Navigation:  水流模型概化 > 10. 模型边界条件及其概化依据

 

边界条件

数值模型若要求解，其前提条件是在模型所有外边界设置。本质上说，边界条件是表征外界环境对于模型区域的影响，同时完善建模者对于研究区水流或者溶质运移问题的理解。边界条件即地下水系统与周边水系统的补排关系。边界出现在模拟区域边缘，以及源汇项的位置，例如，河流、井、渗漏的蓄水池、污染物泄漏区等。常见的自然边界有地表水体边界、断层边界、抽（注）水井、岩体接触边界、分水岭等，如下表所示。有时因模型尺寸限制，所考察的地下水系统并不存在上述明显的自然边界，就需要根据具体情况划定人为边界。在概化后的系统中，这些边界会遵循各种方式向系统提供或从系统移除地下水，从而对地下水系统进行控制。

根据含水层、隔水层的分布、地质构造和边界上地下水流特征、地下水与地表水的水力联系，模拟区的边界一般可概化为给定地下水水位（水头）的一类边界、给定侧向径流量的二类边界和给定地下水侧向流量与水位关系的三类边界。这些边界中控制性最为强烈的是定水头边界，意即不论系统内地下水如何变化，边界上恒定保持某一固定的水头值，并且可以无限量地提供或移除地下水流，大江大河、湖泊海洋经常被定义为定水头边界。控制性最弱的边界是定流量边界，即此边界总是通过给定的速率提供或移除地下水，抽水井、降雨入渗、分水岭等常常被定义为定流量边界。其他类型边界都是这两类边界的组合或变种。下表给出了最为常见的三类边界的数学表达式（其中h代表水头，n代表边界的外法线方向，c为常数）：

 

这三类边界的求解难度各不相同，同时其对于模拟结果的限制程度也不一样，具体描述如下：

 

溶质运移边界条件

地下水污染物运移模型的边界条件也有三类：指定浓度边界、指定浓度梯度或弥散通量边界、同时指定浓度及浓度梯度或总通量边界。

污染物运移受水流边界和污染物边界条件共同作用，控制模型边界单元污染物质量的流入量和流出量。在实际应用中常结合水流方程的定流量边界与污染迁移方程的指定浓度边界，确定适宜的污染物质量通量边界。