水文地質(zhì)概念模型

1、把含水層實際的邊界性質(zhì)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、滲透性能、水力特征和補給排泄等條件概化為便于進(jìn)行數(shù)學(xué)與物理模擬的基本模式。（ 1）透水邊界Permeable boundary滲透性良好的含水層邊界。（ 2）隔水邊界Confing boundary滲透性極差的含水層邊界，即法向方向水力梯度（或流量）等于零的邊 界。（ 3）弱透水邊界Weakly-permeable boundary能通過一定流量的滲透性較弱的含水層邊界。（ 4）已知水位邊界（一類邊界）Boundary of known water level 已知外節(jié)點水位值的邊界。（ 5）已知流量邊界（二類邊界）Boundary of known flow

2、已知地下水流入或流出量的邊界。（ 6）混合邊界（三類邊界）Mixed boundary由已知水位和已知流量邊界共同組成的計算滲流場的邊界。（ 7）定水頭邊界Boundary of fixed water level水位數(shù)值不變的已知水位邊界。（ 8）定流量邊界Boundary of fixed flow流量數(shù)值不變的已知流量邊界。1 目的與任務(wù)（ 1）充分收集研究區(qū)以往各類地質(zhì)、水文地質(zhì)、地形地貌、氣象、水文、 鉆孔、水資源開發(fā)利用等資料，進(jìn)行系統(tǒng)的分析與研究，明確研究區(qū)的水文地 質(zhì)條件；（ 2）對研究區(qū)水文地質(zhì)條件進(jìn)行合理的概化，使概化模型達(dá)到即反映水文 地質(zhì)條件的實際情況，又能用先進(jìn)的工具

3、進(jìn)行計算的目的，并最終提交概化的框圖、平面圖、剖面圖及其文字說明。2 .模型概化原則（ 1）實用性地下水流模擬是一實用性很強的技術(shù)，解決現(xiàn)實問題是它的根本目的。因此，建立的水文地質(zhì)概念模型須與一定時期的科學(xué)技術(shù)水平以及研究區(qū)的水文地質(zhì)調(diào)查研究程度相適應(yīng)，能用于解決社會、經(jīng)濟發(fā)展中所面臨的地下水模擬 與管理問題。（ 2）完整性概念模型必須盡可能真實全面地反映實體系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與動態(tài)特征，專業(yè)人員既要到現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查，又要廣泛收集有關(guān)的各種信息，必要時還要補充部分現(xiàn)場調(diào)查（包括觀測、試驗等）工作，詳細(xì)分析系統(tǒng)的輸入、輸出、狀態(tài)演變、功能作用以及它與周圍環(huán)境的相互作用關(guān)系等，以達(dá)到對于真實系統(tǒng)全 面深

4、入的掌握，保證模型在理論上的完整性，提高地下水流系統(tǒng)模擬的精度。（ 3）處理好簡單與精度的矛盾一味追求簡單，要以犧牲精度為代價；一味追求精度，將導(dǎo)致模型復(fù)雜 化，花費更多的時間和經(jīng)費；要根據(jù)需要將二者協(xié)調(diào)好。3 .模型概化步驟（ 1）確定研究范圍模型研究區(qū)應(yīng)盡可能地選擇研究程度較高的地區(qū)，選擇天然地下水系統(tǒng)，盡量避免人為邊界。（ 3）邊界概化根據(jù)含水層、隔水層的分布、地質(zhì)構(gòu)造和邊界上地下水流特征、地下水與地表水的水力聯(lián)系，將計算區(qū)邊界概化為給定地下水水位（水頭）的一類邊 界、給定側(cè)向徑流量的二類邊界和給定地下水側(cè)向流量與水位關(guān)系的三類邊 界。（ 4）內(nèi)部結(jié)構(gòu)概化對研究區(qū)含水層組、含水介質(zhì)、地下

5、水運動狀態(tài)以及水文地質(zhì)參數(shù)的時空 分布進(jìn)行概化。（ 5）完成模型概化圖根據(jù)模型概化結(jié)果，繪制模型概化平面圖與模型概化剖面圖。4 .資料準(zhǔn)備水文地質(zhì)基礎(chǔ)條件是概念模型的基礎(chǔ)。在建立概念模型之前，必須認(rèn)真收集、整理和分析已有的水文地質(zhì)資料，確定模擬的目的層，進(jìn)而勾畫出地下水 實體系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與邊界條件，然后才開始對實體系統(tǒng)進(jìn)行概化。5 .邊界條件的概化（ 1）計算區(qū)邊界計算區(qū)應(yīng)盡可能以自然邊界為計算邊界，最好是以完整的水文地質(zhì)單元作為計算區(qū)。在計算區(qū)僅為水文地質(zhì)單元一部分的情況下，應(yīng)注意處理好水文地 質(zhì)單元內(nèi)水資源的分配以及計算區(qū)邊界上的水量交換問題，能全面反映地下水 系統(tǒng)整體與局部、局部與局部

6、、系統(tǒng)與環(huán)境的對應(yīng)關(guān)系。（ 2）地表水體a. 已知水頭邊界地表水與含水層有密切的水力聯(lián)系，經(jīng)動態(tài)觀測證明有統(tǒng)一水位，地表水對含水層有無限的補給能力，降落漏斗不可能超越此邊界線時，地表水體就可以確定為定水頭補給邊界；如果只是季節(jié)性的河流，只能在有水期間定為定水頭邊界；如果只有某段河水與地下水有密切水力聯(lián)系，則只將這一段確定為定水頭邊界。b. 已知流量邊界地表水與地下水沒有密切水力聯(lián)系或河床滲透阻力較大時，僅僅是垂直入滲補給地下水，則應(yīng)作為二類定流量補給邊界。c.斷層接觸邊界c1 隔水邊界如果斷層本身不透水，或斷層的另一盤是隔水層，則構(gòu)成隔水邊界。c2 流量邊界如果斷裂帶本身是導(dǎo)水的，計算區(qū)內(nèi)為富

7、含水層，區(qū)外為弱含水層時，則形成流量邊界。c3 已知水頭邊界如果斷裂帶本身是導(dǎo)水的，計算區(qū)內(nèi)為導(dǎo)水性較弱的含水層，而區(qū)外為強導(dǎo)水的含水層時（這種情況，供水中少有，多出現(xiàn)在礦床疏干時），則可以定 為定水頭補給邊界。d 巖體或巖層接觸邊界巖體或巖層接觸邊界，一般多屬于隔水邊界或流量邊界。凡是流量邊界，應(yīng)測得邊界處巖石的導(dǎo)水系數(shù)及邊界內(nèi)外的水頭差，算出水力坡度，計算出補給量或流出量。e 地下水的天然分水嶺地下水的天然分水嶺，可以作為隔水邊界，但應(yīng)考慮開采后是否會導(dǎo)致位 置的a.含水層組根據(jù)含水層組類型、結(jié)構(gòu)、巖性等，確定層組的均質(zhì)或非均質(zhì)、各向同性或各向異性，確定層組水流為穩(wěn)定流或非穩(wěn)定流、潛水或承

8、壓水。既存在越流又存在弱層釋水的地區(qū)，要建立考慮弱透水層水運動的弱透水層模型。一個區(qū)域含水層組可以概化成為一個單層模型，也可概化為一個含水層 弱透水層組越流模型，或概化為多個含水層 弱透水層組構(gòu)成的多層模型。b.含水介質(zhì)b1 含水介質(zhì)條件（ 1）確定含水層類型，查明含水層在空間的分布形狀。對承壓水，可用頂?shù)装宓戎稻€圖或含水層等厚度圖來表示；對潛水，則可用底板標(biāo)高等值線圖來表示；（ 2）查明含水層的導(dǎo)水性、儲水性及主滲透方向的變化規(guī)律，用導(dǎo)水系數(shù)T儲水系數(shù)出（或給水度PL）進(jìn)行概化的均質(zhì)分區(qū)，只要滲透性不大的地段，就可相對視 為均質(zhì)區(qū)；（ 3）查明計算含水層與相鄰含水層、隔水層的接觸關(guān)系，是否有

9、“天窗 ”、斷層等溝通。如果為了取得某些詳細(xì)準(zhǔn)確的參數(shù)，需布置大量勘探、試驗工作 而要花費昂貴的代價時，可考慮先有一個控制數(shù)值，再在識別模型時反求該參 數(shù)。b2 含水介質(zhì)概化b2-1 孔隙含水介質(zhì)（ 1）均質(zhì)、非均質(zhì)如果在滲流場中，所有點都具有相同的滲透系數(shù)，則概化為均質(zhì)含水層，否則概化為非均質(zhì)的；自然界中絕對均質(zhì)的巖層是沒有的，均質(zhì)與非均質(zhì)是相對的，視具體的研究目標(biāo)而定。（ 2）各向同性、各向異性根據(jù)含水層透水性能和滲流方向的關(guān)系，可以概化為各向同性和各向異性二類。如果滲流場中某一點的滲透系數(shù)不取決于方向，即不管滲流方向如何都具有相同的滲透系數(shù)，則介質(zhì)是各向同性的，否則是各向異性的。b2-2

10、 裂隙、巖溶含水介質(zhì)裂隙、巖溶含水介質(zhì)的概化要視具體情況而定。在局部溶洞發(fā)育處，巖溶水運動一般為非達(dá)西流（即非線性流和紊流），但在大區(qū)域上，北方巖溶水運動近似地滿足達(dá)西定律，含水介質(zhì)可概化為非均質(zhì)、各向異性的連續(xù)介質(zhì)。b3 地下水運動狀態(tài)b3-1 層流、紊流一般情況下，在松散含水層及發(fā)育較均勻的裂隙、巖溶含水層中的地下水運動，大都是層流，符合達(dá)西定律只有在極少數(shù)大溶洞和寬裂隙中的地下水流，才不符合達(dá)西定律，呈紊流。b3-2 平面流和三維流在開采狀態(tài)下，地下水運動存在著三維流，特別是在區(qū)域降落漏斗附近及大降深的井附近，三維流更明顯，故應(yīng)用地下水三維流模型。若三維流場的水位資料難以取得，可將三維流

11、問題按二維流處理，但應(yīng)考慮所引起的計算誤差是否能滿足水文地質(zhì)計算的要求。b4 水文地質(zhì)參數(shù)b4-2 空間概化對于參數(shù)的空間分布規(guī)律，常采用離散化的參數(shù)概化方法（即參數(shù)分區(qū)或參數(shù)化）來確定。參數(shù)分區(qū)的依據(jù)如下：（ 1）計算區(qū)單孔抽水試驗資料的計算結(jié)果，包括滲透系數(shù)、儲水系數(shù)、給 水度及單位涌水量；（ 2）含水層分布規(guī)律，即埋深、厚度和巖性組合特征；（ 3）地下水天然流場、人工干擾流場、水化學(xué)場和溫度場；（ 4）構(gòu)造條件及巖溶發(fā)育規(guī)律（限于巖溶含水層）。7 .源匯項7.1 含水層垂向量作為模型的源或匯，一般可直接量化，也可處理成（垂向 量與水位的關(guān)系）子模型連接的方式。要根據(jù)實際水文地質(zhì)條件，決定具體量 化和處理方式。7.2 潛水蒸發(fā)強度隨潛水位埋深而產(chǎn)生變化時，可建立受潛水極限蒸發(fā)埋深 約束的潛水蒸發(fā)子模型。存在間歇性的河流、以及由于開采促使地表水體與含水層間的水量交換發(fā)生明顯改變時，應(yīng)考慮建立地表水入滲子模型。8 .表達(dá)方式8.1 平面圖（ 1）研究區(qū)基本情況：包括模型研究范圍、主要居民點以及標(biāo)志性的地形、地貌等；（ 2）水文地質(zhì)控制點：包括地表河流、湖泊、開采井以及地下水的天然露頭等；（ 3）