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摘 要：通过地下水数值模拟在地下水环评中的应用，介绍地下水数值模拟技术方法，并重点分析了其應用的主要思路，同时指出应用时应该注意的主要问题。
关键词：GMS 地下水数值模拟 地下水环评
建设项目环境影响评价中，地下水环境影响评价是其中重要的一个环节，地下水环境影响主要包括地下水开采造成的水位下降影响，与污染物入渗影响。由于造成地下水环境问题的污染程度难判断，水位及污染物发展趋势预测困难，且污染后具有修复困难的特点，因此在地下水环境影响评价中能够准确的分析建设项目对地下水环境的影响，并制定相应的预防及应急处理措施尤为重要。
一、研究区域地理概况
1.研究区域地理位置
研究区域位于喀左县全称喀喇沁左翼蒙古族自治县，位于北纬40°47′12″至41°33′53″，东经119°24′54″至120°23′24″之间，南北长10.3公里，东西宽3.088公里，总面积31.8平方公里。喀左县是辽宁省朝阳市下辖的唯一一个蒙古族自治县，地处辽宁省西部朝阳市南部、大凌河上游的丘陵地区，东临朝阳县，西靠凌源市，南接建昌县，北连建平县，是辽冀蒙三省交汇地带。
2.气候、水文状况
喀左地处温带半干旱西辽河州向暖温带半湿润冀北山地过渡地带，属大陆性季风气候。主要气候特点：春季少雨多旱风，夏季炎热雨集中，秋季晴朗日照足，冬委寒冷降雪稀。年平均气温为 8.7℃，境内南北气温相差1.5℃，年均降水量为491.5毫米左右，整个植物生长期（4-9份）的降水量为451.6毫米左右，占全年降水量的92%。平均日照时数为2807.8小时，平均无霜期144天。
喀左境内有大小河流百余条，主干河为大凌河，从建昌县流入，自南向北注入朝阳县，蜿蜒境内78.55公里，主要支流有榆河、蒿桑河、渗津河、牤牛河、芍药河。
二、地下水模型
地下水数值模拟软件很多，应用比较广泛的有GMS、visual modflow、feflow、mike she等，GMS是一个地下水数值模拟软件的集成系统，它把modflow、modpath、mt3dms、femwater、seep2d、utchem、rt3d、modeam等地下水数值模拟软件集成在同一环境下，辅以统一的模型构建、参数赋值、地质统计、结果分析等前后处理功能，利于使用者可以方便快捷地进行数值模拟计算。
1.环境影响评价中地下水模型的构建
地下水环境影响评价中模型的构建主要包括收集有关资料确定模拟范围、建立地下水系统概念模型、建立地下水系统数学模型、建立数值模拟模型、模型的识别和调参、预报、建立环境影响预防及事故处理方案。
2.地下水模型计算方法
根据水文地质概念模型，非均质、各向同性、二维、潜水非稳定地下水流系统，可用如下定解问题来进行描述：
式中：
-分别为含水层水位和底板标高（m）；
， -分别为含水层的补给强度和排泄强度（m/d）；
-第二类边界单宽流量（m2/d）；
-渗透系数（m/d）；
-初始水位（m）；
-第一类边界点水位（m）；
-潜水含水层储水系数（给水度）；
描述三维非稳定地下水流系统中 k 组分污染物的存在和运移偏微分方程为：
：k组分的溶解相浓度， ；
：地层介质的孔隙度，无量纲；
：时间， ；
：沿直角坐标系轴向的距离，L；
：水动力弥散系数张量， ；
：孔隙水平均实际流速， ；它与单宽流量存在如下关系
；
：单位体积含水层流量，它代表源（正值）和汇（负值）， ；
：源和汇水流中k组分的浓度， ；
：化学反应项， 。
三、加油站为例进行地下水模拟
1.模拟软件模块的选择
模拟软件选择GMS，其中地下水水流的模拟采用modflow模块，由于加油站主要的污染是正常及非正常工况条件下的油的泄漏，为非水相流体（NAPL ），采用多相流，多反应组分流体传输的模型UNCHEM。
2.研究区剖分及水文地质参数
计算区面积为31.8平方公里，利用GMS的3D GRID模块实现网格剖分。共剖分矩形网格单元5576个，每个单元个面积70.6*81平方米。如图：
网格剖分图 参数分区图
本次计算所采用的参数有渗透系数、给水度、降水入渗系数等参数，主要是根据区内勘察和现有资料确定，根据参数分布规律和渗流场特征，对各项参数进行分区。
降水入渗系数的大小与包气带岩性、地下水埋深、降水量、降水强度、降水前土壤含水量、地形地貌、地面植被等因素有关，前两者起主导作用。通过对这些因素分析，将研究区分为4个参数分区，参数取值见表1：
表1 模型参数取值
3.模型识别与验证
由于对目的层的水文地质条件有比较清楚的认识，水文地质参数初值范围也比较客观，通过细致的调参拟合，模型识别取得了较好的结果，流场拟合见下图1。计算流场与识别流场基本相同。
4.地下水污染预测
项目为一加油站经营企业，储油罐非正常工况主要是指装置区硬化面或防渗层出现破损、管线因腐蚀原因出现漏洞等情景。
假定项目区出现非正常工况条件下地下水污染事故，泄漏的油类物质进入含水层，与地下水混合。经分析，区域污染物初始浓度为6500mg/L，假定预测期间污染物浓度保持不变。对项目区污染物进行为期5年、10年、15年、20年、30年的预测。影响范围及影响距离预测见表2。
表2 影响范围及影响距离一览表
四、结语
应用数值法进行地下水环境影响预测，首先要了解各个地下水数值模拟软件的针对性，选择适合相应项目的软件模块，这是数值模拟正确与否的前提。水文地质概念模型搭建的好坏是模型是否能够做到仿真的关键，要通过详细的水文地质资勘察、水文地质资料分析，搭建接近原地下水系统的概念模型。地下水环境影响预测方案的制定是否合理是模型是否能为污染物扩散预防发挥作用的重要条件。
关键词：GMS 地下水数值模拟 地下水环评
建设项目环境影响评价中，地下水环境影响评价是其中重要的一个环节，地下水环境影响主要包括地下水开采造成的水位下降影响，与污染物入渗影响。由于造成地下水环境问题的污染程度难判断，水位及污染物发展趋势预测困难，且污染后具有修复困难的特点，因此在地下水环境影响评价中能够准确的分析建设项目对地下水环境的影响，并制定相应的预防及应急处理措施尤为重要。
一、研究区域地理概况
1.研究区域地理位置
研究区域位于喀左县全称喀喇沁左翼蒙古族自治县，位于北纬40°47′12″至41°33′53″，东经119°24′54″至120°23′24″之间，南北长10.3公里，东西宽3.088公里，总面积31.8平方公里。喀左县是辽宁省朝阳市下辖的唯一一个蒙古族自治县，地处辽宁省西部朝阳市南部、大凌河上游的丘陵地区，东临朝阳县，西靠凌源市，南接建昌县，北连建平县，是辽冀蒙三省交汇地带。
2.气候、水文状况
喀左地处温带半干旱西辽河州向暖温带半湿润冀北山地过渡地带，属大陆性季风气候。主要气候特点：春季少雨多旱风，夏季炎热雨集中，秋季晴朗日照足，冬委寒冷降雪稀。年平均气温为 8.7℃，境内南北气温相差1.5℃，年均降水量为491.5毫米左右，整个植物生长期（4-9份）的降水量为451.6毫米左右，占全年降水量的92%。平均日照时数为2807.8小时，平均无霜期144天。
喀左境内有大小河流百余条，主干河为大凌河，从建昌县流入，自南向北注入朝阳县，蜿蜒境内78.55公里，主要支流有榆河、蒿桑河、渗津河、牤牛河、芍药河。
二、地下水模型
地下水数值模拟软件很多，应用比较广泛的有GMS、visual modflow、feflow、mike she等，GMS是一个地下水数值模拟软件的集成系统，它把modflow、modpath、mt3dms、femwater、seep2d、utchem、rt3d、modeam等地下水数值模拟软件集成在同一环境下，辅以统一的模型构建、参数赋值、地质统计、结果分析等前后处理功能，利于使用者可以方便快捷地进行数值模拟计算。
1.环境影响评价中地下水模型的构建
地下水环境影响评价中模型的构建主要包括收集有关资料确定模拟范围、建立地下水系统概念模型、建立地下水系统数学模型、建立数值模拟模型、模型的识别和调参、预报、建立环境影响预防及事故处理方案。
2.地下水模型计算方法
根据水文地质概念模型，非均质、各向同性、二维、潜水非稳定地下水流系统，可用如下定解问题来进行描述：
式中：
-分别为含水层水位和底板标高（m）；
， -分别为含水层的补给强度和排泄强度（m/d）；
-第二类边界单宽流量（m2/d）；
-渗透系数（m/d）；
-初始水位（m）；
-第一类边界点水位（m）；
-潜水含水层储水系数（给水度）；
描述三维非稳定地下水流系统中 k 组分污染物的存在和运移偏微分方程为：
：k组分的溶解相浓度， ；
：地层介质的孔隙度，无量纲；
：时间， ；
：沿直角坐标系轴向的距离，L；
：水动力弥散系数张量， ；
：孔隙水平均实际流速， ；它与单宽流量存在如下关系
；
：单位体积含水层流量，它代表源（正值）和汇（负值）， ；
：源和汇水流中k组分的浓度， ；
：化学反应项， 。
三、加油站为例进行地下水模拟
1.模拟软件模块的选择
模拟软件选择GMS，其中地下水水流的模拟采用modflow模块，由于加油站主要的污染是正常及非正常工况条件下的油的泄漏，为非水相流体（NAPL ），采用多相流，多反应组分流体传输的模型UNCHEM。
2.研究区剖分及水文地质参数
计算区面积为31.8平方公里，利用GMS的3D GRID模块实现网格剖分。共剖分矩形网格单元5576个，每个单元个面积70.6*81平方米。如图：
网格剖分图 参数分区图
本次计算所采用的参数有渗透系数、给水度、降水入渗系数等参数，主要是根据区内勘察和现有资料确定，根据参数分布规律和渗流场特征，对各项参数进行分区。
降水入渗系数的大小与包气带岩性、地下水埋深、降水量、降水强度、降水前土壤含水量、地形地貌、地面植被等因素有关，前两者起主导作用。通过对这些因素分析，将研究区分为4个参数分区，参数取值见表1：
表1 模型参数取值
3.模型识别与验证
由于对目的层的水文地质条件有比较清楚的认识，水文地质参数初值范围也比较客观，通过细致的调参拟合，模型识别取得了较好的结果，流场拟合见下图1。计算流场与识别流场基本相同。
4.地下水污染预测
项目为一加油站经营企业，储油罐非正常工况主要是指装置区硬化面或防渗层出现破损、管线因腐蚀原因出现漏洞等情景。
假定项目区出现非正常工况条件下地下水污染事故，泄漏的油类物质进入含水层，与地下水混合。经分析，区域污染物初始浓度为6500mg/L，假定预测期间污染物浓度保持不变。对项目区污染物进行为期5年、10年、15年、20年、30年的预测。影响范围及影响距离预测见表2。
表2 影响范围及影响距离一览表
四、结语
应用数值法进行地下水环境影响预测，首先要了解各个地下水数值模拟软件的针对性，选择适合相应项目的软件模块，这是数值模拟正确与否的前提。水文地质概念模型搭建的好坏是模型是否能够做到仿真的关键，要通过详细的水文地质资勘察、水文地质资料分析，搭建接近原地下水系统的概念模型。地下水环境影响预测方案的制定是否合理是模型是否能为污染物扩散预防发挥作用的重要条件。