MODFLOW岩溶暗河及出口的概化与模拟效果.pdf

第4 2卷 第4期2 0 2 3年 7月 地 质 科 技 通 报B u l l e t i n o f G e o l o g i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y V o l.4 2 N o.4J u l.2 0 2 3张子琦,许模,曹聪,等.MO D F L OW岩溶暗河及出口的概化与模拟效果J.地质科技通报,2 0 2 3,4 2(4):2 5 0-2 5 8.Z h a n g Z i q i,X u M o,C a o C o n g,e t a l.C o n c e p t u a l i z a t i o n a n d n u m e r i c a l s i m u l a t i o n o f a k a r s t s u b t e r r a n e a n r i v e r a n d i t s o u t l e t s u-s i n g MO D F L OWJ.B u l l e t i n o f G e o l o g i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,2 0 2 3,4 2(4):2 5 0-2 5 8.基金项目:国 家 自 然 科 学 基 金 项 目(4 2 0 7 2 2 8 3;4 1 5 0 2 2 3 7);地 质 灾 害 防 治 与 地 质 环 境 保 护 国 家 重 点 实 验 室 自 主 课 题(S K L G P 2 0 1 7 Z 0 1 4);高速铁路轨道技术国家重点实验室开放基金项目(2 0 2 1 Y J 0 5 2);重庆市地下水资源利用与环境保护实验室开放课题(MX-3 1 3 8 N C_2 0 1 9 1 1 1 3_1 0 4 2 4 4)作者简介:张子琦(1 9 9 6),男,现正攻读地质资源与地质工程专业博士学位,主要从事工程水文地质方向研究工作。E-m a i l:z h a n g z i q i s t u.c d u t.e d u.c n通信作者:夏 强(1 9 8 2),男,副教授,主要从事工程水文地质、地下水数值模拟等的教学与科研工作。E-m a i l:x i a q i a n g 2 0 1 2c d u t.e d u.c n E d i t o r i a l O f f i c e o f B u l l e t i n o f G e o l o g i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y.T h i s i s a n o p e n a c c e s s a r t i c l e u n d e r t h e C C B Y-N C-N D l i c e n s e.MO D F L OW岩溶暗河及出口的概化与模拟效果张子琦1,许 模1,曹 聪2,3,张 强1,夏 强1(1.成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,成都 6 1 0 0 5 9;2.重庆市地质矿产勘查开发局南江水文地质工程地质队,重庆 4 0 1 1 4 7;3.重庆市地下水资源利用与环境保护实验室,重庆 4 0 1 1 4 7)摘 要:在MO D F L OW的三维渗流模拟程序集中,C o n d u i t F l o w P r o c e s s(C F P)模块已被广泛用于模拟岩溶含水层中的管道流,是岩溶地下水流模拟的重要工具。使用C F P模块概化暗河管道时,暗河出口的概化有2种方案:将暗河出口设置在管道模型中(F H方案)或等效多孔介质中(D r方案),其模拟效果有待评价。以重庆缙云山姜家龙洞暗河为例,建立了考虑管道流的地下水流数值模型,分别使用2种方案概化了暗河出口,对比分析了稳定流和非稳定流的模拟结果。结果表明:以排水沟(D r a i n)模块概化暗河出口的D r方案,暗河管道的上游段排泄地下水,下游段反而补给含水层,最终在排水沟单元排泄,而定水头(F i x H e a d)概化的F H方案则准确模拟了暗河全段汇集地下水并在出口排泄出含水层的实际情况。进一步的水均衡分析揭示了模拟差异产生的原理。在模拟岩溶区地下水向暗河管道汇集的水文过程时,如果使用C F P概化管道,则宜配合使用C F P中的定水头边界概化暗河出口。关键词:岩溶管道;管道-等效多孔介质耦合模型;MO D F L OW-C F P;暗河2 0 2 3-0 1-1 7收稿;2 0 2 3-0 4-2 9修回;2 0 2 3-0 5-0 4接受中图分类号:P 6 4 2.2 5 文章编号:2 0 9 6-8 5 2 3(2 0 2 3)0 4-0 2 5 0-0 9d o i:1 0.1 9 5 0 9/j.c n k i.d z k q.t b 2 0 2 3 0 0 2 7 开放科学(资源服务)标识码(O S I D):C o n c e p t u a l i z a t i o n a n d n u m e r i c a l s i m u l a t i o n o f a k a r s ts u b t e r r a n e a n r i v e r a n d i t s o u t l e t s u s i n g MO D F L OWZ h a n g Z i q i1,X u M o1,C a o C o n g2,3,Z h a n g Q i a n g1,X i a Q i a n g1(1.S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f G e o h a z a r d P r e v e n t i o n a n d G e o e n v i r o n m e n t P r o t e c t i o n,C h e n g d u U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y,C h e n g d u 6 1 0 0 5 9,C h i n a;2.N a n j i a n g H y d r o g e o l o g y E n g i n e e r i n g G e o l o g y T e a m o f C h o n g q i n g G e o l o g y a n d M i n e r a l E x p l o r a t i o n a n d D e v e l o p m e n t B u r e a u,C h o n g q i n g 4 0 1 1 4 7,C h i n a;3.C h o n g q i n g L a b o r a t o r y o f G r o u n d w a t e r R e s o u r c e s U t i l i z a t i o n a n d E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n,C h o n g q i n g 4 0 1 1 4 7,C h i n a)A b s t r a c t:O b j e c t i v eI n t h e s e t o f 3 D s e e p a g e s i m u l a t i o n p r o g r a m s o f MO D F L OW,t h e C o n d u i t F l o w P r o c e s s(C F P)m o d u l e h a s b e e n w i d e l y u s e d t o r e p r e s e n t k a r s t c o n d u i t s a n d k a r s t a q u i f e r s a n d p r o v i d e s a n i m p o r t a n t t o o l f o r g r o u n d w a t e r s i m u l a t i o n i n k a r s t a r e a s.M e t h o d sWh e n u s i n g C F P m o d u l e t o c o n c e p t u-第4期张子琦等:MO D F L OW岩溶暗河及出口的概化与模拟效果a l i z e t h e s u b t e r r a n e a n r i v e r c o n d u i t s a n d t h e i r o u t l e t s,t h e r e a r e t w o s c h e m e s f o r t h e c o n c e p t u a l i z a t i o n o f t h e o u t l e t s:s e t t i n g t h e s u b t e r r a n e a n r i v e r o u t l e t i n t h e c o n d u i t m o d e l(F H s c h e m e)o r i n t h e e q u i v a l e n t p o r o u s m e d i u m(D r s c h e m e),w h o s e s i m u l a t i o n e f f e c t s a r e t o b e e v a l u a t e d.I n t h i s p a p e r,a g r o u n d w a t e r n u m e r i c a l m o d e l w i t h c o n d u i t f l o w w a s c o n s t r u c t e d,t a k i n g t h e J i a n g j i a S u b t e r r a n e a n R i v e r i n J i n y u n M o u n t a i n,C h o n g q i n g a s a n e x a m p l e.T h e o u t l e t s o f t h e s u b t e r r a n e a n r i v e r w e r e c o n c e p t u a l i z e d b y t h e a f o r e m e n t i o n e d t w o s c h e m e s,a n d t h e n t h e d i f f e r e n c e s b e t w e e n t h e s u b s e q u e n t t w o s i m u l a t i o n s w e r e a n a-l y z e d a n d c o m p a r e d.R e s u l t sT h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e F H s c h e m e i s b e t t e r t h a n t h e D r s c h e m e.T h e f i x e d h e a d s e t t i n g i n t h e F H s c h e m e c a n a c h i e v e t h e e f f e c t o f g r o u n d w a t e r d i s c h a r g e i n a l l s e g m e n t s o f t h e s u b t e r r a n e a n r i v e r,w h i l e t h e d r a i n s e t t i n g i n t h e D r s c h e m e o n l y d i s