简介
预测模型已经是一种地下水科学中的基本工具,绝大多数受过正规训练的地下水工作者都或多或少地接触过地下水溶质运移模型。初学者经常会误认为地下水模型的主要作用是预测水位变化或者污染运移所造成的影响,这至少是不全面的认识。地下水模型在更大程度上是用来认识含水层行为,测试水力控制和溶质运移假说的工具。也就是说,模型的主要功能是理解局部和区域含水层系统的工具。
本文简要介绍了反应和非反应情况下地下水溶质运移的基本理论。首先介绍了水流和溶质运移基本控制方程;其次是对解算方法的简要描述;最后简要介绍了将化学反应耦合进入模型的方法。
控制方程
建立溶质运移模拟的前提是优质的地下水野外勘察。由于地下水流场控制了污染烟羽的迁移和扩散,所以只有首先对地下水流进行模拟才能随后模拟溶质运移。同样道理,不深入了解含水层系统就想准确模拟地下水流,一样是不可能的任务。模拟地下水流的第一要务是定义水流系统,具体来说就是定义含水层性质、定义来自边界的影响、识别系统应力(如抽水和垂向补给)的位置和大小、量化含水层的水力特性和参数的分布。
尽管定义模型需要详尽的实地勘察资料,但不能因此忽视模型在勘察工作早期的作用。地下水工作者可以使用简易模型来检验关于含水层的一些关键假设,比如边界的真实属性、地下水流场形态、垂向补给率的指定、模型对关键物理化学参数的敏感性等。从一项地下水工作的最早期,模型就可以帮助研究人员确定数据的“含金量”,也就是某些特定信息在量化地下水系统和增强模型预测能力中所能发挥的真实作用。模型的构建和完善应该与数据的收集工作并行。
地下水模拟中最常见的关注点是饱和带中的水分运移。对于非均质、各向异性、二维结构的承压含水层,有如下的控制方程:
预测模型已经是一种地下水科学中的基本工具,绝大多数受过正规训练的地下水工作者都或多或少地接触过地下水溶质运移模型。初学者经常会误认为地下水模型的主要作用是预测水位变化或者污染运移所造成的影响,这至少是不全面的认识。地下水模型在更大程度上是用来认识含水层行为,测试水力控制和溶质运移假说的工具。也就是说,模型的主要功能是理解局部和区域含水层系统的工具。
本文简要介绍了反应和非反应情况下地下水溶质运移的基本理论。首先介绍了水流和溶质运移基本控制方程;其次是对解算方法的简要描述;最后简要介绍了将化学反应耦合进入模型的方法。
控制方程
建立溶质运移模拟的前提是优质的地下水野外勘察。由于地下水流场控制了污染烟羽的迁移和扩散,所以只有首先对地下水流进行模拟才能随后模拟溶质运移。同样道理,不深入了解含水层系统就想准确模拟地下水流,一样是不可能的任务。模拟地下水流的第一要务是定义水流系统,具体来说就是定义含水层性质、定义来自边界的影响、识别系统应力(如抽水和垂向补给)的位置和大小、量化含水层的水力特性和参数的分布。
尽管定义模型需要详尽的实地勘察资料,但不能因此忽视模型在勘察工作早期的作用。地下水工作者可以使用简易模型来检验关于含水层的一些关键假设,比如边界的真实属性、地下水流场形态、垂向补给率的指定、模型对关键物理化学参数的敏感性等。从一项地下水工作的最早期,模型就可以帮助研究人员确定数据的“含金量”,也就是某些特定信息在量化地下水系统和增强模型预测能力中所能发挥的真实作用。模型的构建和完善应该与数据的收集工作并行。
地下水模拟中最常见的关注点是饱和带中的水分运移。对于非均质、各向异性、二维结构的承压含水层,有如下的控制方程:
