基岩岛屿地下水流场数值模拟研究

岛屿是我国领土的重要组成部分,对国家安全和国防军事意义非凡。岛屿的地下水资源尤为珍贵,地下水流场模拟是研究地下水分布规律的重要手段。水文地质条件复杂、可利用的观测井较少等原因,造成了基岩岛屿水文地质模型概化精度不高、初始条件难以获取等问题。为克服基岩岛屿地下水流场模拟的诸多困难,将珠海外伶仃岛作为研究区,利用数字高程模型数据开展地质地貌建模;利用探地雷达法、直流电法与地质分析对岛屿进行探测,获取了地层数据;采用地下水遥感评估法,利用实测井位数据,确定了地下水的初始水位,进而对基岩岛屿地下水流场进行建模;最终,通过对外伶仃岛地下水流场的数值模拟得出地下水模拟流场图。岛上多个测点的探测水位值与模拟水位相关性较好,其拟合优度R 2为0.8722。由此可见,综合遥感、物探、水文地质手段等技术方法获取的数据,采用地下水模拟软件或程序实现基岩岛屿地下水流场的数值模拟,是基岩岛屿地下水资源研究的一个有效方法。

基岩岛屿地下水数值模拟发展研究现状

基岩岛屿占我国岛屿的90%以上,且岛屿上的淡水资源十分珍贵。目前,岛屿上的供水(船运、雨水收集、海水淡化等)存在成本高、设备易坏等缺点。因此,岛屿的地下水资源无疑是优质、可靠、稳定的供水源。为了更好地开发基岩岛屿地下水资源,认为针对基岩岛屿地下水模拟,从地下水理论、地下水模拟的国内外研究现状和模拟模型等方面进行了综述。总结认为:基岩岛屿的地下水多以“淡水蘑菇体”的形式储存,有别于沙质岛屿;模拟模型应概化为横向各项同性的达西流或非达西流,或二者的耦合模型,并归纳了相应的地下水流运动方程;基岩岛屿地下水模拟模型应分为孔隙型、裂隙型和孔隙-裂隙型3种类型;在岛屿边界设定上,基岩海岸应设为隔水边界,沙质海岸应设为定水头边界。综述研究认为:基岩岛屿地下水模拟模型应尽可能精细、完整、精准地刻画基岩岛屿的地质地貌,设置完整的岛屿补径排项;模拟时,应准确对应基岩岛屿的地下水类型,选准模拟方法与模拟软件;模型验证工作也是十分重要,需多次与岛屿水量均衡,且与实测水量和水位作对照,不断地修善模型。以上综述成果为我国今后开展基岩岛屿地下水数据模拟提供了理论依据。