一种矿区地下水三维数值模型构建方法技术

本发明专利技术公开了一种矿区地下水三维数值模型构建方法，包括步骤S100，水流模型、溶质运移模型选取；S200，评价区地地下水数值模型采用Visual MODFLOW软件进行数值离散；S300，模型识别校正及拟合。本发明专利技术能够建立渣场区域的地下水三维数值模型，预测渣场区域的地下水影响程度。程度。程度。

【技术实现步骤摘要】
一种矿区地下水三维数值模型构建方法


[0001]本专利技术涉及钻井钻探
，具体来说，涉及一种矿区地下水三维数值模型构建方法。

技术介绍

[0002]由于矿藏的不可移动性，导致矿山在长期开采运行过程中出现了严重的环境污染情况，不仅破坏了区域动植物系统，而且导致区域水系结构出现了严重的毁损。
[0003]现有的矿山环境治理方法与生态修复技术通常是基于渣场区域的地下水文勘查状况进行的，而目前的地下水文勘查不够直观，也无法用于进一步的预判，为更进一步的预测渣场区域的地下水影响程度，建立渣场区域的地下水三维数值模型势在必行。

技术实现思路

[0004]针对相关技术中的问题，本专利技术提出一种矿区地下水三维数值模型构建方法，以克服现有相关技术所存在的技术问题。
[0005]为此，本专利技术采用的具体技术方案如下：
[0006]一种矿区地下水三维数值模型构建方法，包括步骤S100，水流模型、溶质运移模型选取；S200，评价区地地下水数值模型采用Visual MODFLOW软件进行数值离散；S300，模型识别校正及拟合。
[0007]在可能的一个设计中，通过概化得到的非均值各向异性等效连续介质模型，地下水稳定运动数学模型为
[0008][0009]式中：H—地下水水头(m)；Kx，Ky，Kz—各向异性主渗透系数(m/d)；Ss—含水层储水率(1/m)；Γ1—模拟区域第一类边界；Γ2—模拟区域第二类边界；H0(x，y，z)
‑
含水层初始水头(m)；Hr(x，y，z)
‑
第一类边界条件边界水头(m)，q0(x，y，z)
‑
第二类边界单位面积过水断面补给流量(m2/d)；ε
‑
源汇项强度(包括开采强度等)(1/d)；Ω
‑
渗流区域。
[0010]在可能的一个设计中，溶质运移控制方程为
[0011][0012]式中：R
‑
阻滞系数；ρ
b
‑
介质密度；θ
‑
介质孔隙度；C
‑
地下水中组分质量浓度；介质骨架吸附的溶质质量浓度；t
‑
时间；D
ij
‑
水动力弥散系数张量；v
i
‑
地下水渗流速度；W
‑
水流的源和汇；C
s
‑
源中组分的质量浓度；λ1‑
溶解相一级反应速率；λ2‑
吸附相反应速率。
[0013]在可能的一个设计中，步骤S100之前，还应进行渗透系数、降雨入渗系数以及弥散系数的确定。
[0014]在可能的一个设计中，渗透系数如表所示，
[0015][0016]在可能的一个设计中，降雨入渗系数如表所示，
[0017]地貌+岩性灰岩+峰丛泥灰岩、粉砂岩灰岩+沟谷+洼地入渗系数0.20.10.6
[0018]。
[0019]在可能的一个设计中，根据区域弥散试验确定，纵向弥散系数DL为25.5m2/d，横向弥散系数DT为1.95m2/d。
[0020]在可能的一个设计中，步骤S200中采用网格剖分，区域的三维尺度在X方向上长度为为5000m，Y方向上长度为7500m，Z方向的长度为160
‑
500m，模拟区域水平网格X为100个网格单元和Y方向网格为150个网格单元。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0022]本专利技术能够建立渣场区域的地下水三维数值模型，预测渣场区域的地下水影响程度，具有广阔的应用前景。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1示出了本专利技术一种矿区地下水三维数值模型构建方法实施例的模拟区域剖分图。
具体实施方式
[0025]为进一步说明各实施例，本专利技术提供有附图，这些附图为本专利技术揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本专利技术的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
[0026]如图1所示，一种矿区地下水三维数值模型构建方法，包括以下步骤：
[0027]模型建立：
[0028]1.1概念模型
[0029]根据渣场区域的水文地质结构和相应的边界，工程区含水岩组与隔水岩组
[0030]相间分布，西侧、北侧以白水河为界、东部以翁项组(S1
‑
2w)粉砂岩、钙质砂岩为界，南部以南侧分水岭及沟谷小溪为界；评价区面积约为18km2。
[0051]对于边界流速比较大的已知浓度的入渗问题，经常可以表达为这类边界条件。边界处，已知浓度梯度，称为第二类边界，即：
[0052][0053]式中：q是已知函数，ni是方向余弦，当多孔介质的外界为隔水、隔溶质的不透水岩体时，通过边界的流量与溶质通量都为0。此时q＝0。
[0054]1.3数值模型
[0055]根据项目要求，评价区地地下水数值模型采用Visual MODFLOW软件进行数值离散。
[0056](1)网格剖分
[0057]建立了地下水渗流的概念模型和数学模型之后，要对渗流区进行离散化(剖分)。将复杂的渗流问题处理成在剖分单元内简单的规则的渗流问题。无论是用有限元法或是用有限差分法进行数值计算。计算结果的精度和可靠性、收敛性及稳定性在很大程度上取决于单元的剖分方法及单元剖分程度，在离散化时遵循两条基本原则。1)几何相似。要求物理模拟模型从几何形状方面接近真实被模拟体。2)物理相似。要求离散单元的特性从物理性质方面(含水层结构、水流状态)近似于真实结构在这个区域的物理性质。网格剖分对计算的精度，及计算的效率有很重要的影响。区域的三维尺度在X方向上长度为为5000m，Y方向上长度为7500m，Z方向的长度为160
‑
500m。模拟区域水平网格X为100个网格单元和Y方向网格为150个网格单元，由于区域内地层单一，地形高差较大，垂向上未进行分层。因此模型模拟区平面上分为15000个网格，节点80802个。模拟区域剖分图如图1。
[0058](2)边界条件
[0059]1)侧向边界：
[0060]边界类型为第一和第二类边界。
[0061]2)上部边界：
[0062]上部边界为自由潜水面，作为潜水面边界，其边界条件由大气降水入渗、蒸发排泄等因素确定，这些参数将在下文描述。
[0063]2、模型识别校正
[0064]2.1识别方法拟合在地下水流数值模拟中占有很重要的地位，正确理解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种矿区地下水三维数值模型构建方法，其特征在于，包括步骤S100，水流模型、溶质运移模型选取；S200，评价区地地下水数值模型采用Visual MODFLOW软件进行数值离散；S300，模型识别校正及拟合。2.根据权利要求1所述的一种矿区地下水三维数值模型构建方法，其特征在于，通过概化得到的非均值各向异性等效连续介质模型，地下水稳定运动数学模型为式中：H
‑
地下水水头(m)；Kx，Ky，Kz
‑
各向异性主渗透系数(m/d)；Ss
‑
含水层储水率(1/m)；Γ1
‑
模拟区域第一类边界；Γ2
‑
模拟区域第二类边界；H0(x，y，z)
‑
含水层初始水头(m)；Hr(x，y，z)
‑
第一类边界条件边界水头(m)，q0(x，y，z)
‑
第二类边界单位面积过水断面补给流量(m2/d)；ε
‑
源汇项强度(包括开采强度等)(1/d)；Ω
‑
渗流区域。3.根据权利要求2所述的一种矿区地下水三维数值模型构建方法，其特征在于，溶质运移控制方程为式中：R
‑
阻滞系数；ρ
b
‑
介质密度；θ
‑
介质孔隙度；C
‑
地下水中组分质量浓度；
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：梁先顺，郑建军，徐卿，魏文强，谭成伟，
申请(专利权)人：贵州煤田新锐地质勘查有限公司，
类型：发明
国别省市：