水流模型概化 > 11. 水流模拟参数概化

水流模型参数

地下水在同一含水层中的径流量是地下水科学的主要研究对象。人们习惯于使用线性关系将地下水径流量与地下水力坡度联系起来，这一关系被称为“达西定律”，是地下水科学中最为基础的科学定律。达西定律中引入了一个虚构的参数“渗透系数（K）”用来描述含水层的导水性质。渗透系数是水流和溶质迁移模型最基本的参数，既反映孔隙介质又反映流体特征。它与固有渗透率即孔隙介质本身的性质有关。含水层的渗透系数大时，其导水性能好，单位水力坡度所维持的地下水流量也相应更大。虽然达西定律从定义上描述的是地下水的水平运动，但它同样适用于开采井周围的径向地下水流。事实上，渗透系数最常见的测量途径就是在开采井内维持一定的抽水速率，通过观测当地水力坡度的变化来反推含水层的渗透系数，这一过程被称为“抽水试验”。当进行足够多的抽水试验后，我们就对当地含水层的渗透系数分布情况有了宏观上的认识。这时，只要定时观测当地监测井中的地下水位，就可以获得相应的水力坡度信息，再加上对含水层渗透系数的了解，我们就可以概略的把握地下水的径流量。一般来说，地下水的流动速度很慢，常见含水层的渗透系数范围是每天几个厘米到几米之间。特殊情况下地下水的流速可以很快，粗粒的沙质含水层流速会大一些，可以达到每天几百米；岩溶含水层最高可以达到每天好几公里甚至更高。

对于非稳定流模拟，由于水头存在变化，需要使用储水系数（承压含水层——贮水率；非承压含水层——给水度）将水头变化与水量变化联系起来。如果含水层不会发生非弹性压缩和地面沉降，则可以根据水和孔隙框架的弹性求出储水系数。对于压缩性含水层，可以根据抽水引起的地面沉降数据获得估算的储水系数。

以下附录汇总了常用水文地质参数的经验值或范围。

水流参数的空间概化

收集和获取水流参数值是任何模型的第一步工作。然而任何方法得到的参数只代表模拟区域的一小部分，如何反映非均质性是建立模型的关键问题之一。这时需要对水文地质参数的时空分布进行细分和确定，这里包含两个范畴：

● 参数概化：包括参数初步选择的数值范围，水平和垂向的初步分区方案等；

● 参数校正（校准）：将野外观测数据代入模型，通过手工或自动反演来最终确定参数的分区和取值。模型参数校正的内容参见校准方法。

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参数的空间概化通常有两种方法。第一种是将实测数据的有效平均值作为统一的系数输入整个模型，但此法过于简单，一般不适合溶质模型。第二种是根据实测值导出参数的空间分布并用于模型。可以是简单分区，其中各区有统一的参数。也可以利用先进的地质统计技术得出复杂的参数分布，视具体的评估目标而定。参数分区一般依据如下信息进行：

● 评估区抽水试验资料计算所得参数，包括渗透系数、储水系数、给水度及单位涌水量；

● 含水层分布规律，即埋深、厚度和岩性组合特征；

● 地下水天然流场、人工干扰流场、水化学场和温度场；

● 构造条件及岩溶发育规律（限于岩溶含水层）。