文档介绍：地下水系统数值模拟的研究现状和发展趋势
郝治福，康绍忠
(中国农业大学中国农业水咨询题研究中心 )
目前地下水系统数值模拟方法要紧有有限差分法 (FDM) 、有限单元法 (F
EM) 、边界元法 (BEM) 和有限分析法 (FAM) 等。 20 世纪 60 年代中期以来，随着快速大容量电子运算机的显现和广泛应用，数值运算方法在地下水资
源分析评判中得到逐步推广，具有明显的通用性和广泛的适用性。专门近
十几年，地下水系统数值模拟取得了长足进步。
一、国外地下水系统数值模拟研究现状
目前，国外该领域的研究要紧针对数值模拟法的薄弱环节，提出新的
思维方法，采纳新的数学工具，分析不同尺度下的变化情形，合理地描述
地下水系统中大量的不确定性和模糊因素。
1、该领域科学家在地下水系统数值模拟的工作程序、步骤方面达成了
一致，强调对水文地质条件合理概化的重要性，并深入探讨尺度转换咨询题和量化不确定因素咨询题。
按照 Anderson 等提出的工作程序，要建立一个正确且有意义的地下水系统数值模型，应进行以下工作：确定模型目标，建立水文地质概念模型，建立数学模型，模型设计及模型求解，模型校正，校正灵敏度分析，模型验证和预报，预报灵敏度分析，模型设计与模型结果的给出，模型后续检
查以及模型的再设计。 Ewing 提出地下水污染流模拟和建模需要强调 3 个方面的咨询题：①有效地模拟复杂的流体之间以及流体与岩石之间的相互作
用； ②必须进展准确的离散技术，保留模型重要的物理特性；③发挥运算机技术体系的潜力，提供有效的数值求解算法。针对 Newman 等的估量， Wood 提出了二维地下水运动有限元运算的时刻步长条件。 Kim 等对抽取地下水造成的 noordbergum effect (reverse water level fluctuation) 现象进行
数值模拟，阐述了其机理性缘故。 Scheibe等分析了在不同尺度下的地下水流及其运移行为。 Ghassemi指出三维模型能够详细讲明含水层系统的三维
边界条件以及抽水应力情形，而二维模型就不能恰当处理。 Porter 等指出 D
FM (data fusion modeling)能够量化各种各样的水文学、地质学和地球物理学的数据及模型的不确定性，能够用于地下水系统数值模拟的数据整合和
模型校准。 Mazzia 等提出专门的数值方法用于求解重盐地下水运移模拟的
二维非线性动力学操纵方程，成效专门好。 Li Shu-guang等指出数值模型
还不能解决预报的不确定性因素咨询题，并开创性地提出一种随机地下水
模型，能够解决均值分布和小尺度过程的不同尺度咨询题。 Mehl 等提出二
维局部网格细分法的有限差分地下水模型，提供了新的插值和错误分析的
方法。模拟结果的可靠性得到了提升。
2、国外开发了许多功能多样的地下水系统数值模拟软件，以其模块化、
可视化、交互性、求解方法多样化等特点得到广泛的使用，专门 MODFLO
W ，据美国地质调查局统计， MODFLOW 几乎占地下水系统数值模拟软件
总应用次