二、模型的实施
在数值方法确定后,模型的实施就需要解决参数确定、源汇项的处理等具体问题。最后模型还应通过实际应用来验证其合理性。同样以曲周测报区为例,对所建立的模型(4.20)式至(4.28)式的实施进行阐述。
关于测报区的单元剖分同图4.1。
(一)参数确定
区域地下水水位预报模型(4.3)式至(4.10)式的参数确定采取分区、调试的方法进行。(见4.1节)对(4.20)式至(4.28)式中有关参数的确定同样采取此种方法。确定的参数主要是aL,aT,ε,考虑到aL、aT、ε参数主要与区域的含水层特征相关联,所以采取aL、aT、ε的分区同参数K(渗透系数)的分区,本研究区内aL、aT与ε分为6个区。(见图4.10)每个区的水文地质特征见表4.14。

图4.10 aL、aT与ε参数分区图
表4.14 aL、ε的分区特征及参数值

每个区内参数确定采取给定初值,选取1985年全年与1987年上半年,区内57个地下水观测井所观测到的地下水矿化度资料进行拟合调试,假定aL=aT,最终所确定aL与ε值见表4.14。
(二)源汇项的确定
对地下水水位预报模型中源汇项Wg(x,y,t)(见4.7式)的处理,建立了处理降雨、蒸发子模型,深、浅井灌溉子模型以及河渠灌、排、补子模型(见4.1节第二部分内容),对水质模型中源汇项的处理也是以此为基础,只需确定水量Wg(x,y,t)中相应各分项所对应的浓度即可。据(4.7)式可得:

式中 :降雨补给时溶液浓度(ML-3);
:灌溉补给时溶液浓度(ML-3);
:浅层地下水蒸发补给土壤时溶液浓度(ML-3);
:与河流交换时溶液浓度(ML-3);
Cg:地下水溶液浓度(ML-3)。.由于地下含水层溶质浓度变化十分缓慢,且模型在调试与应用时采用的时段步长为5天,所以地下水消耗,如地下水补给土壤水或抽浅层水灌溉时,取此时溶液浓度即为前一时段的地下水溶液浓度Cg,即:

对降雨、灌溉渗漏补给地下水时,土壤溶液浓度的取值分区给出。研究区分布与区域水文地质条件与其他地学条件密切相关(石元春,1986)。从而造成在不同地区土壤溶液浓度差别很大(王少英,1986)。按照图4.9的参数分区,据野外观测到的土壤溶液浓度给出的每个区的C'值,见表4.15。其中假定:
表4.15 不同分区内渗漏补给地下水的土壤水溶液浓度C'


河流补给地下水时,据实际观测取河水的溶质浓度为0.85gl-1。即:

实际运行模型时,的值据监测的结果可随时调整。
(三)边界条件的处理及模型的运行
同处理地下水位预报模型的边界条件相同,在参数调试时,采用第一类边界条件,其余情形下均采用第二类边界条件。
模型在运行中,除要求表4.11中全部输入数据外,还要输入各分区的与水质模型有关的参数,和各源汇分项的浓度。关于地下水水质模型的运行流程图与图4.6相类似,也就是说要对区域地下水水质进行预报,图4.6中的每一过程在一个时间步长内要反复一次(即进行两次)。第一步得到区域地下水水位的分布,第二步才能得到区域地下水水质的分布。
(四)模型的应用
模型在1987年至1988年在区域地下水水质季节性预报中的应用,所选用时段、时间步长见表4.16。在每个时段结束后,如进行下一时段预报,则重新输入初始条件。
表4.16 模型选用时段及时间步长

输入模型所需数据及参数,其中灌溉识别矩阵输入按照1987年、1988年的降雨分布,并且假定是针对小麦、玉米一年两熟的种植制度而言,按照当地灌溉习惯,一般一年灌水7-8次,其中小麦4-6次,玉米2-3次,得到计算结果分析如下:
(1)模型预报准确度分析。模型预报结果表明,地下水矿化度随时间的变化很小,这与实际观测结果一致。但全区内矿化度在空间变化还是很大的。从<0.5gl-1至20gl-1左右。预报与实测矿化度的对比见图4.11(a)、(b)。从中可得出:无论是高矿化度地区还是低矿化度地区,地下水的矿化度变化都很小,地下水水质预报结果见表4.17。检验有效点次为210点次,平均绝对误差为0。49g1-1,相对误差为16.4%,预报准确度为84%。图4.12(a)、(b)为1987年6月地下水矿化度预报的等值线图与实测等值线图,两图比较可得出,实测与预报的地下水矿化度等值线图,在空间分布上基本符合。

图4.11 地下水矿化度实测与预报过程线对比
表4.17 区域地下水矿化度分布预报准确度分析

检验点数(Vp)=250 准确度=ΣnP/VP×100%=84.0%

图4.12(a) 曲周测报区实测地下水矿化度(g1-1)等值线图

图4.12(b) 曲周测报区预报地下水矿化度(g1-1)等值线图
(2)地下水矿化度与环境因子关系分析。针对研究区内不同地学条件,把模型输出的地下水矿化度预报值,与相应的地下水水位(埋深)预报值结合起来,可分析得出:
①在地下水水位变幅较大季节(3-9月),地下水矿化度变化也较大。在地下水水位稳定季节(12-3月),地下水矿化度也基本上保持不变。
②春季3-6月,过量抽取浅层淡水,随着地下水水位急剧下降,地下水的矿化度就有所提高。见图4.13(a)、(b)而在非抽水地区,随着地下水水位逐渐下降,在地下水高矿化度地区,其矿化度略有下降;在低矿化度地区,其矿化度基本不变或略有上升。
③雨季(6-9月),在盐渍化土壤和高矿化度地下水分布区,地下水矿化度基本上保持原有水平;在非盐溃化地区,随着地下水水位升高,地下水矿化度有所降低,降低程度在8-20%。

图4.13 过度抽取地下水时地下水水位与地下水矿化度的关系(1988)