模擬地下水系統動態變化並進行最佳化規劃與管理而建立的一種概化的數學模型。
基本介紹
- 中文名：地下水系統分析模型
- 外文名：modelof groundwater system analysis
1.地下水系統概念,2.區域地下水流數值模型研究現狀,
1.地下水系統概念
國外的一些水文地質學家提出了一些概念,突破了根據含水層岩性、結構和水力學特性作為資源評價依據的局限性。如美國提出區域含水層系統的術語,認為在特定地理區域內的一整套含水層,由許多具有相互水力聯繫的含水層組成,它們在補給、徑流和排泄等方面,有許多共同的特點,相與關聯,因此,可作為一個整體進行研究。
我國著名水文地質學家陳夢熊院士對地下水系統的理解是:地下水系統是一個錯綜複雜,包括各種天然因素、人為因素所控制的,具有不同等級的互有聯繫又互相影響,在時空分布上具有四維性質和各自特徵,不斷運動演化的若干獨立單元統一。
將地下水系統的基本概念歸納為:(1)地下水系統是由若干個具有一定獨立性、而又互有聯繫、互相影響的不同等級的亞系統或次亞系統所組成的;(2)地下水系統與降水、地表水系統存在密切聯繫,互相轉化;(3)地下水系統的演變,很大程度上受輸入與輸出系統控制;(4)每個地下水系統都具有各自的特徵與演變規律,包括含水層系統、水文系統(補排系統)、水動力系統、水化學系統等;(5)含水層系統與地下水系統代表2個不同的概念,前者具有固定邊界,而後者的邊界是自由可變的;(6)地下水系統的時空分布與演變規律, 既受天然條件的控制,又受社會環境,特別是人類活動影響而發生變化;(7)地下水系統研究包括3個步驟,即系統分析、系統模型化與系統最最佳化。
地下水系統的研究角度可以歸納為如下幾類。
(1)在實際工作中,有人將它視為水文科學的一個內容。認為地下水系統是水文循環的一個子系統。也有人將它看成是地質營力作用的結果(地質建造與水的改造作用的產物),還可以看成是直接獲取經濟利益的礦產(水源、地熱能的載體、礦水),或當作自然環境的一個組成部分等等。有人將其作為概念術語,將地下水系統分為岩溶水系統、裂隙水系統、孔隙水系統等。
(2)在地下水理論研究方面,更注意地下水的信息傳輸過程,輸入輸出的內在聯繫,以及這些聯繫的物理化學機理和過程,併力圖建立描述地下水系統運動的定量表達式,所以偏重於概念系統的研究。
(3)從地下水勘查和工程的觀點看,往往更注重地下水實體系統的分析,將含水層系統和地下水流動系統作為研究對象,較側重於地下水的形成、分布、埋藏的特點以及與地質構造等方面的聯繫。以便對地下水資源做出準確的評價,採取相應的取水、排水措施。
(4)從地下水規劃和管理的觀點看,往往更多的考慮系統的等級、層次,以及它們之間或與環境的聯繫,以便選取最優決策,實現對整個系統的管理控制。此時,地下水系統是針對某一共同的計畫,為某一目標服務的若干要素的整體而言的。
2.區域地下水流數值模型研究現狀
1940年，Jacob建立了地下水流運動的基本微分方程，推導了承壓水非穩定流的基本微分方程，並求出井流問題的解，創造了用數學模型研究地下水的開端。上世紀60、70年代以來，數值模擬方法開始逐漸被套用到地下水資源評價的有關研究中，並在國內外取得了非常多的有益成果。特別是在一系列地下流數值模擬軟體的問世，更是加快了這一研究領域的飛速發展。我國在上世紀90年代後期以來，逐漸重視大區域地下水流模型的研究工作。
隨著對大區域地下水流模型的研究的不斷重視和投入，中國地質調查局於2003-2005年開展了“中國北方主要平原盆地地下水資源調查評價”項目，通過該項目，我國北方主要盆地均建立了區域地下水流數值模型。在模型建立方法方面，除了MODFLOW的廣泛使用外，隨著學科的發展，遙感、GIS、環境同位素等技術也均被套用到大區域地下水流模型建立過程中，幫助解決一些問題。
