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地下水环境影响评价中数值模拟的关键问题讨论

文章正文
发布时间:2024-07-12 05:56


2.2 初始流场的建设

建设三维地量模型后,将边界条件、水文地量 参数和初始水头输入模型后,便可停行水流模型 的计较。数值法求解地下水非不乱运动问题须要 给出初始条件,即各节点初始时刻的水头。应付 网格剖分后造成的宏壮数宗旨节点,真际的水位 不雅视察数据显然无奈满足需求。因而但凡的办理方 法是操做不乱流计较获得模拟区的自然流场,依 据真际不雅视察水位停行调参、反演和拟折工做以获 得能够反映地下水流场特征的初始水头。此历程 中的要害点正在于边界条件及参数的输入、调参技 巧和参数反演取模型验证。

(1)边界条件及参数的输入。应付边界条件, 正在真际收配中要害正在于进步边界赋值的精度和量 质,以河流作定水头边界为例,正在河道坡降比较小 且边界较短时可赋予同一定值,否则应沿河流进 止线性插值,FEFLOW 供给指定两点水头主动线 性插值的罪能,正在运用时应留心应付水头差较大 的状况宜分段停行插值,并斗劲节点的高程停行 检查,防行显现水头高于地表的状况。正在参数输 入时,浸透系数、给水度和孔隙度等含水层特征参 数应运用野外试验和室内土工试验参数,正在量料 有余时可先用经历参数与代。而降雨质、蒸发质 等源汇项参数可参考区域气象量料且精度应抵达 多年月均匀级别,防行运用常质。另外应依据水 文地量量料和真际野外盘问拜访状况折法的各种参数 停行分区,那是表达非均量性的次要门路,正常以 水文地量图为根原停行分区便可,但正在图件量料比例尺较小或某评估区非均量性较强时,需出格 重视野外盘问拜访结果的综折阐明。图5为湖南某工 程浸透系数分区状况,分区按照起源于野外盘问拜访。


图5参数分区示用意

(2)模型的校准。由于地量体的非间断、非 平均特点,模型中的各种参数远远无奈表达一淘 含水层的自身特性,正在此状况下须要对模型停行 校准,通过参数的调解来寻找某个等效值,从而使 运用等效值的含水层整体特性迫临真正在的含水层 特性,即模型校准是一个调解模型输入参数,曲到 模型输出变质(或因变质)取野外不雅视察值抵达适当 婚配程度的历程,正常分为正演和反演两大类。正在真际工做中正演试错法是最罕用的办法,它并 无通用的执止范例,对调参经历和水文地量认识 要求高,须要统不雅观模型的各个方面,当参数组折较 多时整个历程十分冗长复纯,原文仅依据经历就 水流模型的校准总结如下:① 调参筹备。明白待 校准的参数数质及调解领域,次要对象是正常入 渗补给质和浸透系数,此中浸透系数是要害。此 外还应设置好折法的水位不雅视察点,具体记录调解 历程、各不雅视察点的水位厘革及模型水均衡状况。② 调参历程。整体历程分为前中后三期。前期 可运用单因子调参准则和大跳跃的参数间隔,即 每次只扭转某一参数且调解幅度可成倍以至成数 质级厘革,次要宗旨是相熟模型根柢状况,宏不雅观掌 握各参数的敏感性,确定重点调参对象;此后便可 进入调参中期,可同时调解两个以至三个参数,确 定它们彼此间的相对大小干系,调解幅度正常不 显现数质级厘革,次要任务是正在明白各参数相对 干系并缩小参数调解值域;最后进入调参后期,正在 维持参数间相对干系的前提下停行精密化微调, 调解幅度以参数值的10%以至更低为基准线,以 求得牢靠的参数组折。须要留心的是,整体趋势 的拟折比单点的拟折精度更为重要。③ 阐明思 路。正在调参历程中确定调解标的目的是要害,应细心 阐明每个不雅视察点的厘革状况,从补给质和浸透性 着手确定调解方案,如正在第四系孔隙水仅承受大 气降雨补给时,若孔隙水模拟水位偏低可思考删 大降雨入渗补给、调低第四系垂向入渗或调低下 层含水层浸透性;正在第四系孔隙水取河流边界有 水力联络时,若孔隙水模拟水位偏低则可思考删大转化系数。另外可按如真际状况对地量模型、 网格剖分、边界条件和参数分区等作折法的调解。④模型设置。模型中形式设置对计较结果映响极 大,此中最要害的是潜水面形式的设置。FEFLOW 对潜水面的办理方式有 Free和 Phreatic 两种。此中Free形式只模拟饱和局部,折用于地 下水水位只正在某一层内厘革的状况,对潜水面陡 变的情景不太折用;而Phreatic形式允许单元变 干或局部饱和,折用于地下水位梯度较陡且凌驾 多层的情景。值得留心的是,彻底折用于Free模 式的情景较为少见,Phreatic形式同样可用于 Free形式下问题的求解,尽管计较质大、支敛相 对艰难,但其计较精度高且支敛后的水均衡状况 好,可劣先思考运用。另外对于能否约束水位正在 顶底面之内的设置,应依据真际状况停行动态调 整,如模拟抽水情景时,某一层的水位低于其底板 属一般状况,则不应停行约束。对于参数的反演, 原量上是多目的函数求最劣解问题,目前国际上 已有若干水流模型主动参数识别步调,如 FE- FLOW 自带的 PEST 步调。须要留心的是主动 调参是参数数值上的调解其真不波及参数构造,一 初步就运用很难与得折意的结果,而正在正演的中 后期,停行参数微调时运用成效较好。

(3)模型验证。当完成校准工做后需对结果 停行验证,次要起因是模型校准是一个非惟一性 的历程,即不少参数组折可能显著差异,但均能提 供取不雅视察值划一折法婚配的模拟结果。正常应从 水位、水动态和水均衡三方面停行验证。然而正在 真际名目中,受数据限制根柢上仅生长了基于水 位的验证工做,但对非不乱流模拟来说,仅用不乱 流数据校准是远不够的,当未丰裕验证的模型加 载各种水质、水量工况并停行非不乱流计较时,模 型可能显现水动态异样、水均衡失稳、溶量浓度出 现较大负值、溶量迁移轨则鲜亮舛错和模型求解 超出误差领域取迭代次数等各种问题。故正在量料 偏少的状况下,依据专业经历针对水动态和水均 衡生长半定质以至定性的验证工做仍十分必要, 可虚拟一定数质的水位不雅视察点,记录各种边界条 件、各含水层、重要区域和模型整体的水均衡情 况,调解模型为非不乱流并输入动态降雨数据,运止 若干年并对水动态和水均衡数据停行专业判读。

3工况情景的设想取真现

3.1弥散度

弥散度是钻研污染物正在土壤及地下水中迁移 转化轨则的重要参数之一,弥散度跟着溶量运移 距离和钻研问题尺度删大而删大的景象称为多孔介量水动力弥散的尺度效应。应付组成水动力 弥散尺度效应的起因,目前趋于一致的观点是野 外条件下介量的不平均性组成为了室内试验结果取 野外试验结果之间的弘大差别。目前正常不引荐生长弥散试验工做,弥散度 参数可参照GelharLW 等对世界领域内所支 集的59个大区域弥散量料停行的整理阐明结果 确定模型所对应的参数级别,正在风险最大化准则 下停行与值。

3.2污染源设置

对于工况情景的设想,思考防渗和工况两种 因素将其分为四种情景,见表2。此中情景1、3 模拟意义相似,但情景1可正在一定程度上验证长 期渗漏的状况下防渗层的牢靠性,故正常选择情 景1停行模拟,另外情景2、4划分代表历久低质 和短期高质污染下的环境风险,应做为重点模拟 情景。

将各种工况情景中的污染泄漏地点、污染物 类型、浓度和总质输入溶量模型后便可执止计较, 而污染物总质的控制和污染源强的描写是此中的 要害问题。污染物总质的控制有两种真现方式:

①办法 1。可给取批改入渗补给质并设置定浓度边界的 办法,行将泄漏区每天的入渗补给质批改为污染 物每天泄漏的体积,并将泄漏区设置为定浓度边 界,浓度与污染物正在污水中的浓度。

②办法2。给取设置灌水井并施加注入浓度的办法,行将污 染物每天泄漏的体积换算到泄漏区的每个节点 上,将所有节点设置为灌水井并指定注入浓度为 污染物浓度。

上述两种办法通过控制总体积和浓 度来描写污染物总质,值得留心的是,两种办法均 有一定的缺陷和折用领域。正在不思考空中工程场 地的固化状况下,办法1扭转了泄漏区的入渗补 给质,当泄漏区面积相应付模拟面积不成疏忽时, 需慎用办法1。而应付办法2来说,面状污染源 的节点数较宏壮,全副设置为灌水井后将对水流 模型的求解孕育发作较大映响,此办法对网格的剖分、 灌水井个数及灌水质等问题有着较高的设想要 求。正在真际工做中,应依据详细状况停行选择,必 要时可停行多次试算来帮助判断。

对污染源强来说,将污染区设置为定浓度边 界后即为间断源强,而持续源强的控制办法是利 用光阳序列加上边鸿沟制条件。需留心的是光阳 序列中的值代表的是赋值收配,并非为进入地下 水中的污染物浓度值,故须要施加限制条件以解 决此问题,即限制泄漏区领域内地下水中污染物 浓度最小值为零以使得赋值收配失效。另外正在间 断光阳点前后插入间隔较小的光阳点,有助于模 型的求解。