岩溶基岩孔隙、裂隙、管道水流交换机理与三重空隙介质数值模型研究

Numerical simulation technique is an important tool for groundwater resources evaluation. Karst aquifer, with heterogeneity and complexity, usually consist of matrix, fracture and conduit medium. It could be improved as the numerical simulation technique in karst area continued to develop in the context of numerical technique have got increasingly mature. The main purpose of this study is to depict the water exchange mechanism of matrix, fracture and conduit medium. Then the problems exit on the real work will be discussed and the feasibility and practicality of the model will be analyzed. The FORTRAN language will be used to generate a new model by adding fracture module and adjusting conduit module on the basis of MODFLOW 2005. By adjusting the program repeatedly, the numerical model will be established to apply to karst aquifer.

数值模拟技术是当今地下水资源评价和研究的重要工具。岩溶地下水赋存于管道、裂隙和孔隙中，层流和紊流并存，地下含水空间高度集中且不均匀，表现为强烈的非均质和各向异性。在数值模拟技术日趋成熟的背景下，岩溶地区的地下水数值模拟技术不断发展且有待改进。本次研究拟在海洋-寨底基地，对岩溶裂隙流及其与相邻岩块、管道的交换机理展开研究，建立三重介质数值模型进行测试，分析其可行性和存在的问题。采用FORTRAN计算机语言，解析源代码，在已有模型的基础上，调整管道处理模块、增加导水裂隙模块，进行管道、裂隙和孔隙模型的嵌套运行。利用改编后的程序搭建典型研究区的三重空隙介质数值模型进行测试，根据测试结果调试程序，使模型能更准确模拟岩溶地下水流。

南方岩溶地区干旱缺水严重，成为我国严重的生态环境脆弱区之一。如何合理开发利用岩溶地下水资源是缓解西南岩溶环境问题的重要手段，岩溶基岩孔隙、裂隙、管道水流交换机理与三重空隙介质数值模型研究是急需解决的科学问题。本课题以广西海洋寨底岩溶地下河系统野外试验基地为平台，通过野外调查试验和物理模型相结合、物理模型和数学模型相结合，掌握研究区岩溶地下水渗流机理及多重含水介质水流交换机理，岩溶地下水层流、紊流转化规律，并基于多重岩溶介质管道流程序探索岩溶区水资源数值评价方法，改进岩溶管道补给量的计算方法和中宽裂隙的模型处理方法，改进CFP程序，探索岩溶多重介质水流与溶质运移模型耦合的方法。.选取典型区开展多重介质渗流试验并进行野外动态监测，选择峰丛谷地区、峰丛平原区、峰丛洼地区、表层岩溶带等不同类型区开展渗透试验6处，选取主要地下河管道开展示踪试验4处，开展野外裂隙-管道流交换带注水试验3处，监测不同岩溶含水介质水动力变化规律的水位、流量、降雨及水化学数据，不同介质间的水流交换特征。.搭建室内物理模型，研究多重介质中快速流（非达西流）与慢速流（达西流）相互转换规律，流量以及水力梯度的动态变化关系研究岩溶管道与基岩裂隙水流运动规律，流量与水力梯度变化与基岩裂隙率、管道形态特征以及介质间的水流交换有关，通过时间序列关系，得出快速流与慢速流的临界流量为0.8m3/s。.建立多重介质水流数值模型，进行水动力数值模拟与水资源评价；结合地表水模型与CFP程序建立了岩溶地下水系统水动力数值模拟模型，实现管道模拟、裂隙模拟、管道与裂隙交换模拟、落水洞与管道连接模拟等4种模拟模式。推进岩溶区数值模拟工作，为岩溶区水资源评价和合理开发利用提供科学依据。