基于MODFLOW模型的河套灌区耕 荒地地下水运移数值模拟与干排盐估算

为探明内蒙古河套灌区节水实施现状条件下耕地与荒地之间水盐运移与转化规律,利用率定后的MODFLOW模型对研究区耕荒地地下水运移情况进行数值模拟,估算耕地向盐荒地的排盐量,分析-耕荒-地水盐平衡情况。结果表明:2019年和2020年耕地地下水运移至盐荒地的水量分别为2.98×10^(4)和3.08×10^(4)m^(3),耕地地下水运移至盐荒地的盐量分别为40.55和41.86 t;研究区没有人工排水系统的情况下,作物生育期内耕地约14.22%的地下水通过干排水方式运移至盐荒地,约38.68%的盐分运移至盐荒地,模拟期内盐荒地和耕地的年均积盐量分别为41.21和65.35 t。该研究结果可为河套灌区节水控盐和土壤盐碱化防治提供理论依据。

Visual Modflow在和田县农业经济新区地下水资源评价中的应用

为全面了解地下水系统受各种激励因素影响后的水动力场和地下水量变化规律,以及为当地地下水资源开发与利用提供科学的指导意见,本次在和田县农业经济新区地下水资源评价中采用可视化标准软件Visnal Modflow实现地下水资源的模拟与预报,通过构建三维非稳定流数值模型,使用迭代方法求解,并根据设计开采量对地下水水位变动做出预测,再基于建模预测结果,结合经济新区地下水资源量确定合理的地下水开采量。

基于MODFLOW的贺江岩溶流域地下水资源评价

运用地下水模拟软件MODFLOW构建了贺江上游岩溶流域的数值模型,在地下河发育部位,采用Drain模块刻画查明的地下河岩溶管道,利用区域地下水监测数据和枯水期地下河实测流量进行模型校正。该模型能较好地反映区域地下水位动态变化及不同类型含水层间水资源的补排关系,以及地下河枯季流量。模拟结果显示,降水量偏少时段,区内地下水处于亏损状态,丰水期获得大气降水补给后逐渐盈余。模拟期内,降水对地下水的补给量为3.54×108 m3,地下水排泄量为3.41×108 m3。区内岩溶含水层的主要补给来源为大气降水,年均贡献率66.0%;其次为花岗岩裂隙水,年均贡献量14.3%;碎屑岩裂隙水对岩溶水的补给贡献量仅为7.9%。花岗岩风化裂隙含水层具有良好的调蓄能力,其在枯水期对岩溶含水层的补给贡献大于大气降水。

Processing Modflow模拟地面沉降中有关参数取值的研究

本文以天津多个群井抽水试验和基坑工程降水为例,结合多年来实际工程的实测数据,利用Processing Modflow模拟软件,将降水条件下地下水三维非稳定渗流数学模型与地面沉降数学模型相耦合,对基坑降水引起的各地层参数进行反演分析并识别和验证数学模型。在此基础上,对有限差分法中有关地面沉降参数,即土体骨架成分的弹性储水率和非弹性储水率的取值做进一步分析,确定了天津市平原区抽降地下水引起的地面沉降中相关参数的取值规律及变化范围。

基于Visual Modflow的拉萨贡嘎机场跑道地下水模拟

机场作为综合运输体系的重要设施,在“十四五”期间,中国民用机场发展已经进入规划建设高峰期。拉萨贡嘎机场拟建跑道位于河漫滩,场区附近辫状河道发育,有地下水位高、地层岩性渗透性强等问题。文章就拟建跑道在常水位工况和百年一遇工况渗流场变化情况及场区渗透变形分析展开了研究,为后续工程建设提供相应参考依据。

Modflow中关键参数取值对矿井涌水量预测的影响研究

针对鄂尔多斯地区矿井开采过程中的涌水问题,以核桃峪井田为研究对象,对区域水文地质条件进行梳理,确定合理的概念模型和边界范围,建立了Visual Modflow数值模型,应用模型的排水沟边界模块,预测响应工作面采掘进度的矿井涌水量变化。并对排水沟水力传导系数C与含水层渗透系数K两个影响因子进行了不确定性分析,确定C的取值对工作面涌水量预测的影响更显著。根据临近的雅店井田两个工作面实际涌水量对C值进行反演,确定研究区域C值范围并代入核桃峪井田工作面预测中。结果表明:工作面涌水量预测值会随着C值取值增大而增大,当C取值约6.5×10^(-5)时,雅店井田工作面涌水量接近实际涌水量。基于该值计算出核桃峪井田各工作面矿井涌水量情况,待5个工作面回采结束后,矿井涌水量总量达到2697.2 m^(3)/h。

基于Visual MODFLOW的天化试剂一厂地下水污染物扩散数值分析

为了给城市污染场地的修复和治理提供依据,以天津市化学试剂一厂地块修复项目为例,利用三维模拟软件Visual MODFLOW建立地下水水流概念模型和溶质迁移模型,对风险管控区内氯乙烯等三种污染物进行20年的运移扩散数值模拟预测,并对其运移过程和分布特征进行分析。结果表明:污染物的运移除了自身的衰减、弥散和吸附等作用外,主要受地下水运动趋势的影响,随着地下水的流向进行扩散,受止水帷幕阻隔的影响,污染物在迁移扩散过程中发生了明显的“绕流现象”。垂直渗透系数较小的相对隔水层对污染晕的垂直扩散阻隔作用明显,浅部含水层中污染物浓度梯度随深度的增加而明显减小。三种污染物浓度均明显低于修复目标控制值。利用Visual MODFLOW建立地下水数值模型,可以预测污染物因子时空分布,定性的分析各种污染物的运移规律。

基于MODFLOW对开曼铝业大坪赤泥库地下水环境影响评价

通过Modflow建立开曼铝业大坪赤泥库周边地区地下水流模型和小尺度溶质运移模型。以铝离子作为预测因子,设定正常工况防渗状况良好和非正常工况发生局部泄漏两种情景进行模拟预测。结果表明:在设定的正常工况下,随着运移距离的增大,污染物浓度逐渐减小,防渗措施能起到较好的防渗作用;在非正常工况下,污染物对地下水质会造成一定影响,但影响面积较小,不会对周边的生产生活用水造成影响。

MODFLOW-CFPv2 模型在岩溶隧道突涌水及对地下水环境影响中的应用: 以云南鹤庆锰矿沟岩溶水系统为例

滇中地区构造复杂、岩溶发育,隧洞突涌水及泉流量衰减是隧洞施工过程中最棘手的问题之一。锰矿沟岩溶水系统岩溶管道化程度高,岩溶裂隙与岩溶管道2种含水介质差异显著。采用MODFLOW-CFPv2双重介质数值模型对锰矿沟岩溶水系统展开数值模拟研究,精细刻画岩溶管道与引水隧洞,进而掌握隧洞施工对地下水流场影响以及泉流量变化的规律。结果表明:(1)MODFLOW-CFPv2模型能够刻画岩溶地区复杂的地质结构,较好地模拟研究区地下水位的动态特征和岩溶泉流量响应特征。(2)在强排工况下隧洞单位长度最大涌水量为164 m^(3)/(d·m),单位长度稳定涌水量为69 m^(3)/(d·m),锰矿沟岩溶泉流量也出现显著下降的趋势,在模拟期内平均泉流量从天然条件下1578 L/s下降至1098 L/s,总体减少了30.4%;峰值泉流量从2133 L/s下降至1375 L/s,减少了35.5%,强排工况施工会对隧洞工程施工和地下水环境造成显著影响;限排工况下隧洞单位长度最大涌水量为39 m^(3)/(d·m),单位长度稳定涌水量为24 m^(3)/(d·m),隧洞单位长度涌水量显著降低,锰矿沟岩溶泉流量的下降趋势也得到了一定程度的改善,模拟期内平均泉流量降低至1284 L/s,减少了18.6%,峰值泉流量降低至1617 L/s,减少了22.1%。采用的MODFLOW-CFPv2双重介质模型具有较精确刻画岩溶区管道、溶洞、裂隙共存的高度非均质岩溶水系统的能力,能够定量评价香炉山隧洞施工对锰矿沟岩溶水系统地下水流场及泉流量的影响,为香炉山隧洞工程的突涌水灾害防治提供参考依据,也为岩溶地区复杂地质条件下地下水研究提供借鉴经验。

MODFLOW地下水流模拟软件在引水工程中的应用

为更好地制定滇中引水工程磨盘山隧洞进口段的降排水方案,文章参考通过MODFLOW模拟软件数值模拟其合理性的南水北调南阳白河倒虹吸施工降排水方案,实施前将该模拟成果应用到磨盘山隧洞进口段的降排水方案设计中,通过现场实践为隧洞施工提供了良好的施工条件并已完成开挖掘进和衬砌施工。可为滇中地区引调水工程建设地下降排水施工提供借鉴和实践参考。

基于Visual MODFLOW的某焦化项目地下水污染物运移规律研究

为研究某焦化项目建设对场区及周边地下水造成的影响,科学合理的保护地下水环境,以该项目为研究对象,在查明评价区水文地质条件的基础上,构建了水文地质概念模型,利用Visual MODFLOW软件建立了研究区地下水数值模拟模型,模拟了不同时段污染物在含水层中的分布特征及迁移规律,根据模拟预测结果,泄漏污染物沿含水层向下游有一定程度的扩散,但各污染晕超标范围并未运移出项目厂界,污染物浓度随时间逐渐降低,影响范围逐渐减小至消失,其下游地下水环境保护目标污染物预测浓度均满足标准要求。研究成果为项目建设地下水环境影响评价和地下水污染防治提供了技术支撑。

基于Visual MODFLOW的红层地区某钛白粉厂地下水污染物运移模拟研究

数值模拟技术是保护地下水环境的有效方法,但实际中获取准确的水文地质参数难度较大,如何准确获取参数成为数值模拟技术应用成败的关键。基于该关键问题,本文以广西某钛白粉厂为例,在查明水文地质特征基础上,应用Visual MODFLOW软件建立地下水流数学模型和溶质运移模型。选取钛白粉厂主要污染物COD、氨氮和氟化物作为预测因子,预测其在地下水中运移情况。结果反映钛白粉厂污水处理车间和污水调节池发生渗漏未对下游地谷岭造成影响。本次模拟的预测结果对该区地下水的保护有着重要意义。

基于Visual MODFLOW的某工业园区地下水污染溶质迁移预测

工业园区作为重要的地下水污染源类型,对开展地下水污染源头防治,保护地下水环境具有重要意义。选取典型工业园区,运用Visual MODFLOW软件,对园区水文地质情况进行刻画,构建园区地下水流模型,通过设置园区污染物泄漏情景,对园区污水渗漏后污染物扩散情况进行模拟,结果表明园区企业管道发生破损后,管道废水通过进入地下水,致使地下水中氨氮和COD超过地下水Ⅲ类质量标准,氨氮最大超标倍数为6倍,COD最大超标倍数为4.3倍,管道废水停止泄漏后,地下水中氨氮和COD浓度逐步降低,泄漏停止750 d后,地下水中氨氮最大浓度下降至1.6 mg/L,COD浓度下降至9 mg/L,泄漏停止3500 d后,地下水中氨氮最大浓度下降至0.6 mg/L,周边地下水氨氮不在出现超标。COD最大浓度下降至3.5 mg/L,影响范围423.1 m^(2),运移距离为15.2 m。

基于VisualMODFLOW的开封某污水处理厂地下水污染物运移模拟研究

污水处理厂作为城市建设、发展所必须的基础设施,承担着城市健康发展的重要责任。但污水处理厂的建设及运行对地下水环境存在潜在的污染风险,因此研究污水处理厂污染物运移规律对地下水环境保护及污水处理厂建设及运行管理据有重要意义。本文以开封某污水处理厂为例,在查明水文地质特征基础上,基于Visual MODFLOW建立了地下水水流模型和溶质运移模型,并在下游厂界及周边敏感元设置敏感点,对污水处理厂耗氧量(CODMn法,以O2计)及氨氮两类污染物在非正常工况下渗漏后的运移扩散情况进行预测分析。研究结果表明:初沉池短暂泄露90天后采取应急措施切断污染物源,两类污染物在100天时浓度峰值分别为4.5mg/L、1.2mg/L,均超出《地下水质量标准》(GB/T14848-2017)Ⅲ类标准限值。随时间推移,形成的污染浓度中心向东南方向运移,两类污染物分别在1000天及5年后浓度峰值低于标准限值。在模拟期内,两类污染浓度中心及超标范围均未超出厂界,未对下游及周边敏感源产生影响。本次模拟研究结果对该地区污水处理厂污建设及管理提供科学依据,对该地区地下水保护有着重要意义。

基于Visual Modflow的尾矿库三维渗流模拟分析

尾矿库的渗流稳定性是影响其安全的重要因素之一,合理的三维渗流分析模型对尾矿库安全分析具有重要意义。本文结合新疆某尾矿库项目,利用Visual Modflow软件建立尾矿库三维渗流模型,分析其在各工况下的浸润线分布规律和渗透变形型式,并根据极限平衡原理给出了尾矿坝的安全系数,提出了后期水位监测的建议。

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SWAT-MODFLOW地表-地下水耦合模型的结构与应用研究

为了利用Seonggyu Park和Ryan T.Bailey的SWAT-MODFLOW耦合程序实现地表、地下不同范围模型耦合,同时探究耦合程序输出的以SWAT计算的地下水补给量和以MODFLOW网格计算的补给量之间的差异,以及耦合程序在有关地表地下水研究上的优势。本文以该耦合程序示例模型美国佐治亚州南部小河流域(LRW)为例,选取模型中SWAT划分的104号子流域为边界,用GMS10.4建立地下水流模型,最后将地下水流模型和原SWAT模型进行耦合。研究结果表明:(1)耦合程序能实现以地表分水岭自然边界为范围的SWAT模型与以子流域为边界的小范围MODFLOW模型的耦合,但由于地下水流模型网格边界和子流域边界不能完全匹配,导致MODFLOW以网格计算的地下水降雨补给量和SWAT统计的地下水降雨补给量存在差异,误差随网格变小而变小;(2)耦合后各均衡项发生了变化,河道对地下水的总补给量变为耦合前的15.25%,地下水向河道的总排泄量比耦合前多19.29%,总降雨补给比耦合前多17.07%,总蒸发量是耦合前的3.08倍。经过研究发现耦合模型能更准确的模拟地表地下水文过程,反映降水与地下水、地表水与地下水转化关系。

基于MODFLOW-CFP的贵州大井流域岩溶地下水数值模拟

贵州大井流域岩溶分布广泛,岩溶水是当地人民生产和生活的主要来源。由于对岩溶水资源的不合理开发利用,水资源短缺现象经常发生。大井流域水文地质条件复杂,管道-多孔介质双重介质特征明显。文章采用MODFLOW-CFP耦合模型对大井流域展开数值模拟,进而掌握大井流域地下水运动规律、准确评价岩溶水资源,促进其合理开发利用。结果表明:大井流域管道与多孔介质交换量为6 719.1 m^(3)·a^(-1),主要集中在上游和中游;总补给水量为10 977.3×10^(4)m^(3)·a^(-1),补给模数为133.495m^(3)·km^(-2)·a^(-1),其中降雨汇入量和降雨入渗量占总补给量的81.35%,而总排泄量为10 813.47×10^(4)m^(3)·a^(-1),主要在地下河出口排泄。

MODFLOW岩溶暗河及出口的概化与模拟效果

在MODFLOW的三维渗流模拟程序集中,Conduit Flow Process(CFP)模块已被广泛用于模拟岩溶含水层中的管道流,是岩溶地下水流模拟的重要工具。使用CFP模块概化暗河管道时,暗河出口的概化有2种方案:将暗河出口设置在管道模型中(FH方案)或等效多孔介质中(Dr方案),其模拟效果有待评价。以重庆缙云山姜家龙洞暗河为例,建立了考虑管道流的地下水流数值模型,分别使用2种方案概化了暗河出口,对比分析了稳定流和非稳定流的模拟结果。结果表明:以排水沟(Drain)模块概化暗河出口的Dr方案,暗河管道的上游段排泄地下水,下游段反而补给含水层,最终在排水沟单元排泄,而定水头(Fix Head)概化的FH方案则准确模拟了暗河全段汇集地下水并在出口排泄出含水层的实际情况。进一步的水均衡分析揭示了模拟差异产生的原理。在模拟岩溶区地下水向暗河管道汇集的水文过程时,如果使用CFP概化管道,则宜配合使用CFP中的定水头边界概化暗河出口。

基于Visual MODFLOW地下水数值模拟的水源地保护研究

明确地下水运移条件是城市地下水水源地保护的基础。为确保沈阳市某地下水源地的可持续开发,依据沈阳市某地下水水源地的水文地质条件,构建了研究区水文地质概念模型和地下水数值模型,采用Visual MODFLOW软件对模型进行求解,并基于大量监测井水位数据对模型进行参数的识别和验证。依据校正后的数值模型分析了水源地运营后地下水漏斗的范围及水位降深,并对水源地停采后水位恢复状况进行了模拟预报。结果表明:通过模型计算可知,研究区水源地地下水含水层总补给量为62230 m^(3)/d,总排泄量为63400 m^(3)/d,均衡差为-1170 m^(3)/d,多年地下水动态呈负均衡状态;通过对研究区水源地开采2 a、5 a、10 a后承压水状态进行预测,地下水水位分别平均下降6 m、8 m、9 m,形成中心漏斗区,面积分别为54.56 km^(2)、65.04 km^(2)、65.80 km^(2),开采初期降落漏斗急剧扩张,然后速度逐渐放缓;研究区水源地承压含水层开采对周围流场产生了一定的影响,但这种影响主要在开采期较为明显,停抽1 a后漏斗区逐渐恢复,为了水源地的可持续利用及保护,建议严格控制开采量,加强地下水的监测与管理。预测结果可以为水源地保护提供技术支撑。