西岩溶地区的实际应用.doc

地下水流数值模拟的研究在广西岩溶地区的实际应用 袁小林 （天津济润石油海运服务有限公司，中国天津300456） 【摘要】广西地下水水量丰富，其中地下水中的岩溶水所占比重较大。数值模拟方法是评价地下水资源量、模拟自然界一些水文地质过程发生和发展的主要方法和手段之一。结合地下水数值模拟，将其在广西岩溶地区的应用加以说明，及其研究的必要性。 关键词地下水流；数值模拟；岩溶地区；应用 广西地下水概况 广西陆地区域面积23.67万km2，其中山地53.1%、丘陵21.7%、平原22.4%、水域2.8%。地势总特点是西北高、东南低，沿海地带低平，地形复杂。由于区内四周山岭连绵、层峦叠嶂，形成周高中低之势，固有广西盆地之称。 广西地下水类型可分为孔隙水、岩溶水和裂隙水等3种，含水岩类划分为松散岩类、红层钙质砾岩类等8类。 广西盆地边缘为中低山地貌，在这些边缘山区，沟谷切割强烈，地形坡度大，在基岩裂隙水分布去，其富水性往往与构造裂隙发育程度呈正相关，分布不均匀，呈网状及条带状分布。桂北、桂东、桂南中地下水相对丰富，桂西、桂中的丘陵、盘地边缘区地下水相对匮乏，盘地中心地段，多为岩溶峰从谷地，峰林平原，由于地势低平，地表水流缓慢，有利于降水和地表水入渗，该类型地貌中的碳酸盐岩，岩溶发育相对均匀，具有良好的储水空间，特别是具有降水和侧向基岩裂隙水的暗中补给，地下水埋藏较浅，水量丰富。 地下水流数值模拟的研究现状 20多年来,随着电子计算机和数值方法的发展,数值模拟逐渐取代传统的模拟技术,成为研究地下水运动规律和定量评价地下水资源的主要手段,而且其发展趋势已远远超出作为一种计算手段的原有范畴,成为模拟一些水文地质过程发生、发展的主要手段。 无论从理论上还是实践上,对于多孔介质饱和带中地下水流运动机理的认识是明确的,模拟饱和带地下水流的模型是成熟的,应用也是最广泛的。已有许多使用灵活的计算机软件可供使用。近年来对于饱和带地下水流模拟的研究主要集中在:三维流模型开发；流速场与流线的计算方法；非均质参数的区域概化；繁杂数据的优化处理。 目前进行区域三维地下水流的分析的主要软件有HST3D(Kipp1987),SWIFT(Granwell和Reeves,1981)以及目前世界上最流行的软件VisualMODFLOW(McDonald和Harbangh,1994)。 VisualMODFLOW用于地下水流模拟,具有以下几个主要的功能:其一是水质点的向前、向后示踪流线模拟研究。根据地下水稳定流数据模拟结果,Modpath可方便地计算出三维流线分布和任意时间水质点的移动位置;其二是任意水均衡域的水均衡项的研究,ZoneBudge是用于计算任意水均衡域均衡要素的专门模块。用户根据自己的研究目的和需要,可在模拟区域任意选定水均衡计算的均衡区,通过执行ZoneBudge模块,可方便地得到所选定均衡域和整个模型区的所有水均衡信息。该功能可帮助地下水资源研究者直接确定研究区的均衡项及其数值的大小。此外,它的另一个重要用途就是通过断裂构造所在均衡域的水均衡计算,预测断裂的水通量；其三是允许用户直接接受地理信息系统(GIS)的输出数据文件和各种图形文件,这个功能对于充分发挥具有强大空间信息处理与分析功能的GIS技术在数值模拟中的作用意义重大,也为开发研制地下水三维数值模拟与GIS耦合评价奠定了坚实的基础。 3地下水数值模拟研究在广西岩溶地区应用的必要性 通过对地下水数值模拟的研究现状进行分析，可知其可用于研究广西的地下水资源，通过对其进行实体的模拟，综合利用广西的地下水资源。 地下河作为一种集中水流有着许多值得关注的优越性：第一，在大中型地下河天窗中抽水或者机井打中地下河管道，一个取水点一天就可以抽取数千吨至一万吨以上的水量，可以作为大型干旱片或者城镇供水的主要水源。第二，在地表水严重干旱又缺乏饮用水的桂西岩溶山区正巧是地下河最发育的地区或者说是大中型地下河的集中分布区。第三，地下河是地下水的一种特殊水流形式，他的开发能给人们带来多方面的效益，特别是堵截地下河，建成地下水库，蓄水于地下岩溶洞穴空间，不淹没耕地，同样能够起到存储水资源、调节洪水流量、饮水、发电、灌溉等综合效益，同时还能大大改善峰丛洼地区的取水条件，增大取水量。还因为在较大面积内抬高石山区地下水位，有利于石漠化的治理和石山生态环境的恢复与重建。第四，广西用水最困难、贫困人口最集中的桂西北峰丛洼地区和桂西南峰丛谷地共有地下河153条，占广西地下河总条数的42%，其枯季流量合计达108.7m3/s,占广西地下河流量的62%，可见大型地下河主要分布于最缺水的地区。既是上述区域只有五分之一的地下河具备堵截建库条件，其可供利用的最枯流量22m3/s,将能够解决66万亩农田灌溉用水和70万人饮用水困难。如果考虑地下水水库调节水量的利用，则至少可以灌溉140万亩耕地和解决150万人饮水困难，加上个地下河流域内天窗提水、引堤结合、饮水出洞等多传给你形式的取水，其效益可再增大2被，足可解决上述地区的