地下水模型始于现实化的概念模型;它是含水层系统的简化表达,同时应保持科学准确性。在地下水建模系统(GMS)中,概念模型会指导层结构、水力性质、边界条件以及源汇项设置,使其成为有条理的地下水模型。当概念框架构建得当时,数值建模会更容易保持稳定,也更便于说明;同时也能让建模人员对概念模型的合理性更有把握。

下面介绍在 GMS 中构建现实化概念模型的做法,以及会影响可靠性的常见错误。
构建现实化概念模型的做法
使用多种数据源建立地层
在 GMS 中建立水文地层层位时,应纳入所有可用的地下数据,包括钻孔、地图、剖面、地球物理数据和测井资料。使用 GMS 的 Boreholes、Horizons 和 Solids 等工具,可以把这些数据集整合到具有地质现实性的模型中,同时避免过度简化地质情况。
现实化模型应反映实际地下条件,这意味着既要表示材料之间的渐变,也要表示数据在 GMS 中揭示出的突变,例如尖灭、侵蚀面或断层。
建立反映实际条件的水文边界
GMS 中的边界条件应反映真实水文控制因素。可使用 MODFLOW 的 RIV、GHB、CHD、无流边界和补给等选项,但应只在数据支持时使用,而不是为了建模方便而使用。借助 GIS 和场地数据,河流、湖泊、补给区和地下水分水岭等要素应来自测绘或实测来源,以便准确定位。
这样可以在 GMS 中保留现实化过程,例如受地形控制的地下水分水岭、河流与含水层之间的水量交换,以及地表水和地下水的相互作用;同时可避免偏离现实,例如仅为了让模型保持稳定而插入定水头边界。
根据实测值或文献值赋予参数
在使用 GMS 时,水力传导系数、储水系数和补给应采用实测数据或已发表的取值范围,例如来自含水层试验、土壤和地质调查,或公开文献中的范围。参数分区应在地质显示材料类型发生变化的位置进行定义,并跟随岩性变化,以保持现实性,而不是在整个模型中应用统一取值。
在整个盆地中应用单一 K 值可能比较方便,但它可能误代表地下非均质性,并与现实地下行为存在较大偏离。
确保补给和排泄过程具有物理依据
在 GMS 中设置补给和排泄时,应以可说明的输入为基础,例如气候数据集、土地利用信息和区域补给研究。当补给模式与真实土壤和降水梯度关联时,其现实性和可靠性会更好。
相反,在整个流域中指定统一补给率是一种简化方式,往往会让模型偏离物理现实,导致 GMS 输出不现实的模型。
在数值模拟前验证概念模型
在 GMS 中,可先根据真实指标验证概念流向,从而在前期加强模型。这些指标包括区域地下水梯度、基流估算和历史水位过程线。能够反映水从较高水头向较低水头自然运动,并与区域趋势相符的 GMS 模型,可为可靠模拟奠定基础。
当 GMS 中的流动路径与观测条件相矛盾时,应在运行模拟前重新检查并调整,因为这表示模型需要修改。
准备开始使用 GMS,建立模型的起点在哪里?
在 GMS 中,概念模型不只是起点,也是可信 MODFLOW 分析的骨架。应把地质和水文建立在真实数据之上,并让 GMS 协助完成从概念到模拟的流程,从而支持建模工作。可开始使用 GMS 进行建模。