地下水数值法 MODFLOW关键概念性问题

地下水数值法应用问题杜新强吉林大学环境与资源学院,2008年9月 MODFLOW关键概念性问题 地下水三维数值模拟中初始水位问题 坝区渗流问题解决方法 基坑降水 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的数值模拟 数值模拟中应注意的一些问题 讨论 作业主要内容第一部分MODFLOW关键概念性问题1、三维流与准三维流问题1、三维流与准三维流问题建模目的：（1）研究粘土层储水量变化；（2）研究地下水在粘土层中的具体流向1、三维流与准三维流问题前提条件：粘土层释水量可以忽略，水量来自砂岩，则地下水在砂岩中的流动基本上是水平的，在粘土层中的流动基本上是垂直的。2、水力传导系数与渗透系数水力传导系数等于渗透系数和横断面积的乘积除以计算单元间距。令：水力传导系数则：3、模型边界问题MODFLOW规定：一个模型的六个侧面边界均为不透水边界。所模拟的水文地质体系与外界的水力联系通过定水头边界、井、降水及蒸发体现。3.1、河流概化假定：（1）水头损失仅产生于底积层；（2）地下水位不会低于底积层底面3.1、河流3.1河流当含水层水头低于底积层底面时，则水量交换不再依赖地下水位。3.1、河流3.2、RECHARGE3.3、DRAIN3.3、DRAIN3.4、蒸发蒸腾3.5、通用水头边界地下水三维数值模拟初始水位问题第二部分 地下水三维数值模拟技术推广应用的挑战 弱透水层初始水位对三维模拟结果的影响 三种弱透水层初始水位赋值方法对比 结论与建议主要内容地下水三维数值模拟技术的重要意义（1）科学发展的趋势二维模型——准三维模型——三维模型(MODFlow,GMS,FeFlow等)（2）生产实践的需求水库坝区渗流模拟、地面沉降过程模拟、复杂含水层水流模拟（3）三维模拟的优势克服了对于垂向水流过程考虑不完全的缺点解决了潜水顶面边界随大气降水改变的问题考虑了河流对含水层完全或不完全切割的影响含水层界面之间的三维处理更加真实地反映了当地的水文地质情况地下水三维数值模拟技术在应用中的挑战 弱透水层初始水位资料缺乏没有供水价值，没有观测资料，无法给定区域性弱透水层的初始流场。研究程度很低根源：没有验证资料，研究难度大，关注程度低。表现：几乎没有直接研究该问题的参考文献；几乎所有地下水三维数值模拟的文献中，都对弱透水层初始水位问题采取了回避。影响：三维非稳定地下水流的数值模拟结果的可靠性。弱透水层初始水位对三维模拟结果的影响程度评价（1）水文地质概念模型计算区范围：面积为4767.5km2。含水层结构概化：潜水含水层：第四系哈尔滨组弱透水层：第四系荒山组粘性土层承压含水层：白土山组、泰康组含水层含水层介质：非均质各向同性水流特征：符合达西定律的三维非稳定流边界条件概化：顶部为潜水面边界，底部为隔水边界；潜水含水层侧向边界全部为一类边界；承压含水层东部边界为隔水边界，其余边界为一类边界弱透水层初始水位对三维模拟结果的影响程度评价（2）数学模型式中：h—地下水位标高（m）；K为渗透系数（m/d）；S－自由水面以下含水层储水率（1/m）；U－潜水含水层重力给水度；ε－含水层源汇项（m/d）；P－潜水面蒸发及降水入渗量（m/d）；（3）模型求解采用VisualMODFlow软件求解，剖分的计算单元面积约0.5km2，模型识别时段为2001-1-25到2002-1-25；模型验证时段为2004-1-1到2004-12-31弱透水层初始水位对三维模拟结果的影响程度评价弱透水层初始水位对三维模拟结果的影响程度评价 本次研究改变原有模型中弱透水层初始水位后进行非稳定流模拟。从模拟结果中的越流量和水位两方面，对比讨论不同的弱透水层初始水位对地下水流三维模拟结果的影响。其中弱透水层水位变化值分别为在原有值基础上进行一定幅度的整体调整：-0.5m、-1m、-1.5m、-2m、-3m、-5m、-10m、-20m、-35m；+0.5m、+1m、+1.5m、+2m、+3m、+5m、+10m、+20m、+35m。弱透水层初始水位的对模拟结果中越流量的影响弱透水层水位主要影响上、下含水层之间的水量交换量，也就是越流量。 从区域角度上看，当与弱透水层相邻的上、下含水层的水位变化不大时，越流量也应相对稳定。 因为弱透水层储水和释水能力很差，因此，模拟结果中潜水向弱透水层的排泄量应与弱透水层向承压水的排汇量大体相等弱透水层初始水位的对模拟结果中越流量的影响 从运行结果来看，各不同弱透水层初始水位模拟结果中的潜水越流量及承压水越流量值相差均较大，尤其在模拟初始时段。 随着模拟时间延长，各模型结果中所得的潜水越流量及承压水越流量趋于稳定，并趋于相等。潜水越流量－时间变化曲线承压水越流量－时间变化曲线弱透水层初始水位的对模拟结果中越流量的影响 当水位变化值为-35m时，年潜水越流量与年承压水越流量的差值可占2004年开采量的11.754% 当水位变化值为+35m时，年潜水越流量与年承压水越流量的差值可占2004年开采量的11.174%。 可见，对弱透水层水位的随意赋值将严重影响三维模拟结果的可靠性。 水位变化值（m) 年潜水越流补给量（m3） 年承压水越流排泄量（m3) 差值(m3) 占年开采量百分比（%） 2000年 2001年 2004年 -0.5 93594123.64 92871696.41 722427.227 0.3081 0.3482 0.4547 -1 93793199.40 92810210.38 982989.036 0.4193 0.4738 0.6187 -1.5 93990756.27 92748944.23 1241812.042 0.5297 0.5986 0.7816 -2 94190584.84 92687650.31 1502934.527 0.6411 0.7244 0.9459 -3 94588611.94 92565331.96 2023279.975 0.8630 0.9752 1.2734 -5 95382718.32 92319610.09 3063108.235 1.3065 1.4764 1.9278 -10 97270546.48 91705404.11 5565142.365 2.3737 2.6824 3.5026 -20 101347099.9 90477071.25 10870028.66 4.6365 5.2394 6.8413 -35 107309826.5 88634547.80 18675278.68 7.9657 9.0016 11.754 0.5 93196434.19 92995485.00 200949.190 0.0857 0.0969 0.1265 1 69006040.14 65322188.63 3683851.513 1.5713 1.7756 2.3185 1.5 63934806.44 65444855.00 -1510048.57 0.6441 0.7279 0.9504 2 92599757.24 93178845.00 -579087.76 0.2470 0.2791 0.3645 3 92202298.16 93302245.00 -1099946.85 0.4692 0.5302 0.6923 5 91407124.57 93547685.00 -2140560.43 0.9130 1.0318 1.3472 10 89418950.30 94161805.00 -4742854.71 2.0230 2.2861 2.9850 20 85443039.80 95390055.00 -9947015.20 4.2428 4.7945 6.2604 35 79479660.80 97233940.00 -17754279.2 7.5729 8.5576 11.174弱透水层初始水位的对模拟结果中水位的影响 各观测孔的模拟水位在不同弱透水层初始水位条件下，同一个观测孔的计算水位有较大的变化。8820观测孔9407观测孔弱透水层初始水位的对模拟结果的影响弱透水层初始水位对数值模拟的结果有直接的影响，在实际计算的过程中，必须选择适当方法确定合理的弱透水层初始水位。三种弱透水层初始水位确定方法的比较 目前国内外对于地下水流三维数值模拟中弱透水层初始水位的确定方法研究较少，经整理目前主要有以下三种弱透水层初始水位的确定方法：（1）方法一：用上层潜水含水层初始水位值或者下层承压含水层的初始水位值作为弱透水层的初始水位赋值。这种方法使弱透水层水位与相邻含水层水位一致，虽然与实际水位相比会有一定的误差，但却可在一定程度上避免随意赋值的不确定性。三种弱透水层初始水位确定方法的比较（2）方法二：以取上层潜水的初始水位值和下层承压水的初始水位值的简单算术平均值为弱透水层的初始水位赋值。实际上弱透水层水位应该在潜水位与承压水位之间，此种赋值方法可以保证这一点，从而将误差控制在相对较小的水平。当承压含水层水位较低时，按上述方法推导出的弱透水层地下水位，可能使弱透水层中出现非饱和带。三种弱透水层初始水位确定方法的比较（3）方法三：先进行稳定流数值模拟然后将稳定流模拟中的水位结果作为非稳定流模拟的初始水位。这种方法的出发点是：认为弱透水层的水位是整个含水系统在长时期内形成的并与其它含水层地下水位具有相对稳定关系的一种水头分布。三种弱透水层初始水位确定方法的比较 通过对三种赋值方法的模拟结果中越流量的对比，发现三种方法都可将越流量的误差控制在一定范围内。 从年越流量统计结果看，采用方法2和方法3时，潜水越流量和承压水越流量更为接近，因此认为这两种方法的模拟结果更为合理。结论与建议结论（1）弱透水层水位对三维非稳定流数值模拟结果具有较大影响，且影响主要集中在模型运行的初期；也就是说，如果模拟时段越短，则弱透水层初始水位对计算结果的影响就越大（2）采用数值模型的稳定流模拟结果或采用相邻含水层水位平均值方法为弱透水层赋水位初值，可在一定程度上控制计算结果的不确定性。建议该研究结果还只是个案 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ，结论很可能受到具体研究区实际条件的影响，因此，应在此研究结果基础上，从地下水动力学角度，进一步深入研究该问题。水库坝区三维渗流及渗控优化研究汇报内容一、研究意义及研究内容二、磨盘山水库工程概况三、工程地质及水文地质条件四、坝基土的渗透稳定性研究五、渗流场三维渗流数值模拟模型六、渗控设计方案的优化研究研究思路一、研究意义及研究内容水库坝区三维渗流及渗控优化研究二磨盘山水库工程概况1工程任务2工程规模3枢纽工程布置及设计二、磨盘山水库工程概况磨盘山水库地理位置图五常二、磨盘山水库工程概况工程任务（1）城镇供水(3.37×108m3/a)（2）下游防洪（3）农田灌溉（4）下游环境用水枢纽工程布置图二、磨盘山水库工程概况河谷段粘土心墙堆石坝 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 剖面图二、磨盘山水库工程概况三、工程地质及水文地质条件坝轴线工程地质剖面图三、工程地质及水文地质条件坝轴线渗透性分区剖面图三、工程地质及水文地质条件坝址区水文地质剖面图三、工程地质及水文地质条件坝基渗漏量计算成果表水库坝区三维渗流及渗控优化研究四坝基土的渗透稳定性研究1渗透破坏的基本理论2渗透破坏类型的判别3抗渗比降及允许比降的确定四、坝基土的渗透稳定性研究渗透破坏类型①流土②管涌③接触流土④接触冲刷四、坝基土的渗透稳定性研究渗透破坏发生机制主动力—水动力条件决定因素—土的渗透结构四、坝基土的渗透稳定性研究渗透破坏类型判别框图四、坝基土的渗透稳定性研究坝基土渗透破坏类型判别四、坝基土的渗透稳定性研究坝基土抗渗比降计算结果表水库坝区三维渗流及渗控优化研究五渗流场三维渗流数值模拟模型1坝区三维渗流概念模型2数学模型及求解3模型 参数 转速和进给参数表a氧化沟运行参数高温蒸汽处理医疗废物pid参数自整定算法口腔医院集中消毒供应 的给定五、渗流场三维渗流数值模拟模型概念模型立体边界条件概化渗透介质结构概化渗流特征概化五、渗流场三维渗流数值模拟模型计算区平面剖分图109行122列13298个网格五、渗流场三维渗流数值模拟模型计算区横纵剖面剖分图注：109行、122列、14层、186172个单元五、渗流场三维渗流数值模拟模型模型参数值表水库坝区三维渗流及渗控优化研究六渗控设计方案的优化研究1渗控计算方案组合2渗流场特征及防渗效果分析3渗透系数的敏感性分析4最优渗控设计方案的确定六、渗控设计方案的优化研究渗控设计剖面图六、渗控设计方案的优化研究渗控计算方案组合表六、渗控设计方案的优化研究渗流场平面等势线图六、渗控设计方案的优化研究渗流场平面等势线图六、渗控设计方案的优化研究渗流场剖面等势线图六、渗控设计方案的优化研究渗流场剖面等势线图六、渗控设计方案的优化研究各渗控计算方案计算结果统计表六、渗控设计方案的优化研究防渗长度与渗漏量关系图六、渗控设计方案的优化研究防渗长度与最大渗透比降关系图六、渗控设计方案的优化研究防渗长度与下游出口最大水平比降关系图六、渗控设计方案的优化研究防渗长度与下游出口最大垂直比降关系图六、渗控设计方案的优化研究渗透系数敏感性分析方案表六、渗控设计方案的优化研究最优渗控设计方案确定原则合理控制渗漏量保证渗透稳定减少工程投资施工技术可行、工期短六、渗控设计方案的优化研究各渗控计算方案计算结果统计表允许渗漏量为3800m3/d允许比降为0.1六、渗控设计方案的优化研究最优渗控设计方案基岩帷幕灌浆标准5Lu左岸砼防渗长度200米水库坝区三维渗流及渗控优化研究建议本次三维渗流数值模拟计算的模型参数系采用野外试验实测值及设计值，未按三维渗流数值模拟的技术要求进行模型的校正和检验。为了检验模型的正确性及参数的可靠性，建议在水库建成后，应加强对坝区渗流场的动态监测工作，并利用监测资料进一步修正所建立的三维渗流模型，以保证模型运行的正确性和可靠性，更好地指导大坝的安全管理工作。研究区剖分问题模型选择问题二维模拟较为成熟：GMS----SEEP2D、FEFLOW三维模型较少：SEEP3D、（河海大学等单位有些自行开发的软件）采用常规软件进行三维模拟尚存在一定问题，应谨慎使用：（1）出逸面边界条件的设定；（2）饱和－非饱和流耦合；（3）应力－水流耦合等。第四部分基坑降水方案模拟沈阳远吉大厦基坑降水方案模拟场区位于辽宁省沈阳市和平区，地形平坦，地层概况：杂填土：厚度0.9~2.9m粉质粘土：厚度0.3~2.4m中砂：厚度0.2~1.8m粗砂：厚度2.6~4.3m圆砾：厚度9.7~11.0m粉质粘土：厚度1.6~2.9m中砂：厚度0.6~2.0m粗砂：厚度5.3~7.0m粉质粘土：厚度>5m地下水水位埋深7.7m，基坑面积为841平方米，开挖深度为9.5 m。要求基坑中心水位降至基坑底面以下0.5m，水位降低值为2.3m。要求施工期在3天以内。方案一：利用两眼井，对称布井。方案二：利用四眼井，对称布井。方案三：利用六眼井，对称布井。（1）计算层的概化：把地层划分为四层。（2）含水层非均质各向同性。（3）地下水流概化为符合达西定律的三维非稳定流。（4）边界条件概化：含水层底板为粘土层，定为隔水边界；计算区侧向边界扩展到大于2倍影响半径以外，均为定水头边界，水头值与该处天然流场的水位一致。（5）源汇项：由于施工时间短，略去降水入渗、蒸发，区内无其他开采地下水的情况。水文地质概念模型方案一（两眼井抽水方案）抽水1天后等水位线图抽水2天后达到稳定抽水4天后满足降水要求抽水5天后达到稳定方案二（四眼井抽水方案）方案三（六眼井抽水方案）抽水2天后满足工程要求抽水8天后达到稳定优、缺点技术要点1、边界条件确定2、参数获取3、抽水量的确定优点实现非稳定流计算，直观、方便不足流场与应力耦合问题不易解决1、人工开采方案中单井涌水量的确定问题（相对容易）；2、人工回灌方案中单井注水量或入渗量的给定问题（比较困难，最好有试验基础）；3、地面沉降模拟中粘性土层的分层及水位给定问题（尚不成熟）；4、数学模型识别与验证时段问题（尽量长）。数值计算中应注意的一些问题其它应注意的问题：1、人工开采方案中单井涌水量的确定问题（相对容易）；2、人工回灌方案中单井注水量或入渗量的给定问题（比较困难，最好有试验基础）；3、地面沉降模拟中粘性土层的分层及水位给定问题（尚不成熟）；4、数学模型识别与验证时段问题（尽量长）。问题讨论作业1、VisualMODFLOW是否能进行准三维流的模拟？请简要说明原因。2、VisualMODFLOW中要求输入储水率、渗透系数等参数，没有储水系数、导水系数的输入。这一点是否说明它不能用于二维流模拟？请说明原因并采用简单例子证实。3、地下水数值模拟过程中的不确定性因素及其处理办法？4、数值模拟中的降水入渗和蒸发过程与实际的入渗蒸发过程是否完全一致，主要区别在哪里？在数值模拟中应如何解决这一问题？