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地下水是我国城市生活和工农业用水的重要供水水源。一些地区由于地下水的长期超量开采引起地面沉降等地质环境问题,造成了巨大的经济损失,制约了地区经济的可持续发展。严峻的形势对地下水资源评价与管理提出了新的要求——地下水资源评价必须与地面沉降过程相结合,以达到通过对地下水流数值模拟更为准确更为真实地反映地下水资源的目的。
论文根据孔隙地下水系统的土层压缩机制与孔隙地下水的三维渗流原理,研究了土层压缩模型与孔隙地下水流三维数值模拟模型及其耦合的方法,构建了面向土层压缩变形的孔隙地下水流三维有限差分数值模拟模型。研究了含水层与隔水层随着水位的变化在垂向上的变形情况。根据含水层与隔水层随着地下水开采量增大,地下水位的下降,导致含水层与隔水层压缩的具体情况,研究孔隙地下水流三维数值模拟空间离散垂向剖分步长的变化。针对孔隙地下水系统中各个含水层与隔水层空间分布不连续、不均匀以及顶底板曲面不规则的实际情况,研究了采用不规则六面体空间离散格网(上下面不平行)对含水层与隔水层进行空间离散方法,解决了孔隙地下水流三维有限差分数值模拟过程中,三维空间离散格网随含水层与隔水层的厚度变化而变化的问题,保证三维空间离散格网中含水层与隔水层一元性的问题,大幅度提高了孔隙地下水流三有限差分数值模拟过程参数赋值的精度与模型以别的效率。
模拟层的空间结构、边界条件、水文地质参数分区与地下水动念特征等是描述面向土层压缩变形的孔隙地下水流三维数值模拟水文地质概念模型的核心要素,均通过对水文地质、工程地质资料的综合分析获得。针对控制性水文地质钻孔、模型计算参数等数据不足与空间分布不均匀的特点,研究了满足模型条件的空间离散参数的空间插值与重采样方法,可采用反距离加权空间插值算法,基于GIS平台实现对模拟区域描述含水层与隔水层空间结构的属性数据、模型计算参数与模型的初始水位的重采样,有效地解决了模型参数的自动赋值问题。
在分析研究试验样区水文地质与工程地质资料的基础上,构建了试验样区面向土层压缩变形的孔隙地下水流三维有限差分数值模拟的概念模型与数学模型及其求解方法。采用实测的地下水动态数据对模型进行了验证,达到了孔隙地下水流三维有限差分数值模拟的精度。