基于CFP的岩溶管道流溶质运移数值模拟研究

多重岩溶含水介质的复杂性导致岩溶地下水流动及溶质运移的数学模拟成为地下水研究难点之一。为了探讨岩溶多重含水介质中地下水流溶质运移特征,文章构建了管道流CFP水流模型和MT3DMS溶质运移三维耦合数值模型。在阐述管道流CFP和MT3DMS基本原理的基础上,通过建立水文地质概念模型算例（1个落水洞、4个直管道）,探讨岩溶管道水流及溶质运移规律,分析讨论不同水文地质参数对浓度穿透曲线的影响。研究结果表明:管道流CFP模型能够刻画岩溶管道与基岩裂隙水流交换特征,MT3DMS模型能够模拟穿透曲线的拖尾现象,符合实际岩溶区特征。随着水力梯度、管道直径及管道渗透系数增大,孔隙度减小,浓度曲线峰值越大,峰值到达时间越快,浓度穿透曲线越对称。得出结论:耦合CFP水流模型和MT3DMS溶质运移模型能够刻画岩溶管道流溶质运移规律,为研究岩溶复杂介质污染物运移特征提供一种思路和途径。     

MODFLOW-CFP软件在岩溶水系统数值模拟应用中的若干关键问题

MODFLOW-CFP软件很好地解决了管道流与含水层连续介质地下水渗流的耦合问题以及管道中水流运动的层流-紊流转换问题,为岩溶管道型地下水系统的定量研究提供了一个适用的数值模拟平台,近年来也在工程实际中得到了较多的应用。为了更好地利用和推广该软件在岩溶地下水系统定量平价和研究中的应用,避免新方法在实际应用中的盲目性,文章结合MODFLOW-CFP软件自身的特点、岩溶水系统常见的水循环特征及其在实际应用中存在的一些关键问题,从地下水数值模拟的基本要求出发,探讨如何通过一些有针对性且相对比较容易开展的野外岩溶水文地质调查、降雨-流量（水位）高分辨率监测、地下水示踪试验和综合分析研究等工作,提取MODFLOW-CFP模型所需的关键结构要素、水文地质参数以及模型识别的目标函数,进而提高复杂岩溶水系统地下水数值模型的仿真度和预测精度,推动岩溶地下水定量研究的发展。     

基于CFP的岩溶管道流数值模拟研究——以桂林寨底地下河子系统为例

为了描述岩溶多重含水介质存在非达西流问题,研究管道流CFP模型在岩溶区数值模拟中的应用。在分析管道流CFP基本原理的基础上,通过建立概念模型算例(5个管道,上下临界雷诺数分别为2 000和4 000),探讨不同管道水文地质参数对出口流量及水流状态的影响,并对参数敏感性进行分析,最后将CFPM1模型应用于广西寨底岩溶地下河系统,探讨在实际应用中的管道流模型适用性。概念模型结果表明,参数敏感度从大到小依次为:管道直径、水力梯度、管道渗透系数、弯曲度及粗糙度,流量与雷诺数随管道参数增大而增大,水流状态从层流变为紊流。寨底岩溶管道流模型中3个观测井及地下河出口实测流量表明CFPM1能较好地模拟出岩溶地下水水位变化趋势。得出结论:CFPM1管道流模型允许岩溶管道与基岩含水层进行水流交换,能够较好地刻画岩溶区管道介质非达西流特征,但管道参数获取较为困难,且不能刻画岩溶管道形态变化。该方法具有一定通用性,可为实际应用提供指导。     

岩溶区多重介质水流模型研究进展

数值模拟技术广泛应用于地下水资源评价工作中,为水资源合理开发利用提供科学依据。本文针对岩溶区的数值模拟技术展开研究,综述了岩溶区地下水流建模技术的主要方法和研究进展,介绍了SWMM模型、UGRFLOW模型、CAVE模型、CFP模型等多重介质模型的建模方式和运行原理。岩溶区地下水赋存介质复杂,管道、裂隙和空隙多重介质并存,水流特征多样,等效连续介质模型不能很好地刻画岩溶区复杂的地下水流特征。随着对岩溶水流系统研究的深入,二重和三重介质模型逐渐应用于岩溶区地下水流模拟工作中,取得较好成果,但仍存在如忽略中宽裂隙的导水作用、岩溶管道设置单一、模型适用性不强等问题。今后应从解析岩溶含水介质的结构特征入手,关注中宽裂隙在地下水流系统中的导水作用和水流特征,改进管道流模块以更好地刻画复杂的地下河管道,改进不同介质间水流交换量算法,提高模型精确性和适用性。      

某规划区地下水环境影响评价研究

为预测某规划区地下水环境影响,本次研究运用FEFLOW地下水数值模拟软件,在分析研究区水文地质、地下水渗流场等的基础上建立了溶质运移数值模型。模拟结果显示,模型能够真实反映研究区实际水文地质条件,预测两种工况下的氨氮、氰化物和COD进行溶质运移变化规律,可以作为地下水环境影响评价的依据。同时,污水处理厂在事故工况下对地下水环境影响较大,规划区应制定相应的地下水风险应急预案并采取严格的防渗措施,减小对地下水的影响。     

某市地下水的模拟计算与分析

在详细分析研究区地质和水文地质条件的基础上,对研究区的均衡要素、流场及参数分布进行描述。建立水文地质概念模型,采用基于有限元方法的FEFLOW软件建立地下水流数值模拟模型并进行模型的识别和验证,在此基础上建立了地下水溶质运移模型,并对研究区地下水中的污染物运动进行数值模拟研究和分析。模拟结果表明：研究区西北部地区污染严重,原因主要是垃圾填埋场,建议有关部门采取相应的治理措施。     

GMS数值建模方法研究综述

GMS 和 FEFLOW 为地下水数值模拟软件的典型代表,FEFLOW 具有强大的可视化功能和方便的输入输出,其缺点是难以处理复杂的水文地质条件,而 GMS 具有强大齐全的地下水模拟功能,几乎囊括了与地下水有关的所有模拟功能,包括地下水随机模拟.详细介绍了基于有限差分原理的 GMS 软件中的各个模块,以及采用 GMS 软件组建地下水数值模拟模型的各种方法,包括网格法、概念模型法和 Solid 法.     

岩溶区线性工程影响下的地下水监测及数值模拟研究——以广州市金沙洲为例

以广州市金沙洲地区的水文地质条件及地下水位监测结果为基础,应用地下水数值模拟FEFLOW 软件建立了金沙洲地区的地下水系统的数值计算模拟模型。模拟结果表明:（1） 高铁金沙洲隧道施工降水是引起金沙洲地下水流场变化的主要原因,高铁隧道施工大量抽排地下水时,地下水位变化形成以抽水点为中心的降落漏斗;（2） 随着抽水量的加大,形成水位下降漏斗及地下水强径流排泄带,加速地下水对泥沙的搬运动力,增大对岩土体结构的冲刷作用,使与岩溶管道连通的土洞及覆盖层稳定性受到破坏,从而导致地面塌陷的发生;（3） 随着地下水水位的下降,金沙洲一带的软弱淤泥土容易出现排水固结沉降和失托沉降,从而产生地面沉降灾害。      

奥灰水文地质条件的数值模拟探讨

基于数值模拟技术以象山矿11#煤底板奥灰含水层放水试验成果为基础,深入分析与合理概化水文地质条件,采用三维地下水模拟软件Visual MODFLOW建立研究区地下水系统的三维数值模型。经过模型的校正分析,认识矿井水文地质条件,反演得出含水层主要水文地质参数,最终合理的预测了该矿井11#煤研究区底板带压涌水量及首采面奥灰含水层涌水量。     

云南鹤庆西山岩溶地下水均衡模拟

鹤庆西山岩溶地下水是当地人们生产生活的重要水源,开展岩溶地下水均衡调查及计算模拟,掌握研究区岩溶地下水动态,对鹤庆西山地下水资源开发利用及管理有重要的意义。本文在收集研究区地质资料的基础上,对研究区的自然地理条件、地层岩性、地质构造和水文地质条件等地质背景进行分析并划分岩溶地下水系统。采用数值模拟法对云南省鹤庆西山岩溶地下水均衡进行了模拟计算,并与水量均衡法进行了对比。结果表明:岩溶系统划分合理,各岩溶子系统补给与排泄基本均衡;各岩溶子系统的排泄以集中排泄为主,集中排泄占总排泄量的67%~92%;考虑岩溶管道的集中排泄模型更符合研究区岩溶地下水运动特点。      

岩溶矿区水文地球化学特征及其水源指示意义

云南毛坪铅锌矿区属于复杂型岩溶裂隙充水大水矿床,亟需查明其充水水源、径流途径以开展地下水防治工程设计与优化。基于水化学、氢氧同位素方法对矿区充水水源进行系统研究与辨识,并对矿区水文地质概念模型作了初步分析。矿区石炭系地下水表现为低水温、低TDS、高NO-3、富集重同位素,而矿区泥盆系地下水由北往南水温、TDS逐渐升高,NO-3浓度降低,微量组分浓度升高,且尤为富集轻同位素。研究结果表明以上组分均对矿区充水水源辨识有直接指示意义:石炭系主要受东侧献鸡一带岩溶洼地区补给,自东往西向矿区径流,并经由断层构造向矿区泥盆系北部补给,同时与泥盆系南部深层水源混合后排泄于矿区疏干漏斗中心。     

南方岩溶含水系统结构识别方法初探

岩溶含水系统因其含水介质的高度不均匀性和各向异性而难以刻画。文章选取鄂西岩溶槽谷区典型的岩溶含水系统为研究对象,基于野外地面调查、裂隙测量、洞穴探测、多源高精度地下水示踪试验、地下水动态监测等传统手段,结合新技术、新方法来综合查明岩溶含水系统的结构,探讨岩溶含水系统的边界结构、岩溶发育主控方向、介质空间结构的识别方法,最终刻画出岩溶含水系统结构的概念模型。文章的研究成果旨在为岩溶山区1∶5万水文地质调查工作思路与方法应用提供参考,为提高全国新一轮1∶5万水文地质调查成果的精度与质量做贡献。      

高放废物处置库北山预选区区域水文地质概念模型

地下水流数值模拟是高放废物处置库选址中水文地质评价的重要内容.水文地质概念模型是地下水流数值模拟的基础和前提.在北山预选区水文地质分析基础上,利用DEM数据生成了研究区地表水系,据此确定了模拟范围;借助GMS软件,建立了研究区三维水文地质结构模型;再通过边界条件、流场特征、地下水均衡项和水文地质参数的分析和描述,建立了北山地区水文地质概念模型.     

Using three-dimensional geological mapping methods to inform sustainable groundwater development in a volcanic landscape, Victoria, Australia

This study investigated the use of three-dimensional (3D) geological methods to provide better groundwater resource estimates for the Spring Hill area in central Victoria, Australia. Geological data were gathered in 3D geological software, which was utilised to derive fundamental dimensional parameters of the groundwater system in the study area. Mining industry software and hydrogeological methods were combined to give volumetric determinations of the basalt aquifer that were used to improve estimates of the groundwater resource. The methods reduce uncertainty about the physical attributes of the aquifer systems and greatly improve conceptual understanding of their behaviour. A simple numerical water-balance model was developed to refine the estimates of aquifer volume and fluxes to approximate observed water-level behaviour in the area. This enabled a much better comparison of groundwater resource use to the natural inputs and outputs for the area. A key conclusion was that the main issues for sustainable development and use in the study area are more to do with the physical aspects of the aquifer system, rather than simply the volume of water pumped. Visualisations of the area’s hydrogeology also provide improved hydrogeological understanding and communication for groundwater users and administrators.     

基于MODFLOW参数不确定性的地下水水流数值模拟方法

考虑到模型不确定性引起的地下水数值模拟不确定性对模拟过程的影响,在简要介绍含水层水文地质参数变异性研究进展和地质统计学的基础上,基于常用的确定性地下水流数值模拟软件MODFLOW开发了MODFLOW-Gslib软件,相较于传统的数值模拟方法,将地质统计学与数值模拟结合的方法能够模拟非均质含水层中的参数变异性问题。将MODFLOW-Gslib软件运用于模拟实例中,选择常见的不确定性因素进行模拟,并对其模拟产生的数据进行统计分析,结果表明,软件转化后的参数符合水文地质参数不确定性的相关特征;与原模拟结果进行对比,该软件能够更加真实地刻画含水层参数变异性特征。     

FEFLOW在某市岩溶地下水四氯化碳污染中的应用

某市是我国北方的一座大型城市,七里沟盆地是该市的三个主要岩溶水源地之一,供应该市南部20余万人的生产生活用水,2000年11月发现该岩溶含水层受到四氯化碳的污染,本文结合前人所做的工作和研究区检测资料的分析,建立了研究区水文地质概念模型和地下水数学模型,采用基于有限元方法的FEFLOW软件对模型求解,在水流模型的基础上...     

Mise-a-la-masse method,tracer tests and cave detection analysis of underground-river karst-conduit distribution and structure: a case study of the Dafengdong conduits in Guizhou Province,China

In karst areas, groundwater movement is dominated by conduit flow; thus, understanding the distribution and structure of karst conduits has great significance for water research, groundwater protection and engineering construction. With the Dafengdong (Guizhou Province, China) underground river karst as an example, a mise-a-la-masse method, tracer tests and cave detection were conducted to study the distribution and structure of karst conduits. Combined with information on the geological and hydrogeological conditions, the geological factors that form karst conduits were determined. It can be concluded that: (1) Under the influence of faults, karst conduits usually develop towards or along faults; (2) multiple karst conduits form easily on both sides of tectonic fracture zones; (3) both lithology and geological structure affect the formation of blue holes, and when the directions of karst conduits change, blue holes easily form in weak parts of the structure; (4) at springs where two aquifers intersect, with strong chemical dissolution of the lower karst aquifer and mechanical collapse of the upper aquifer, blue holes also form easily; and (5) integrated mise-a-la-masse method, tracer tests and cave detection can accurately discern the distribution and structure of karst conduits. Geological factors can be used to preliminarily delineate the distribution and structure of karst conduits in similar areas based on hydrogeological conditions. Such methods hold great significance for groundwater extraction and protection and engineering construction in karst areas.

     

Hydrological modeling in the karst area,Rižana spring catchment,Slovenia

Karst aquifers are known for their heterogeneity and irregular complex flow patterns which make them more difficult to model and demand specific modeling approaches. This paper presents one such approach which is based on a conceptual model. The model was applied in a karst area of the catchment of Rižana spring (200 km2). It is based on the MIKE SHE code and incorporates the main hydrological processes and geological features of the karst aquifer (diffuse and concentrated infiltration, allogenic recharge, quick and slow groundwater flow, shifting groundwater divides and groundwater outflow from the catchment area). Modeling of evapotranspiration and flow in the upper part of the unsaturated zone is more detailed. For the modeling of groundwater flow in the karst aquifer, a conceptual model was applied which uses drainage function for the simulation of groundwater flow through large conduits (karst channels and large fissures). The model was calibrated and validated against the observed Rižana spring discharge which represents a measured response of the aquifer. The results of validation show that the model is able to adequately simulate temporal evolution of the spring discharge, measured by Nash–Sutcliffe coefficient (0.82) as well as overall water balance.