摘要：大区域( 大尺度空间范围上的) 地下水系统通常由不同的地貌单元组成, 水文地质条件复杂, 建立地下水流模型的目的和要求、水文地质结构、流场、参数分区、各种补排项概化和处理方面与小区域模型有较大的差异, 因此建模的准则也不同。feflow 对含水层分层、单元剖分、离散点插值、数据转换、边界条件赋值、河流边界、含水层均衡项等处理的特点, 提高了建立地下水流模型的效率, 使它更加适宜于建立大区域地下水流模拟模型。

关键词：地下水流模拟 feflow 大区域地下水系统

中图分类号s273.4 文献标识码b 文章编号1673- 4637( 2007) 01- 0043- 05

feflow modeling techniques applied in gr oundwater system of lar ge- scale ar eas

lin- li1 yang- feng2 cui ya- li3 shao jing- li3

(1.beijing research institute of water affair automation, 100036, china; 2.beijing water technology center, 100073, china; 3.college of water resources and environment, china university of geosciences, beijing, 100083, china)

abst r act the groundwater system in large- scale areas generally consists of different geomorphologic units and complicated hydro- geological conditions, therefore it is quite different from the water system in small- scale areas in terms of the ives and requirements of modeling, hydrogeological structure, flow fields, parameter layout and computation of various recharge and discharge. as a result, the rules of modeling for these two situations are also different. because it is capable of handling the partition of aquifers, generation of meshes, interpolation of discrete nodes, conversion of data, computation of regional balancing and assigning of boundary conditions and it can greatly improve the work efficiency, feflow is proved to be more suitable to build groundwater model for large- scale areas.

key wor ds groundwater modeling feflow groundwater system in large- scale areas

近年来, 地下水资源评价已不再完全拘泥于传统的相对小范围内的评价, 随着模拟技术的向前推进,水资源评价工作的进一步扩展, 在本着科学发展观的前提下, 政府决策部门在解决小区域水资源问题的同时, 也趋向于制定管理宏观上的、大范围的水资源调配供需问题。为了做好大区域的水资源评价、预报和管理工作, 提高区域整体管理水平和科技水平, 研究区域数字化[1 ]是重要发展趋势。因此, 选择一个合理的、实用的地下水数值模拟手段是相当必要的。基于有限元原理的feflow[ 2 ]以其优于其他模拟软件的特点可以很好地对大区域地下水流进行数字模拟, 从而为决策者提供大区域水资源管理的科学依据。

1 大区域地下水系统数值模拟的特点

1.1 目的和必要性

大区域地下水系统一般是指空间尺度较大的水文地质单元, 通常是流域和盆地尺度的, 如华北平原、关东盆地地下水系统等。大区域地下水系统分布面积广大, 地下水的开发利用程度较高, 或多或少产生一定的地质和生态环境问题, 如地面沉降、塌陷、土壤次生盐渍化、海水入侵等。因此, 有必要运用地下水模型的方法, 评价大区域地下水资源量, 预测一定开采条件下地下水的变化趋势, 为地下水的合理开发利用和区域可持续发展提供决策依据。

1.2 特点

大区域一般由多个地貌单元组成, 水文地质条件复杂, 加之伴随一系列的生态和地质环境问题, 给地下水模拟和资源评价带来一定的难度, 主要表现为存在时空尺度选择和信息不足的问题[3 ]。下面以华北平原为例来说明建立大区域地下水三维数值模型的原始资料整理特点。

华北平原面积约14 万km2, 按成因和形态特征可划分为山前冲洪积倾斜平原, 中东部冲积湖积平原,黄河冲积扇及滨海冲积海积平原。多种复杂的大地貌和小型地貌交错重叠, 使得水文地质结构十分复杂。在平面上, 不同的地貌单元的含水层结构、富水性有差异, 因此, 很难概化为传统的统一分层结构。

大区域一般由不同的行政分区组成, 华北平原包括北京、河北、山东、河南和天津5 个行政区。由于各行政区的水文地质条件不同、研究程度不同, 甚至工作的规范和标准也有差异, 使得跨大行政区的水文地质概念模型的建立尤为困难。这里的水文地质概念模型包括前述水文地质结构、地下水流场、参数分区、各种补排项的分布、边界条件等。这需要各行政区专业人员协作完成, 工作量和难度远远大于小区域或水源地的地下水模拟。大区域地下水的补排量通常也是以行政区统计的, 如地下水的开采量通常是以县为单位统计的, 灌溉入渗量通常是以灌区为单位给出的,在运用模型预测时, 所给的规划开采量等也大都以行政区为单位给定。

1.3 模型准则

大区域地下水模拟的目的主要用于区域地下水资源评价和宏观规划开采条件下地下水变化趋势的预测,为区域地下水合理开发利用和宏观发展规划提供决策依据。因此, 所建立大区域地下水模型要求能反映区域水文地质条件, 能宏观描述地下水流动特征, 总的建模准则是: ①识别后的模型的结构及参数应基本符合全区实际水文地质条件; ②模拟的流场与实际流场整体趋势一致, 即能反映区域地下水的流向和主要的区域地下水漏斗; ③模拟的地下水变化过程和趋势应与实际地下水位动态趋势一致, 水位动态应能反映年内和多年水位变化。水位拟合误差要控制在一定的范围内, 以便为大区域水资源规划方案制定提供尽量精确的依据。

2 feflow的特点和功能

feflow( finite element subsurface flow system)是德国wasy 水资源规划和系统研究所于