錦州大小凌河扇地下水模型邊界處理探討

1、錦州大小凌河扇地下水模型邊界處理討論摘要根據(jù)大、小凌河扇地的自然地理概況和區(qū)域地質(zhì)地貌特點，對錦州大小凌河扇進展分析，討論其地下水模型邊界的處理方法，對地下水模擬具有一定的參考意義。關(guān)鍵詞大小凌河扇；地下水；模型；邊界條件；處理；遼寧錦州隨著計算機技術(shù)的高度開展和數(shù)值模擬技術(shù)的不斷完善，計算機數(shù)值模擬技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于水文地質(zhì)學。近年來一批技術(shù)成熟的模型軟件得以在地下水工程中應(yīng)用，并以其良好的前后處理功能，使得模型軟件更快普及1-2。目前比擬流行的地下水數(shù)值模擬軟件有：ikeShe、GS、Visualdfl、Fefl、Pin、GrundaterVistas等3-4。1邊界條件概述模型設(shè)計中正

2、確選擇邊界條件是極其關(guān)鍵的一步，穩(wěn)定流模擬中，邊界條件根本決定了水流的類型。非穩(wěn)定流模擬中，水位下降濃度變化影響到邊界時，邊界條件會影響到模擬的解，邊界條件不適宜將會導致模擬結(jié)果出現(xiàn)錯誤。邊界條件有3種形式：給定水頭邊界，也稱第一類邊界條件或Dirihlet條件，即研究區(qū)某一局部邊界上個點在每一時刻水頭。給定流量邊界，也稱第二類邊界條件或Neuann條件，即某一局部邊界上單位面積上流量?；旌线吔鐥l件，也稱第三類邊界條件。2區(qū)域概況2.1自然地理概況大、小凌河扇地是遼寧省西部地下水最豐富的地區(qū)，也是水文地質(zhì)條件較為復雜的地區(qū)。研究區(qū)范圍見圖1。區(qū)域內(nèi)有大凌河、小凌河2條河流。大凌河發(fā)源于凌源縣打

3、鹿溝，經(jīng)大凌河鎮(zhèn)，右屯衛(wèi)入遼東灣，區(qū)內(nèi)長度62k。2000年以來年平均徑流量9.73億3。小凌河發(fā)源于朝陽縣助安喀拉山，經(jīng)門家窩鋪，集中在何屯南注入遼東灣，區(qū)內(nèi)長度41k。多年平均徑流量3.87億3。2.2地質(zhì)地貌該區(qū)位于下遼河平原西南部，為大凌河、小凌河及渤海遼東灣沉積而成的沖洪積、沖海積平原，地勢廣闊、平坦，西北高、東南低。大、小凌河扇地主要由大、小凌河沖洪積物和濱海的沖海積物堆積而成。不僅分布面積廣、厚度大，而且?guī)r相變化大，成因類型復雜，層位齊全?？傆^第四系沉積物巖性，以粗粒沉積為主，多為砂礫石、砂礫卵石，掩伏于地表細粒沉積之下。其變化如下，程度方向上，北部大、小凌河扇頂區(qū)砂礫卵石粒徑大

4、，厚度也大，向東南、南至扇的前緣和濱海平原粒徑和厚度逐漸減小5。東西方向變化不十清楚顯。垂直方向上，下粗上細。中下部均為砂礫石、砂礫卵石。上部為砂、亞砂土、亞黏土或互層。地表出露巖性，除河床為砂礫石外，皆為細粒的粉細砂、亞砂土、亞黏土。2.3水文地質(zhì)條件河流由山區(qū)流入平原后，水力減弱，所攜帶的粗顆粒物質(zhì)在山前地帶大量沉積下來，形成粒度粗、厚度較大的沉積物，為地下水的賦存提供了極好場所。加之表層多為砂性土，黏性土斷續(xù)分布，未形成較厚的隔水層，有利于大氣降水、河流、渠道滲入補給。此外，西部山區(qū)地表水流和基巖地下水多排泄于山前堆積物中，故在山前地帶形成極強富水帶。沿著沉積方向，粒度變細，層次增多，補

5、給條件變差，富水性逐漸減弱。在兩扇的左右兩翼近山前地帶，因含水層厚度變小，富水性較差。西北山前平原的后緣大凌河扇地的頂部及小凌河扇地及兩扇扇間地帶，主要為沖洪積砂礫石、礫卵石、富水均勻水量極豐富的潛水微承壓水含水層，上部覆蓋著亞黏土、亞砂土夾砂層，厚度310，下伏基巖為太古元古代混合巖、混合花崗巖、石英巖及第三系泥巖、砂礫巖。山前為潛水，向南東逐漸變?yōu)槲⒊袎核?。大凌河扇的中部，主要為沖洪積砂礫石、礫卵石、富水均勻水量豐富至極豐富的淺層承壓水，表層覆蓋巖性為黏性土，厚1025，構(gòu)成淺層承壓水頂板。底板埋深4075。由西北向東南傾斜，呈單斜構(gòu)造。大凌河扇地前緣及東翼一帶，顆粒變細為砂礫石夾砂層，富

6、水性變?nèi)?。下轉(zhuǎn)第251頁上接第249頁3研究區(qū)邊界的處理3.1AB邊界外邊界為山丘區(qū)，由于下遼河平原第三系形成斷陷盆地，之后的第四系坳陷，使得山區(qū)平原交界處裂隙水不明顯，因此可以認為是隔水的。但是由于靠大、小凌河扇一側(cè)的山區(qū)有匯水，還是會有一局部側(cè)向補給，因此這局部山區(qū)匯水可以作為研究區(qū)的側(cè)向補給量，因此以此邊界作為定流量邊界。3.2B、AE邊界B、AE邊界分別為大、小凌河，由于大小凌河扇扇區(qū)地層由沖洪積砂礫石、礫卵石組成，浸透系數(shù)很大，大小凌河與扇區(qū)地下水有明顯的交換，因此這2個邊界可以作為定水位邊界處理。3.3D邊界D邊界是大小凌河扇與海之間的咸淡水分界面，可以作為零流量邊界。盡量不要用

7、海水位作為定水位邊界，因為海水位受潮汐影響，很難用一個固定水位值作為邊界條件的水位值，而且潮汐水位觀測根本上觀測的是潮汐的最高與最低水位值，如何來概化海水水位合理很難確定。而咸淡水分界面是零流量的，相對而言水比擬穩(wěn)定。3.4DE邊界大小凌河扇的外緣也是9地下水埋深等值線，主要以細沙泥土夾層為主，地下水運動明顯緩慢，可以作為定水頭邊界。雖然是人為邊界，但是由于處于沖擊扇外緣，浸透系數(shù)很小，為0.2/d，而且經(jīng)過多年地下水水位動態(tài)資料觀察，邊界處地下水水位穩(wěn)定，假如附近沒有新增加大的取水設(shè)施，邊界是穩(wěn)定的，可以作為第一類邊界處理。3.5下邊界根據(jù)大小凌河扇水文地質(zhì)情況，第四系上更新統(tǒng)Q1頂部有1層

8、完好的黏土夾層，厚度35，成為一個穩(wěn)定的隔水層，可以作為模型的下邊界。4結(jié)語隨著數(shù)值模擬技術(shù)的開展，模型越來越廣泛的應(yīng)用，邊界條件的概化是影響模型精度的關(guān)鍵步驟。筆者通過對錦州大、小凌河扇水源開采區(qū)水文地質(zhì)條件的分析，討論確定模擬邊界條件的概化方法。邊界選取的穩(wěn)定性是首要目的，用于預測將來水資源狀況的模型，最好要用天然邊界。臨海的邊界盡量選用咸淡水交界面作為零流量邊界，海水位作為定水頭邊界，有待商榷。5參考文獻1張洪霞，宋文.地下水數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀與展望J.水利科技與經(jīng)濟，2022，1311：794-796.2郭曉東，田輝，張梅桂，等.我國地下水數(shù)值模擬軟件應(yīng)用進展J.地下水，2022，324：5-7.3封麗華，向永，潘孔釗.Visualdfl建模應(yīng)用與討論水文地質(zhì)與水資源評價標準化數(shù)值模擬軟件交流J.新疆地質(zhì)，2022，223：275-277.4徐艷杰，常利武，黃會平.FEFL在地下水數(shù)值模擬中的應(yīng)用J.華北水利水電學院學報，20222：