重庆交通大学 400074
摘要：本文利用地下水数值模拟软件对典型区域的地下水运移规律进行模拟分析，计算不同水文地质条件下污染物的运移规律，分析监测井监测在地下水运移过程中对水位、流速、水质等因素的影响。
关键词：水力层析法；地下水；污染物运移
引言：
地下水是供人类生产和生活的重要的水源之一，随着工业以及城市化的不断发展，地下水污染问题已日渐严重。要想有效地治理地下水污染，必须对地下水污染进行监测，清楚其污染扩散的大致范围。鉴于水文地质条件的复杂性，利用地下水数值模拟手段进行水资源评价、地下水污染运移分析预测等是有效的手段。地下水数值模拟主要包括水流模拟、地下水运移模拟、地下水污染物运移模拟等。
1研究区域概况
研究区域位于西藏省山南市乃东区，东经91°43'56.66"-91°48'52.99"、北纬29°13'14.26"- 29°16'24.60"，东西长约7.90Km，南北宽约5.14Km，研究区域卫星地图如下图所示：
图1 研究区域卫星视图
图中黄点为山南市的6口地下水监测井，分别位于“西藏山南气象局老干活动中心外草坪”、“西藏山南群众艺术馆最北边院墙下”、“西藏山南乃东县水利局内”、“西藏山南水文分局内”、“西藏山南水利水电设计研究院大楼背后”以及“西藏山南乃东公安局餐厅旁花坛”。
2数学模型及数值方法
数值模拟采用的软件为VSAFT2（Variably Saturated Flow and Transport in 2D）软件对地下水的二维运动进行数值模拟分析。VSAFT2软件由美国亚利桑那大学Tianchyi Jim Yeh教授团队开发，可进行二维地下水运动、污染物运移的数值模拟，并可以进行水文地质参数反分析计算。
2.1数值模拟建模与参数选取
研究区域东西两侧均与山脉相连，由于山脉的分水岭特性，选取两山脉脊为隔水边界，区域北临雅鲁藏布江，将其定为水头边界，同时，根据水文特征条件，将南部也定为水头边界。对由边界组成的区域进行网格划分，网格为正方形，尺寸为100m×100m，共计2273个有限元计算网格。在求解域中，监测井Well1为山南气象局井；监测井Well2为山南群众艺术馆井；Well3为山南水利局井；Well4为山南水文分局井；Well5为山南水利水电设计研究院井；Well6为乃东区机关生活一区井。划分网格后的求解域如下图所示：
图3 羊村水文站2016年水位过程线
根据图3所示的羊村水文站2016年水位过程线，假定雅鲁藏布江水位为3260m，南部边界水头为3245m，则研究区域内地下水为稳定渗流。在此渗流条件下，如果雅鲁藏布江水受到污染，在地下水渗流作用下，污染江水势必入侵地下水。故假定雅鲁藏布江水污染浓度为50g/L，模拟得到不同时刻地下水污染物的浓度如下图所示：
（g）污染物浓度（T=18000天）
（h）污染物浓度（T=21000天）
（i）污染物浓度（T=25000天）
图4 地下水污染物浓度随时间变化
通过上图可以看出雅鲁藏布江污染物逐渐入侵地下水的过程。假设江水于100天受到污染，江水中的污染物随地下水逐渐运动，且在运动过程中污染晕的范围逐渐扩大。图5所示的是江水污染地下水过程中6个监测井所获得的水质浓度数据，可以看出，在江水污染入侵过程中，山南水文分局监测井最快接收到污染物的数据，大约于10000天左右就接收到污染物的数据，并于21000天左右达到峰值。且从图中的曲线对比可以看出，山南水文分局井中污染物浓度变化较大，而乃东区机关生活一区监测井几乎没有接收到水质污染数据。
图5 江水污染地下水过程中监测井水质数值变化
结论：
通过利用数值模拟方法对典型区域进行的地下水分析可以看了，区域内的六口监测井对水文条件的变化有着对应的响应，监测井中水质变化数据可以反应出研究区域污染对地下水的影响，说明设置的监测井可以有效的反应当地地下水水量水质的变化规律，可以为地下水资源开发利用保护等提供依据，也可以为地下水质评价及地下水污染预测控制等提供数据保障。
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论文作者:林加定
论文发表刊物:《防护工程》2018年第33期
论文发表时间:2019/2/25
标签：地下水论文; 污染物论文; 数值论文; 雅鲁藏布江论文; 西藏论文; 区域论文; 浓度论文; 《防护工程》2018年第33期论文;