地表地下耦合的水量及溶质运移模拟研究进展

地表水与地下水之间存在强烈的相互作用,构建地表水和地下水耦合的水量和溶质运移模型可以揭示地表水和地下水之间的相互作用机制,并提高地表地下水量水质预测的精度。介绍了现有的地表地下耦合的水量及溶质运移模型,对比了各模型的求解方法和适用领域,总结了这些模型的应用现状。其中水量模型中全耦合模型精度较高,是未来模型发展的主流方向,溶质运移模型中溶质反应过程模拟较为欠缺。未来应在优化求解算法、提高溶质反应模拟和加强裂隙介质模拟等方面深入开展相关研究。     

岩溶区地下水数值模拟研究进展

岩溶含水介质的不均一性导致岩溶地下水流动、溶质运移和热量迁移的数学模拟研究成为地下水模拟的难点。本文综述了岩溶区地下水流模拟的几种方法,重点阐述了等效多孔介质法、双重连续介质法和三重介质法的定义、发展过程和适用范围,并回顾了这几种方法的研究成果。从等效多孔介质法到三重介质法,模拟精度不断提高,适用范围也逐渐由大区域实际问题向小区域理论研究过渡。介绍了溶质运移模拟和热迁移模拟的研究方法及实例。溶质运移模拟以对流弥散方程为基础,其中尺度效应是溶质运移模拟的重点研究问题;热量迁移模拟应考虑地下热水密度变化对地下热水运动的影响。溶质运移模拟和热量迁移模拟往往是将迁移模型和已经调试成功的地下水流动模型相耦合,从而达到模拟溶质及热量迁移的目的。由于溶质运移和热量迁移的复杂性,现阶段水流模型多数处于等效多孔介质模型阶段。综合理论及实际应用,指出精确刻画裂隙及管道和注重基础数学算法是岩溶水数值模拟进步的关键。      

基于流网单元的污染物优势运移数值模型

垃圾填埋场滤出液、入侵海水、核废物及生产生活废水等污染物随地下水的迁移威胁人类生存。地下水渗流的随机性导致溶质运移问题更加复杂。根据流网特点,利用流线与水头等势线对求解域进行离散,基于质量守恒原理建立流网单元内溶质浓度求解的隐式有限体积差分格式。基于多孔介质孔隙流速分布规律,利用蒙特卡洛法建立流管单元随机流速场进行溶质运移过程的数值模拟,最后根据数值模拟和模型试验的结果对比,验证了数值模拟方法的准确性。基于流网单元的数值模型中沿流线方向的物质交换由对流和扩散共同作用,而流管间的物质交换只有扩散作用,因此,可在不使用弥散系数下进行污染物运移的模拟。引入随机方法确定流管内流速为研究非均匀流场中染污物的优势迁移提供了新的思路。     

PHREEQC在地下水溶质反应-运移模拟中的应用

由于地下水污染的加剧,对地下水中污染物运移规律的研究日益受到重视。地下水中的溶质在运移过程中伴随着溶质组分间的化学反应,因此需要建立地下水溶质运移与化学反应的耦合模型。PHREEQC是近年来发展起来的描述局部平衡反应、动态生物化学反应的水文地球化学模拟软件。本文利用该模拟软件对一维地下水流动过程中溶质离子交换反应和动态氧化还原反应进行了模拟。结果表明,PHREEQC能够成功地进行溶质运移情况下复杂水化学反应模拟,但对于复杂地下水流和溶质运动的情况,有必要耦合其它的地下水流动和溶质运移软件来共同完成。     

对“佳木斯市地下水水量水质模型”一文的看法

朱学愚和孙克让先生曾在《水科学进展》1994年第1期发表了“佳木斯市地下水水量水质模型”。在该文中,作者为了克服一般数值法求解对流——弥散方程存在的数值波动现象,采用了单步反向追踪特征有限元法求解溶质运移问题。从作者所建立的溶质迁移方程看,笔者认为有不妥之处。     

地下水溶质迁移模拟研究进展

在地下水的相关研究中,农药和石油等地下水污染、土地盐碱化、海水入侵等诸多实际问题主要的研究方法都涉及地下水溶质迁移模拟. 相比地下水水流模拟的相对完善,对溶质迁移的模拟比较薄弱且迁移过程本身复杂性较高,目前地下水溶质迁移的研究工作还处在全面发展的阶段. 文中阐述了反映地下水溶质迁移机理和过程的数学模型,综述了溶质迁移模拟在地下水污染物防治、土地盐碱化、海水入侵、石油和放射性废物扩散等问题的诸多应用,归类了目前溶质迁移模拟所使用的对流迁移、对流-弥散模拟等主要数值方法,并对这些方法的优缺点和应用实例做了总结. 最后,分析了目前溶质迁移模拟中存在的不足,展望了未来在参数确定、裂隙介质运移机理和多相介质条件下运移模拟可能取得的突破.     

用遗传算法求解地下水资源管理模型

首先介绍了遗传算法的基本原理,以山东省羊庄盆地为例,在建立地下水模拟模型的基础上,用嵌入法建立分布参数地下水系统管理模型,将遗传算法用于求解该管理模型,通过有限单元法与遗传算法耦合表示水位约束,采用罚函数的方法处理约束条件,对于同一管理问题,与线性规则求解的结果十分接近,说明遗传算法是求解地下水管理模型的一种有效方法。     

大连周水子海水入侵区地下水多目标优化管理模型

将改进后的遗传算法GA（添加了小生境、Pareto解集过滤器等模块）与变密度地下水流及溶质运移模拟程序SEAWAT-2000相耦合,新开发了变密度地下水多目标模拟优化程序MOSWTGA。将MOSWTGA应用于求解大连周水子地区以控制抽水井所在含水层不发生海水入侵为约束的地下水开采多目标优化管理模型,得到地下水最大开采量与海水入侵面积之间一系列Pareto近似最优解。研究成果不仅为实行合理的地下水资源配置提供了科学的实用模型,同时也为解决多个优化目标下的变密度地下水优化管理问题提供高效可靠的模拟优化工具,具有重要的潜在环境经济效益。     

求解非稳定对流占优水质模型的非标准Galerkin有限元法

在求解非稳定地下水溶质运移模型时,若对流项占优,则模型表现出双曲方程的特性。针对这种特性,采用非标准Galerkin有限元方法进行求解是解决这类问题的有效途径。分别采用Wavelet-Galer-kin有限元方法、迎风有限元方法和特征有限元方法对强对流溶质运移模型进行了求解,并将其结果与标准Galerkin有限元和解析解进行对比。结果表明:标准Galerkin有限元方法会产生强烈的数值振荡;Wavelet-Galerkin有限元方法的时空定位效果好;迎风有限元方法能够有效降低数值振荡现象,但迎风因子对解的影响较大,而且会带来时间延迟;特征有限元方法能够提高解的精度,故可以认为特征有限元方法是求解强对流地下水溶质运移模型的首选方法。     

基于GMS在地下水资源评价与管理中的应用综述

地下水数值模拟软件在地下水资源评价中发挥了重要的作用,而GMS是目前国际上最先进的综合性图形界面软件,可进行水流模拟、溶质运移模拟、反应运移模拟等。简述了地下水模拟模型的发展历程、GMS模拟软件各模块的功能,并综述了GMS软件在地下水资源评价方面的应用现状,最后提出了存在的问题及对地下水数值模拟的发展进行了展望。     

河北省衡水市地质灾害分布特征及其成因分析

自20世纪70年代以来,河北省衡水市相继出现了地面沉降、地裂缝及咸水入侵等地质灾害,给当地人民造成了一定的经济损失。本文对衡水市地面沉降、地裂缝及咸水入侵等灾害的分布特征及危害作了较系统地阐述,分析产生这些灾害的主要原因为超量开采深层地下水。在此基础上,对防治上述地质灾害进一步发展提出了措施建议。     

我国北方主要平原地下水潜力评价

通常用地下水开采系数反映地下水资源潜力,只考虑了地下水的持续开采,使地下水资源评价与开发利用相互脱节,不便于地下水资源的管理与利用。地下水潜力系数是综合了地下水可开采盈余量、咸水、微咸水可利用量以及在水资源利用过程中节水量等,对各平原（盆地）地下水潜力进行了评价。指出了不同地区地下水开发利用方向：西北内陆盆地突出要解决地表水、地下水的相互涵养保护和对生态环境保护的问题,应充分利用水资源相互转化和重复循环的规律,扩大地下水开采量,提高水资源的重复利用率。华北及东北地区应从水资源现状、环境和社会经济的特点出发,综合治理,开源节流,保护环境．合理调整开采方案,应加强浅层微咸水综合开发利用研究。     

浅循环泉简析

泉按照出露原因通常可以分为侵蚀泉、接触泉、溢流泉（溢出泉）和断层泉等。根据泉眼和地下水循环深度（或径流位置）的相对关系,泉可以分为表层泉、浅循环泉和深循环泉。地下水在地下流动(循环)的最深处仍然高于泉口,这类泉称为浅循环泉。浅循环泉出露的位置并不在地形最低处,其补给来源主要是大气降水入渗,地下水受到重力作用自高处往低处流动,在地下径流的途径短、时间短,流量一般不大。浅循环泉通常是常温泉、淡水泉（也有咸泉和盐泉）,多是常年性泉,也有部分是季节性泉或暂时性泉。广西北竂岭北坡泉和云南顺荡井盐泉是典型的浅循环泉。     

Effect of the groundwater contribution, the climatic change, and the human-induced activities on the hydrological behavior of discharge playas: a case study Sidi El Hani discharge playa, Tunisian Sahel

This study is meant to provide an insight into how discharge playas, which are strongly influenced by a regional salty groundwater flow regime, such as the discharge playa of Sidi El Hani, would respond to the climatic variability and to the materials coming from the subsurface of the Sahel area. In order to choose the appropriate method, a special care was given in this paper to different methods of investigation of the groundwater contribution in water and salt budgets of saline systems. The hydrogeological map of the surrounding aquifers proved their convergence toward Sidi El Hani discharge playa. As consequence of the dominance of a salty groundwater contribution, the climate variability may be considered minor. Accordingly, the model proposed by this study showed the dominance of the salty water coming from the hydrogeology at the expense of the fresh water coming from the climatic contribution. Moreover, according to the adopted model, the effect of the human-induced activity on the hydrogeological contribution such as the installation of dams in the Tunisian center and the overexploitation of the phreatic aquifer of Kairouan was judged increasing the convergence of Kairouan aquifer towards Sidi El Hani discharge playa. On the other hand, the consumption of salt reserves from the discharge playa tends to decrease its salinization.     

Origin and extent of fresh groundwater, salty paleowaters and recent saltwater intrusions in Red River flood plain aquifers, Vietnam

A model has been established on the origin and extent of fresh groundwater, salty paleowaters and saltwater from recent seawater intrusions in the Red River flood plain in Vietnam. This was done with geological observations, geophysical borehole logging and transient electromagnetic methods. Salt paleowater is present up to 50–75?km from the coastline, with occurrence controlled by the Holocene transgression. A density-driven leaching of salty porewater has occurred from high-permeability Holocene sediments into underlying Pleistocene deposits, whereas diffusion has dominated in low-permeability layers. In the Pleistocene aquifer, the highest content of dissolved solids is found below two intrinsic valleys with Holocene marine sediments and along the coastline. Recent intrusion of saltwater from the South China Sea is observed in shallow groundwater 35?km inland, probably a result of transport of salty water inland in rivers or leaching of paleowaters from very young near-coast marine sediments. The observed inverted salinity profile, with high saline water overlying fresher groundwater, has been formed due to the global eustatic sea-level changes during the last 8,000–9,000?years. The proposed model may therefore be applicable to other coastal aquifers, with a proper incorporation of the local geological environments.     

大型水源地开采地下水导致的盐分迁移和污染

以河南省新乡市为例,通过分析地下水渗流、水化学和同位素的时空特征,对大型水源地长期开采地下水所导致的溶质迁移进行了研究。研究表明,大型水源地长期集中开采地下水,形成了较大面积和较深的地下水位降落漏斗,改变了地下水自北部山前冲洪积斜地向南部的冲积平原渗流的运动格局,地下水中盐分和污染物随着地下水渗流而迁移,北部污染严重的地下水和南部微咸水都向漏斗区运移。因此,双向迁移的结果,使得水源地附近水质变差,污染程度加重。     

硇洲岛地下水海水入侵的特征分析及治理对策

根据湛江市硇洲岛的水文地质条件和近年来在开采地下水方面出现水质变咸的现象,对海水入侵的特点和地下水资源前景进行了定性分析.认为硇洲岛地下水海水入侵受当地超量开采和区域水文地质条件改变两个因素的共同影响,指出该岛中、深层承压水从此将表现静储量属性(即不可恢复的特性),提出了及早涵养和恢复浅层水,谨慎、合理开采中、深层承压水和调整产业发展规划等防治对策.     

Natural salinity sources in the groundwaters of Jordan—Importance of sustainable aquifer management

In recent years, voices in Jordan became lauder to exploit the fresh to brackish deep groundwater overlain by fresh groundwater bodies. In this article the implications of such a policy on the existing fresh water bodies are worked out through studying the sources of salinity in the different aquifer systems and the potentials of salinity mobilization by artificial changes in the hydrodynamic regimes. It is concluded that extracting the groundwater of deep aquifers overlain by fresh water bodies, whether the deep groundwater is fresh to brackish, brackish or salty, is equivalent to extracting groundwater from the overlying fresh groundwater bodies because of the hydraulic connections of the deep and the shallow aquifers’ groundwaters. The consequences are even more complicated and severe because exploiting the deep groundwater containing brackish or salty water will lead to refilling by fresh groundwater leaking from the overlying aquifers. The leaking water becomes salinized as soon as it enters the pore spaces of the emptied deep aquifer matrix and by mixing with the deep aquifer brackish or saline groundwater. Therefore, the move to exploit the deep groundwater is misleading and damaging the aquifers and is unjust to future generation's rights in the natural wealth of Jordan or any other country with similar aquifers’ set-up. In addition, desalination produces brines with high salinity which cannot easily be discharged in the highlands of Jordan (with only very limited access to the open sea) because they will on the long term percolate down into fresh water aquifers.     

下辽河平原南部明化镇组咸水体赋存条件及分布特征

下辽河平原南部自上世纪七十年代以来陆续开采了上第三系明化镇组深层地下水,开采至今暴露出一系列的问题,如区域地下水头下降较快形成大面积水头降落、局部出现咸水体扩张及淡水咸化问题,严重威胁该地区居民的淡水资源安全.通过对下辽河平原南部上第三系地下水明化镇组含水层咸水体赋存的地质地貌、补迳排条件、动态特征等进行研究,掌握其赋...     

天津市深层淡水井的水质咸化分类——以东丽区为例

第四系第Ⅱ含水组地下水经长期开采,早已完成主固结过程;开采Ⅱ组地下水可使上覆咸水淡化越流,最终加快各类地表水的入渗,多年来在适宜地段大幅恢复Ⅱ组地下水的开采。经调查大部分水井水质恶化非含水层水质变化,绝大多数地区咸水底界没有下移趋势。笔者认为在滨海平原区能使咸、淡水保持数10万年高浓度差的粘土层,具有半透膜特性。由于部分观点与前人研究结果相左,澄清"井水咸化"与地下水咸化污染的区分就显得尤为重要。为此,将多年地下水水质调查资料进行分类,推进咸化污染机理研究推进。