華國(guó)歡 劉澤東 陳琳 熊瑋瑋

江西應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院 江西 贛州 341000

正文：

1.前言

研究區(qū)為贛州市高校區(qū)，區(qū)域內(nèi)建有贛南師范大學(xué)黃金校區(qū)、江西應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院黃金校區(qū)、贛州師范?？茖W(xué)校等幾所高校，人口居住密集，地下水主要用于居民開采飲用，它的安全性關(guān)于千萬人們的生命健康，在此基礎(chǔ)上，本文在收集本區(qū)水文地質(zhì)條件資料后，建立水文地質(zhì)概念模型，使用Visual Modflow建立地下水流數(shù)值模型，旨在模擬調(diào)查區(qū)地下水運(yùn)移模式，對(duì)水資源的安全性進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)。

2.概念模型的建立

2.1 水文地質(zhì)概念模型

建立數(shù)值模型前必須先掌握區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)概念，其主要根據(jù)調(diào)查區(qū)的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，對(duì)含水巖組分布特征、地下水補(bǔ)給、徑流和排泄條件等作合理概化或簡(jiǎn)化。研究區(qū)屬于典型的亞熱帶峽谷喀斯特地貌，巖溶地貌較發(fā)育，山頂呈平坦?fàn)睿煌叨鹊钠骄彽匦螌訉优帕?，在溫暖濕?rùn)的氣候條件下，地殼長(zhǎng)期受外力風(fēng)化剝蝕作用，形成較大面積的夷平面。地表覆蓋較厚的第四紀(jì)松散沉積物，發(fā)育有紫紅色砂巖、白云質(zhì)灰?guī)r等。研究區(qū)最高點(diǎn)位于峽谷上游青龍山附近，海拔約為1288.5m，最低點(diǎn)位于大新場(chǎng)下，海拔約為787m，溝谷和山頂高差400余米，大部分地區(qū)海拔在810～1210m之間，巖溶地貌以剝蝕溶蝕中低型山地為主，發(fā)育于灰?guī)r、白云巖中，溶洞、地下巖溶管道大量發(fā)育，地形地貌整體受構(gòu)造控制強(qiáng)烈。模擬范圍面積約33.78km2，

2.2 含水層結(jié)構(gòu)概化

建立研究區(qū)三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型后，研究區(qū)的地層結(jié)構(gòu)、含水巖組分布特征就可直觀展現(xiàn)出來，然后依據(jù)具體的水文地質(zhì)條件和地下水流模擬模型建模要求，建立地下水概念模型，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化或概化。本區(qū)主要為第四紀(jì)松散孔隙含水層，下伏白堊系上統(tǒng)泥（鈣）質(zhì)粉砂巖，風(fēng)化程度低，裂隙水發(fā)育不明顯。因此將松散孔隙潛水含水層系統(tǒng)概化為一個(gè)含水層組。

2.3 邊界條件概化

研究區(qū)北側(cè)發(fā)育一條由東至西的河流，將此邊界設(shè)定為水頭邊界；研究區(qū)南部適當(dāng)延伸，設(shè)為流量邊界，其流量由邊界觀測(cè)孔計(jì)算得出，見圖2-1。

圖2 -1 邊界條件概化

2.4 源匯要素概化

研究區(qū)主要補(bǔ)給來源有側(cè)流補(bǔ)給、大氣降水補(bǔ)給，側(cè)向流入補(bǔ)給，在Visual Modflow中按照給定邊界類型、邊界處水頭和滲透系數(shù)由模型自動(dòng)計(jì)算；降雨入滲補(bǔ)給量通過降水監(jiān)測(cè)站所測(cè)數(shù)據(jù)換算而來，降雨入滲為面狀補(bǔ)給，采用Recharge處理。排泄項(xiàng)主要是地下水開采利用，開采量經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)可得，采用well模塊處理。研究區(qū)北部有魚梁河貫穿整個(gè)研究區(qū)，根據(jù)魚梁河的位置、高程及水位，采用river模塊處理。

2.5 數(shù)學(xué)模型

根據(jù)地下水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、地下水補(bǔ)徑排條件及地下水動(dòng)態(tài)特征，區(qū)內(nèi)地下水流動(dòng)問題可概化為非均質(zhì)、各向異性、非穩(wěn)定三維地下水流系統(tǒng)，其數(shù)學(xué)模型如下：

3 地下水流場(chǎng)特征模擬

根據(jù)確定的研究區(qū)、源匯項(xiàng)以及邊界條件，對(duì)各個(gè)水文地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行分區(qū)，并建立3D網(wǎng)格， MODFLOW模塊模擬地下水位及流場(chǎng)。

3.1 模型參數(shù)分區(qū)

（1）滲透系數(shù)和給水度分區(qū)

研究區(qū)含水層水文地質(zhì)參數(shù)取值主要由抽水試驗(yàn)所取得，其與巖溶含水層參數(shù)分區(qū)詳見圖3-1、表3-1。

圖3 -1 研究區(qū)滲透系數(shù)、給水度分區(qū)圖

表3 -1 滲透系數(shù)和給水度表

3.2 模型的形成

計(jì)算模擬區(qū)面積約為59.4km2，對(duì)研究區(qū)模型進(jìn)行空間離散，網(wǎng)格剖分為100×100的共10000個(gè)單元，其中有效單元格為795個(gè)，網(wǎng)格步長(zhǎng)分別為=156m，=277m。

以2018年5月1日水位監(jiān)測(cè)資料作為模擬的初始水位，采用反距離加權(quán)法對(duì)其進(jìn)行插值得到初始水位等值線，流場(chǎng)方向主要由北東流向西南。

3.3 模型的識(shí)別與驗(yàn)證

模型的識(shí)別與驗(yàn)證過程在整個(gè)模擬過程中極為重要，通常需反復(fù)修改參數(shù)和調(diào)整某些源匯項(xiàng)，方可取得較理想的擬合結(jié)果。本文建立的模型的識(shí)別與檢驗(yàn)過程采用一種間接的反求參數(shù)的方法，稱為試估—校正法，

運(yùn)行計(jì)算程序，可得水文地質(zhì)概念模型在給定水文地質(zhì)參數(shù)及各均衡項(xiàng)條件下的地下水位的時(shí)空分布，經(jīng)擬合同時(shí)期的流場(chǎng)和長(zhǎng)期觀測(cè)孔的歷時(shí)曲線，用以識(shí)別水文地質(zhì)參數(shù)、邊界值和其它均衡項(xiàng)，使模型更貼近模擬區(qū)的水文地質(zhì)條件實(shí)際情況。

模型的識(shí)別和驗(yàn)證主要體現(xiàn)在幾個(gè)方面，模擬的地下水流場(chǎng)、地下水動(dòng)態(tài)過程、地下水均衡變化、識(shí)別出的水文地質(zhì)參數(shù)應(yīng)與實(shí)際地下水情況基本一致。據(jù)以上幾個(gè)方面，對(duì)模擬區(qū)地下水系統(tǒng)進(jìn)行識(shí)別和驗(yàn)證。

動(dòng)態(tài)擬合結(jié)果顯示，各觀測(cè)點(diǎn)在各時(shí)段的計(jì)算水位與觀測(cè)水位擬合程度較好，擬合差小于0.2m，這反應(yīng)了模型在水位隨時(shí)間變化模擬結(jié)果比較準(zhǔn)確?？梢娝⒌哪M模型基本滿足要求，見圖3-2。

圖3 -2 觀測(cè)井模擬計(jì)算結(jié)果、觀測(cè)值擬合圖

3.4 污染預(yù)測(cè)

地下水系統(tǒng)中污染物的遷移過程十分復(fù)雜，主要有揮發(fā)、溶解、吸附、沉淀、生物吸收、化學(xué)和生物降解等運(yùn)移形式。本次評(píng)價(jià)重點(diǎn)考慮對(duì)流彌散作用，基本不考慮吸附作用、化學(xué)反應(yīng)等其他因素。在對(duì)水流模型進(jìn)行校正和檢驗(yàn)后，輸入溶質(zhì)運(yùn)移模型參數(shù)，模擬污染物運(yùn)移。

假設(shè)漳江水受污染，經(jīng)側(cè)向補(bǔ)給對(duì)地下水進(jìn)行了污染，假設(shè)河流水質(zhì)為四類水，COD值為30mg/L。初始地下水本底值為2mg/L，屬二類水。根據(jù)模擬結(jié)果，圖3-3、圖3-4反映河流污染地下水第1年及第5年后評(píng)價(jià)區(qū)地下水COD濃度分布。

圖3 -3 1 y后COD濃度分布

圖3 -4 5 y后COD濃度分布

3.5 污染預(yù)測(cè)結(jié)果

居民生活飲用水源屬第Ⅲ類地下水，COD限值為3.0 mg/L，本次模擬將污染區(qū)域隨時(shí)空的變化將地下水污染風(fēng)險(xiǎn)性分為污染風(fēng)險(xiǎn)性低區(qū)，污染風(fēng)險(xiǎn)性較高區(qū)及污染風(fēng)險(xiǎn)性高區(qū)。

（1）污染風(fēng)險(xiǎn)性低區(qū)，從模擬成果圖可知，區(qū)內(nèi)地下水流場(chǎng)自東北至西南方向，五年內(nèi)距北東方向河床約4km，距西北方向河床約3km外區(qū)域，COD濃度基本≦3.0 mg/L，屬于污染風(fēng)險(xiǎn)性低區(qū)。

（2）污染風(fēng)險(xiǎn)性較高區(qū)，距北東方向河床約0.5-4km，距西北方向河床約0.3-3km內(nèi)區(qū)域，COD濃度值第二年始遭受污染，污染范圍并隨時(shí)間依次擴(kuò)大，屬污染風(fēng)險(xiǎn)性較高區(qū)。

（3）污染風(fēng)險(xiǎn)性高區(qū)，距北東方向河床約0.5km，距西北方向河床約0.3范圍內(nèi)地下水，基本遭受污染，為污染風(fēng)險(xiǎn)性高區(qū)。

4 結(jié)論

本文使用Visual Modflow地下水?dāng)?shù)值模擬軟件模擬了贛州市高校區(qū)地下水流場(chǎng)，并就潛在污染物污染地下水的可能性進(jìn)行了預(yù)測(cè)及評(píng)價(jià)，初步對(duì)高校區(qū)地下水資源的利用安全性給予了支持。