基于Visual Modflow的洪湖石码头——小港剖面地下水数值模拟

随着三峡大坝的分期蓄水的逐步实施,显著改变坝下水文状况,必然改变长江中下游地下水与长江之间的关系,从而对中下游地区的生态造成影响.为定量研究洪湖地区地下水与长江之间的补排关系以及地下水与长江的交换量,为三峡工程对中下游地区的生态影响评价提供依据,采用Visual Modflow模拟洪湖地区石码头-小港剖面的地下水动态,为三峡工程的生态影响提供确实依据.在模拟过程中考虑长江水位变化、降水入渗补给、潜水蒸发以及地下水头的初始值可能对模拟造成的影响,使用River、Recharge、Evpotranspiration模块分别模拟河流、降水人渗补给和潜水蒸发.使用2001年～2003年的螺山水位数据、小港临测站的气象数据及地下水每日观测数据对模型进行调校.调校后,模型整体误差下降到0.16 m,误差均方根下降至0.639 m.利用模型分别对2004年～2006年地下水位进行预测,预测误差为0.629 m,误差均方根为0.864m. 模拟显示一年中地下水补给长汀的天数为146 d,时间为每年的12月中旬至第2年的4月底;长江补给地下水的平均天数为220 d,时间为5月初至12月中旬.模拟估算出研究区内平均每年长江对地下水的单宽补给量为37.92 m3,在研究区1 551 m的长江干堤上,长江每年向研究区补给地下水水量为58 819.09m3.     

基于Visual MODFLOW软件的浅层地下水氮调控

为了保护山东省临清市地下水环境、调控浅层地下水氮污染,基于Visual MODFLOW软件建立研究区地下水流动模型和地下水溶质运移模型;采用情景分析法对3种典型降雨水平年下6种水氮模式进行模拟.结果表明,研究区地下水位随降雨量的增加而升高,丰水年地下水位最大值较枯水年的升高3m;浅层地下水氮浓度随降雨量的增加而升高,丰...     

北京市平原区饱和-非饱和地下水三维流模型建模方法

地下水是北京市主要的供水水源,其安全性对于北京市社会经济发展起着至关重要的作用,而利用地下水数值模型研究合理的地下水供水方案是非常有效的方法.本文在总结分析北京市平原区地下水数值模拟现状和水文地质条件的基础上,阐述了利用国际流行的饱和-非饱和地下水流并行数值模拟软件TOUGH2-MP/EOS9建模的方法,包括离散网络建立、水文地质参数分区与赋值、初始条件、参数率定与模拟拟合等等.结果表明了模型的合理性,同时分析了饱和度和补给速度的垂向变化,其结果可为南水北调水入京后北京市地下水补给和压采方案提供有效的技术支持.     

广西思的河流域重金属污染物溶质运移模拟

为评价广西阳朔县思的河流域矿区的重金属污染情况,将流域水文模型ArcSWAT与地下水模型GMS (Groundwater Modeling System) 中MT3DMS溶质运移模块相结合,定量分析污染物锌和镉的迁移过程,为进一步的治理措施提供参考依据。结果表明：（1）采用ArcSWAT和GMS可以更准确地确定垂向入渗量,从而准确进行地下水数值模拟。（2）在没有防治措施的情况下,矿井废水对地下水环境造成较大的污染威胁：尾砂矿矿洞出水口水样中锌和镉的含量分别为18.62mg/L和0.096 mg/L,是流域重金属污染的源头。模拟期20 a内,锌和镉的污染晕分别在16 d和44 d之后到达河流,前端最远距离污染晕中心分别为2 303.75 m和1 887.04 m,两端最长处为3 159.57 m和2 478.57 m,最宽处分别为1 533.54 m和1 128.36m。锌和镉进入流域的质量分别为3 512.44 g和18.15g,流出流域的质量为1 640.49 g和8.47 g,残留在流域的比例分别为53.28 %和53.33 %。（3）根据已有研究结果表明,龙葵对镉具有较强的富集能力,在植物体中的最高富集量为1 084.4 mg/kg,并对锌具有较强的耐性,富集量也超过1 000 mg/kg。因此,设置一个模拟情景对尾矿库生态修复工程进行评价：以尾矿积水塘中锌含量0.284 mg/L和镉含量0.002 mg/L为替代污染源强,模拟期内,锌沿河谷方向的迁移速度由94.38 m/a降低至80.78 m/a,最大污染晕面积由3.80 ×10^6m2缩小至2.50×10^6 m2;镉的迁移速度由86.09 m/a降低至69.13 m/a,最大污染晕面积由1.67×10^6 m2缩小至1.29×10^6 m2,说明生态修复工程取得较好效果,建议继续投入建设。（4）根据模拟预测结果,建议在矿洞出水口修建防渗帷幕等防治措施,划分污染防治区,并加强地下水水质监测,同时制定地下水风险事故应急预案,避免污染进一步加剧。     

GMS在某典型化工工业园区地下水铊污染物运移研究中的应用

本研究以南方某市北部化工区为研究对象,基于数值模拟软件(groundwater modeling system, GMS)建立水文地质概念模型和三维溶质运移数值模型,模拟期设定为2020年1月—2029年12月,并对园区污染源污染物持续泄漏1 h、12 h和24 h后,铊污染物在地下水中的迁移过程进行模拟预测。研究结果表明,Tl污染晕质量浓度为0.004～0.024 mg/L;污染晕核心区由污染源向东平移且呈扩张趋势,等值线质量浓度为0.012～0.016 mg/L,外圈区域整体向核心区收缩,等值线浓度为0.008～0.012 mg/L;污染晕最大迁移距离分别为363、1 085、2 753 m。超标范围为0.07～1.04 km²,500 d和3 500 d后相对于最初50 d污染晕最大迁移距离分别延伸了66.5%和86.8%,污染晕核心区整体呈扩张趋势,外圈区域向核心区收缩。污染物持续泄漏1 h、12 h后和24 h后随模拟时间延长呈线性上升趋势,最高值分别为0.02、0.005、0.003 5 mg/L。     

基于Visual Modflow地下水污染物溶质运移的模拟

垃圾填埋场渗滤液向地下含水层的渗漏是地下水受到污染的一个重要因素,而地下水溶质运移模型是找出污染迁移规律、确定污染范围及污染物浓度分布的重要手段。为研究垃圾填埋场渗滤液对周边地下水的污染状况,本文基于地下水流动模型Visual Modflow和多组分溶质运移模型MT3DMS软件平台之上,通过建立的三维数学模型预测了研究区域未来30年内特征污染物Cl-的污染羽迁移范围。模拟分析结果表明:距污染源越近污染物浓度越高,主要危害沿地下水流动方向的远场地地表水和浅层地下水,深层地下水和污染源上游不受影响;污染物不易污染深层地下水,但是在深层地下水中的迁移速度最大;湖泊对溶质有持续捕获作用;在污染源周围开采地下水会影响溶质迁移速度和方向。上述结果为垃圾场防渗措施的选择和地下水的治理、修复提供了定量依据。     

重金属砷在饱和土壤中迁移过程模拟

重金属污染预测和评估是土壤与地下水修复的重点与难点,土壤中重金属迁移过程模拟能够为污染防治和水资源保护提供科学指导。本文基于有限元方法,建立了三维地下水重金属溶质运移模型,考察南京某化工场地重金属As(V)的迁移运动规律。数值模拟通过改变渗透系数、弥散度、分配系数、孔隙率,对比分析不同参数条件下,重金属As(V)溶质在土壤中的迁移规律。引入敏感性指数作为量化指标,比较各参数对重金属砷迁移的影响。数值分析结果表明：污染晕中心砷质量浓度随污染物持续通入逐渐增加到7.12 mg/L,污染范围不断扩大,纵向迁移距离远大于横向;七年后污染物不再注入,污染范围在水流的作用下整体往下游迁移,污染晕中心浓度不断下降,第40年污染晕中心往下游迁移6.5 m,浓度已下降为0.33 mg/L。连续注入污染物10年情况下,增加渗透系数与弥散度都会导致污染晕中心As(V)浓度下降,纵向迁移距离增加;分配系数增加则出现污染晕中心浓度与纵向迁移距离都减少的情况;由于土壤对重金属As(V)的吸附较强,在参数±50%的变化中,分配系数对重金属的迁移距离影响较大,与渗透系数、弥散度的影响程度相当,敏感性指数分别为18.0%、18.0%与16.3%;孔隙率敏感性指数为0.006%,在本文模型下对重金属As(V)迁移的影响几乎可忽略。     

基于GMS应用的化工区地下水污染模拟与分析

 GMS是目前地下水数值计算的重要应用软件之一,运用GMS可以模拟地下水流分布和地下水污染物的迁移规律等。以化工厂区为例,经过地质模型概化、参数确定、调参等过程,预测污染物的浓度及污染范围。研究了该厂区渗滤液的扩散对下游抽水井的影响,建立了该厂区地下水流模型及溶质运移模型。结果表明,该区域地下水流向为自北向南,沿水流方向水位逐渐下降,水降幅度较为缓和,在下游抽水井附近形成地下水降落漏斗;污染物的浓度在持续增加,局部污染物浓度高达4.1mg/L,污染的范围也逐渐扩大,污染面积约为8.23×10⁵ m²,污染物向下游扩散长度约1084.64 m,在垂向上,厂区位置污染物已经扩散到第二层深水含水层。若不加以控制抽水量,会加剧污染物的扩散速度。     

淄博市张店化工园区地下水污染预测

以淄博市张店化工园区为例研究人类活动对岩溶水水质的影响,在查明研究区附近地层的岩性、地下水的补给、径流与排泄条件及其水化学特征的基础上,采用Visual Modflow三维流数值模拟软件,建立地下水流模型和溶质运移模型,模拟预测化工区建设后对地下水环境的影响。研究表明,20年后石油影响距离至园区东部350 m,影响面积达3万m2。园区建设将对地下水环境造成严重污染,必须及时做好防渗,同时加强研究区及其周边地下水的监测工作,防止优质饮用地下水资源的劣变。     

北京典型平原区地下水环境模拟及情景分析

为研究跨流域调水引入的新地表水源对北京市典型平原区顺义区地下水环境的影响,该文对受影响区域进行空间概化、边界条件与源汇项设定,并选取地下水水位及NH3-N、高锰酸钾指数(CODMn)、F、As为评价指标,基于MODFLOW与MT3D,构建研究区地下水水流与溶质迁移耦合模型;通过参数率定与模型验证,保证模拟结果的正确合理,基于建立的模型,进行不同地表水情况下的情景模拟分析.结果表明:在设定的情景下,新引入地表水源的年下渗量占总引水量的84.2%,主要影响新引入地表水源的周边潜水含水层,对敏感区域的水质5a累计影响小于0.9%.     

丘陵山区地下水流动特征及核素迁移数值模拟

为了定量反映丘陵山区地下水流动特征与核素迁移规律,对内陆核电站的选址和安全评估提供科学依据。选择山西汾河河谷的典型丘陵山区作为研究对象,应用GOCAD软件建立三维地形地质模型,刻画地层的分布、剥蚀以及倾向特点;结合地下水数值模拟软件FEFLOW,构建三维水文地质模型,精细的概化丘陵山区地下水系统的补给、径流和排泄特征;以不受岩土介质吸附和阻滞的氚(H-3)作为特征污染物,模拟计算了丘陵山区地下水流动特征下氚的迁移规律。结果表明,按每天连续泄漏1 000Bq考虑,60a后氚的浓度晕中心值为25.0Bq/L,0.1Bq/L浓度线沿沟谷向下游迁移了约1 650m,污染物迁移速度取决于地下水的水力梯度,而将松散孔隙含水层与碎屑岩裂隙含水层地下水流场统一考虑,会人为增加了污染物迁移速度,造成结果失真。     

滹沱河超采区地下水硫酸盐来源识别及迁移转化

近年调查和监测发现,滹沱河超采区地下水中硫酸盐含量日趋增高,范围逐渐扩大,高浓度的硫酸盐主要分布在滹沱河、石津灌渠及黄壁庄水库副坝附近,并有向地下水降落漏斗区扩散的趋势,使该地区水资源矛盾更为突出。以滹沱河超采区为研究范围,结合水文地球化学理论开展了野外调查及取样工作,并基于长时间序列、多点位交叉动态监测数据分析以及硫氧同位素技术进行研究,得出:滹沱河超采区地下水硫酸盐异常与上游地表水有着紧密联系,黄壁庄水库及入流冶河受上游采煤活动影响,硫酸盐含量较高,地表入渗补给造成研究区地下水硫酸盐污染。通过分析研究区地下水硫酸盐的迁移转化特征,建立了滹沱河超采区地下水硫酸盐在地表水-包气带-地下水中的迁移转化模式,指出上游防控是减缓滹沱河超采区地下水硫酸盐污染的有效方式,为石家庄地区的地下水环境污染防治与地下水可持续利用提供了科学依据,具有重要的理论和实际意义。     

龙王庙北矿水文地质特征及地下水流场模拟

以龙王庙北矿地下水为研究对象,通过整理矿区基础资料,分析得出该矿水文地质特征。利用GMS软件建立地下水流场模型,模拟结果为:区内地下水水位北高南低,东南部水位最低。地下水主要由矿区北部流向东南部;北部接收降雨补给,并渗流至深处,浅层的垂向流速比深层的垂向流速大,北部深层地下水向南部的浅层径流,进而蒸发排泄。模拟结果与实际地下水径流特点基本一致,则此次模拟参数设置合理,模拟结果较为可靠。     

基于对应分析法的北京密怀顺地区地表水回补地下水环境影响评价

为探究地表水回补地下水对地下水水资源和水环境的影响，本文以北京密怀顺地区南水北调水回补地下水工程为例，利用对应分析法分析了回补后11个监测井的地下水水位和水质的变化特征. 研究结果表明:1）2015—2016年间在北京潮白河密怀顺段，南水北调累计向潮白河补水4 413万 m3，河道补水后入渗量为4 362.2万 m3，占总调水量的94%；2）地下水水位抬升明显，近河道监测井最大升幅达到13.98 m；3）由于回补水质较好，以及包气带和含水层的过滤作用，地下水回补后地下水水质得到改善. 本研究结果可为北京市密怀顺地区地表水地下水联合调度提供参考.      

轨道交通线网规划实施对地下水环境影响分析

结合西安市城市轨道交通线网与地下水层的关系,分析轨道交通线网规划实施对地下水补给、径流和排泄的影响途径.采用数值模拟方法,利用Visual MODFLOW软件模拟轨道交通线网建设对地下水流场的影响.结果表明:轨道交通线网对地下水的影响主要发生在潜水层,在该水层形成多个封闭的"井"字形区域,在一定程度上减少了含水层的过水断面,导致局部区域地下水位壅高,局部区域地下水位下降,在水位抬升区或水位下降区,潜水位的变幅仅为0～1.25m.     

南水北调中线工程对区域经济社会可持续发展影响研究的几个关键问题

南水北调中线一期工程将于2014年通水到北京,该工程在规划与设计中已经做了大量科学技术工作,同时工程实施后无论对调水区还是受水区,都将面临更多的来自管理运行方面的新问题与挑战.本文探讨了南水北调中线工程对区域经济社会可持续发展影响的一些值得分析和研究的科学问题,包括:南水北调中线水源保护措施对调水区经济社会发展的影响;中线一期受水区农业生产、城市节水、地下水资源管理、生态修复的作用与影响;受水区和调水区资源、经济与环境等多方面要素的综合调控方法与手段.目的是抛砖引玉,开展工程实施后面临来自管理方面需求的基础问题研究的思考.     

南水北调中线工程对区域经济社会可持续发展影响研究的几个关键问题

南水北调中线一期工程将于2014年通水到北京,该工程在规划与设计中已经做了大量科学技术工作,同时工程实施后无论对调水区还是受水区,都将面临更多的来自管理运行方面的新问题与挑战.本文探讨了南水北调中线工程对区域经济社会可持续发展影响的一些值得分析和研究的科学问题,包括:南水北调中线水源保护措施对调水区经济社会发展的影响;中线一期受水区农业生产、城市节水、地下水资源管理、生态修复的作用与影响;受水区和调水区资源、经济与环境等多方面要素的综合调控方法与手段.目的是抛砖引玉,开展工程实施后面临来自管理方面需求的基础问题研究的思考.     

上海浦东浅层地下水环境三氯乙烷自然衰减规律及过程模拟

针对某三氯乙烷(1,1,1-Trichloroethane)污染场地,采用地下水污染调查和地下水污染迁移转化模型,描述了污染场地自然衰减的潜在能力。通过对污染地下水样品的采集和测定,发现氯代烃污染物主要存在于地下2~6m的地层中,被污染的区域面积约1 000m2,并且场地含水层中发生了自然衰减过程。地下水模型的模拟结果表明地下水流场较为稳定且水力梯度较小,联合吸附作用共同导致了污染物的缓慢迁移扩散。考虑到吸附作用和生物降解作用,利用等温吸附实验和自然衰减模拟实验,计算和优选了三氯乙烷在含水层土壤中分配系数为0.06m3/kg和准一级降解动力学参数为0.005d-1。利用Visual MODFLOW软件模拟,预测污染区域的高质量浓度三氯乙烷的衰减,且5年后三氯乙烷的最高质量浓度低于300μg/L的荷兰标准值。     

新疆某地浸采铀矿山退役井场地下水污染特征

地浸采铀对地下水的污染及退役后地下水的复原是铀矿冶工业中的一个重要环境问题.本文对某退役地浸井场地下水的污染状况进行了系统的监测与分析.地浸生产对矿层上部和下部的含水层没有影响,各项指标处于该区地下水的本底范围内,也符合Ⅲ类地下水水质标准.地浸对采区内含矿含水层地下水造成严重的污染,污染组分主要有SO2_4、NO3_、H＋、U、Ca、Mg、Ba、Fe、Cu、Zn、Pb、Mn、Cd、As、Ni、F等,污染物的来源包括地浸生产中加入的化学试剂和岩石、矿物中的各种常量元素、微量元素被浸出释放进入地下水中.污染范围主要分布在地浸采区内,对采区上游地下水的污染影响较小;对采区下游地下水的污染程度较高,污染范围已达到采区下游700~1000 m.退役后天然地下水流场的恢复导致污染晕圈向井场下游迁移,但是由于岩石的“自然净化”作用导致污染物浓度随水流方向显著降低.     

神东矿区降雨入渗补给强度研究

神东矿区煤炭资源开发与水资源短缺矛盾的日趋严重,实现地下水资源可持续开发利用,为能源基地建设与开发提供水资源保障迫在眉睫。而实现此目标的前提是准确的计算和评价现有的水资源。研究表明,区域地下水循环方式主要以垂向交换为主,作为地下水资源评价中补给量的主要构成部分,对该研究区降雨入渗量的研究具有十分重要的意义,以前评价地下水资源量时对降雨入渗量的给出大多采用经验估算的方法,此方法存在较大误差。在广泛调查神东矿区包气带岩性结构并结合野外取样、室内参数测定的基础上,采用数值模拟工具建立研究区包气带水分运移数值模拟模型,定量模拟神东矿区内不同地段降雨入渗强度,得出入渗补给系数,为评价区域地下水资源量提供科学依据,拟合出的研究区各岩性水文地质参数也可用于类似区域的水文地质计算。