地下水流數值模擬的研究在廣西巖溶地區的實際應用

袁小林

（天津濟潤石油海運服務有限公司，中國 天津 300456）

地下水流數值模擬的研究在廣西巖溶地區的實際應用

袁小林

（天津濟潤石油海運服務有限公司，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。數值模擬方法是評價地下水資源量、模擬自然界一些水文地質過程發生和發展的主要方法和手段之一。結合地下水數值模擬，將其在廣西巖溶地區的應用加以說明，及其研究的必要性。

地下水流；數值模擬；巖溶地區；應用

1 廣西地下水概況

廣西陸地區域面積23.67萬km2，其中山地53.1%、丘陵21.7%、平原22.4%、水域2.8%。地勢總特點是西北高、東南低，沿海地帶低平，地形復雜。由于區內四周山嶺連綿、層巒疊嶂，形成周高中低之勢，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，溝谷切割強烈，地形坡度大，在基巖裂隙水分布去，其富水性往往與構造裂隙發育程度呈正相關，分布不均勻，呈網狀及條帶狀分布。桂北、桂東、桂南中地下水相對豐富，桂西、桂中的丘陵、盤地邊緣區地下水相對匱乏，盤地中心地段，多為巖溶峰從谷地，峰林平原，由于地勢低平，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，巖溶發育相對均勻，具有良好的儲水空間，特別是具有降水和側向基巖裂隙水的暗中補給，地下水埋藏較淺，水量豐富。

2 地下水流數值模擬的研究現狀

20多年來,隨著電子計算機和數值方法的發展,數值模擬逐漸取代傳統的模擬技術,成為研究地下水運動規律和定量評價地下水資源的主要手段,而且其發展趨勢已遠遠超出作為一種計算手段的原有范疇,成為模擬一些水文地質過程發生、發展的主要手段。

無論從理論上還是實踐上,對于多孔介質飽和帶中地下水流運動機理的認識是明確的,模擬飽和帶地下水流的模型是成熟的,應用也是最廣泛的。已有許多使用靈活的計算機軟件可供使用。近年來對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；流速場與流線的計算方法；非均質參數的區域概化；繁雜數據的優化處理。

目前進行區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,具有以下幾個主要的功能:其一是水質點的向前、向后示蹤流線模擬研究。根據地下水穩定流數據模擬結果,Modpath可方便地計算出三維流線分布和任意時間水質點的移動位置;其二是任意水均衡域的水均衡項的研究,Zone Budge是用于計算任意水均衡域均衡要素的專門模塊。用戶根據自己的研究目的和需要,可在模擬區域任意選定水均衡計算的均衡區,通過執行Zone Budge模塊,可方便地得到所選定均衡域和整個模型區的所有水均衡信息。該功能可幫助地下水資源研究者直接確定研究區的均衡項及其數值的大小。此外,它的另一個重要用途就是通過斷裂構造所在均衡域的水均衡計算,預測斷裂的水通量；其三是允許用戶直接接受地理信息系統(GIS)的輸出數據文件和各種圖形文件,這個功能對于充分發揮具有強大空間信息處理與分析功能的GIS技術在數值模擬中的作用意義重大,也為開發研制地下水三維數值模擬與GIS耦合評價奠定了堅實的基礎。

3 地下水數值模擬研究在廣西巖溶地區應用的必要性

通過對地下水數值模擬的研究現狀進行分析，可知其可用于研究廣西的地下水資源，通過對其進行實體的模擬，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注的優越性：第一，在大中型地下河天窗中抽水或者機井打中地下河管道，一個取水點一天就可以抽取數千噸至一萬噸以上的水量，可以作為大型干旱片或者城鎮供水的主要水源。第二，在地表水嚴重干旱又缺乏飲用水的桂西巖溶山區正巧是地下河最發育的地區或者說是大中型地下河的集中分布區。第三，地下河是地下水的一種特殊水流形式，他的開發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，同樣能夠起到存儲水資源、調節洪水流量、飲水、發電、灌溉等綜合效益，同時還能大大改善峰叢洼地區的取水條件，增大取水量。還因為在較大面積內抬高石山區地下水位，有利于石漠化的治理和石山生態環境的恢復與重建。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和桂西南峰叢谷地共有地下河153條，占廣西地下河總條數的42%，其枯季流量合計達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。既是上述區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66萬畝農田灌溉用水和70萬人飲用水困難。如果考慮地下水水庫調節水量的利用，則至少可以灌溉140萬畝耕地和解決150萬人飲水困難，加上個地下河流域內天窗提水、引堤結合、飲水出洞等多傳給你形式的取水，其效益可再增大2被，足可解決上述地區的用水困難。

4 結論

綜上所述，對廣西巖溶地區進行地下水數值模擬意義重大，通過對地下水進行全面的研究，不但可以解決工程中的實際問題，而且可以解決廣西部分地區缺水問題，使廣西區內的水資源利用得到平衡有序的發展。

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