地下水流數(shù)值模擬的研究在廣西巖溶地區(qū)的實(shí)際應(yīng)用

袁小林

（天津濟(jì)潤石油海運(yùn)服務(wù)有限公司，中國 天津 300456）

地下水流數(shù)值模擬的研究在廣西巖溶地區(qū)的實(shí)際應(yīng)用

袁小林

（天津濟(jì)潤石油海運(yùn)服務(wù)有限公司，中國 天津 300456）

廣西地下水水量豐富，其中地下水中的巖溶水所占比重較大。數(shù)值模擬方法是評(píng)價(jià)地下水資源量、模擬自然界一些水文地質(zhì)過程發(fā)生和發(fā)展的主要方法和手段之一。結(jié)合地下水?dāng)?shù)值模擬，將其在廣西巖溶地區(qū)的應(yīng)用加以說明，及其研究的必要性。

地下水流；數(shù)值模擬；巖溶地區(qū)；應(yīng)用

1 廣西地下水概況

廣西陸地區(qū)域面積23.67萬km2，其中山地53.1%、丘陵21.7%、平原22.4%、水域2.8%。地勢(shì)總特點(diǎn)是西北高、東南低，沿海地帶低平，地形復(fù)雜。由于區(qū)內(nèi)四周山嶺連綿、層巒疊嶂，形成周高中低之勢(shì)，固有廣西盆地之稱。

廣西地下水類型可分為孔隙水、巖溶水和裂隙水等3種，含水巖類劃分為松散巖類、紅層鈣質(zhì)礫巖類等8類。

廣西盆地邊緣為中低山地貌，在這些邊緣山區(qū)，溝谷切割強(qiáng)烈，地形坡度大，在基巖裂隙水分布去，其富水性往往與構(gòu)造裂隙發(fā)育程度呈正相關(guān)，分布不均勻，呈網(wǎng)狀及條帶狀分布。桂北、桂東、桂南中地下水相對(duì)豐富，桂西、桂中的丘陵、盤地邊緣區(qū)地下水相對(duì)匱乏，盤地中心地段，多為巖溶峰從谷地，峰林平原，由于地勢(shì)低平，地表水流緩慢，有利于降水和地表水入滲，該類型地貌中的碳酸鹽巖，巖溶發(fā)育相對(duì)均勻，具有良好的儲(chǔ)水空間，特別是具有降水和側(cè)向基巖裂隙水的暗中補(bǔ)給，地下水埋藏較淺，水量豐富。

2 地下水流數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀

20多年來,隨著電子計(jì)算機(jī)和數(shù)值方法的發(fā)展,數(shù)值模擬逐漸取代傳統(tǒng)的模擬技術(shù),成為研究地下水運(yùn)動(dòng)規(guī)律和定量評(píng)價(jià)地下水資源的主要手段,而且其發(fā)展趨勢(shì)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出作為一種計(jì)算手段的原有范疇,成為模擬一些水文地質(zhì)過程發(fā)生、發(fā)展的主要手段。

無論從理論上還是實(shí)踐上,對(duì)于多孔介質(zhì)飽和帶中地下水流運(yùn)動(dòng)機(jī)理的認(rèn)識(shí)是明確的,模擬飽和帶地下水流的模型是成熟的,應(yīng)用也是最廣泛的。已有許多使用靈活的計(jì)算機(jī)軟件可供使用。近年來對(duì)于飽和帶地下水流模擬的研究主要集中在:三維流模型開發(fā)；流速場與流線的計(jì)算方法；非均質(zhì)參數(shù)的區(qū)域概化；繁雜數(shù)據(jù)的優(yōu)化處理。

目前進(jìn)行區(qū)域三維地下水流的分析的主要軟件有HST3D(Kipp 1987),SWIFT(Granwell和Reeves,1981)以及目前世界上最流行的軟件Visual MODFLOW(Mc Donald 和Harbangh,1994)。

Visual MODFLOW 用于地下水流模擬,具有以下幾個(gè)主要的功能:其一是水質(zhì)點(diǎn)的向前、向后示蹤流線模擬研究。根據(jù)地下水穩(wěn)定流數(shù)據(jù)模擬結(jié)果,Modpath可方便地計(jì)算出三維流線分布和任意時(shí)間水質(zhì)點(diǎn)的移動(dòng)位置;其二是任意水均衡域的水均衡項(xiàng)的研究,Zone Budge是用于計(jì)算任意水均衡域均衡要素的專門模塊。用戶根據(jù)自己的研究目的和需要,可在模擬區(qū)域任意選定水均衡計(jì)算的均衡區(qū),通過執(zhí)行Zone Budge模塊,可方便地得到所選定均衡域和整個(gè)模型區(qū)的所有水均衡信息。該功能可幫助地下水資源研究者直接確定研究區(qū)的均衡項(xiàng)及其數(shù)值的大小。此外,它的另一個(gè)重要用途就是通過斷裂構(gòu)造所在均衡域的水均衡計(jì)算,預(yù)測斷裂的水通量；其三是允許用戶直接接受地理信息系統(tǒng)(GIS)的輸出數(shù)據(jù)文件和各種圖形文件,這個(gè)功能對(duì)于充分發(fā)揮具有強(qiáng)大空間信息處理與分析功能的GIS技術(shù)在數(shù)值模擬中的作用意義重大,也為開發(fā)研制地下水三維數(shù)值模擬與GIS耦合評(píng)價(jià)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 地下水?dāng)?shù)值模擬研究在廣西巖溶地區(qū)應(yīng)用的必要性

通過對(duì)地下水?dāng)?shù)值模擬的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，可知其可用于研究廣西的地下水資源，通過對(duì)其進(jìn)行實(shí)體的模擬，綜合利用廣西的地下水資源。

地下河作為一種集中水流有著許多值得關(guān)注的優(yōu)越性：第一，在大中型地下河天窗中抽水或者機(jī)井打中地下河管道，一個(gè)取水點(diǎn)一天就可以抽取數(shù)千噸至一萬噸以上的水量，可以作為大型干旱片或者城鎮(zhèn)供水的主要水源。第二，在地表水嚴(yán)重干旱又缺乏飲用水的桂西巖溶山區(qū)正巧是地下河最發(fā)育的地區(qū)或者說是大中型地下河的集中分布區(qū)。第三，地下河是地下水的一種特殊水流形式，他的開發(fā)能給人們帶來多方面的效益，特別是堵截地下河，建成地下水庫，蓄水于地下巖溶洞穴空間，不淹沒耕地，同樣能夠起到存儲(chǔ)水資源、調(diào)節(jié)洪水流量、飲水、發(fā)電、灌溉等綜合效益，同時(shí)還能大大改善峰叢洼地區(qū)的取水條件，增大取水量。還因?yàn)樵谳^大面積內(nèi)抬高石山區(qū)地下水位，有利于石漠化的治理和石山生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)與重建。第四，廣西用水最困難、貧困人口最集中的桂西北峰叢洼地區(qū)和桂西南峰叢谷地共有地下河153條，占廣西地下河總條數(shù)的42%，其枯季流量合計(jì)達(dá)108.7m3/s,占廣西地下河流量的62%，可見大型地下河主要分布于最缺水的地區(qū)。既是上述區(qū)域只有五分之一的地下河具備堵截建庫條件，其可供利用的最枯流量22m3/s,將能夠解決66萬畝農(nóng)田灌溉用水和70萬人飲用水困難。如果考慮地下水水庫調(diào)節(jié)水量的利用，則至少可以灌溉140萬畝耕地和解決150萬人飲水困難，加上個(gè)地下河流域內(nèi)天窗提水、引堤結(jié)合、飲水出洞等多傳給你形式的取水，其效益可再增大2被，足可解決上述地區(qū)的用水困難。

4 結(jié)論

綜上所述，對(duì)廣西巖溶地區(qū)進(jìn)行地下水?dāng)?shù)值模擬意義重大，通過對(duì)地下水進(jìn)行全面的研究，不但可以解決工程中的實(shí)際問題，而且可以解決廣西部分地區(qū)缺水問題，使廣西區(qū)內(nèi)的水資源利用得到平衡有序的發(fā)展。

鄧麗麗］