王 君，左文喆，陳永理

（1.河北聯(lián)合大學礦業(yè)工程學院，河北唐山063009；2.河北省地礦局第五地質大隊，河北唐山063009）

FEFLOW在國內的應用

王 君*1，左文喆1，陳永理2

（1.河北聯(lián)合大學礦業(yè)工程學院，河北唐山063009；2.河北省地礦局第五地質大隊，河北唐山063009）

地下采礦及各種地下工程常常受到地下水的涌入而造成諸多問題，同時地下水資源匱乏及地下水污染問題日益突出，對此，簡單介紹了FEFLOW軟件及其在中國的應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。

地下水；數(shù)值模擬；應用

地下水數(shù)值模擬是基于地下水系統(tǒng)概念模型概化和抽象出的數(shù)學模型，用以描述地下水系統(tǒng)各參數(shù)、度量之間的數(shù)量關系，在對數(shù)學模型識別和驗證的基礎上進一步驗證地下水系統(tǒng)的行為和功能的適應性，從而深化對地下水系統(tǒng)特性的認識[1]。目前，國際上使用比較廣泛的地下水模擬軟件有GMS、Visual MODFLOW、MODFLOW和FEFLOW等，F(xiàn)EFLOW是訖今為止功能最為齊全的地下水水流和溶質運移計算機模擬軟件系統(tǒng)。

1FEFLOW軟件

FEFLOW是交叉式的基于有限元原理的模擬軟件，包含預處理、后處理以及運行模擬引擎，界面簡潔美觀，系統(tǒng)操作便捷，主要應用于地下水及滲流介質的二維、三維流量、溶質的運移和熱傳遞模擬。

2FEFLOW在地下水模擬中的應用

2.1 在地下水動態(tài)預測方面的應用

高衛(wèi)東等人使用FEFLOW軟件建立大屯煤電公司中心區(qū)的地下水三維模型，并在此基礎上分析了研究區(qū)的水文地質條件，通過概化選擇正確的數(shù)學模型，再結合地下水位動態(tài)觀測資料，對建立的數(shù)值模型進行識別和校驗，對研究區(qū)地下水動態(tài)進行預測，得出了在現(xiàn)狀開采條件下，降水能夠以豐補歉，降落漏斗基本穩(wěn)定，其原因是襲奪了開采區(qū)外圍的大量地下水資源量，如果開采強度加大，降落漏斗是難以穩(wěn)定的結論，可為指導該研究區(qū)未來地下水資源的可持續(xù)開發(fā)利用提供科學依據(jù)[2]。

2.2 在地下水資源利用及優(yōu)化配置中的應用

單蘭波等人通過研究表明，F(xiàn)EFLOW軟件可以應用于緩解城市地下水的供需矛盾。安徽省多個城市的城市供水來源于地下水，由于長期不合理開采已經造成了相當嚴重的后果，淮北地區(qū)多個城市已經形成程度不同的地下水位降落漏斗，并且有逐年擴大的趨勢。

根據(jù)這些城市已有的水文數(shù)據(jù)進行地下水動態(tài)預測，預測的時間可以長達數(shù)十年，預測的準確度及強大的可視化輸出給決策者提供直觀數(shù)據(jù)。由此可以合理制定開采井的布局、開采層位的選擇和水資源調配方案。

2.3 在邊坡防滲工程中的應用

姑山鐵礦的開采已經有一百余年的歷史，而在近年的開采過程中發(fā)現(xiàn)，賦存于孔隙含水層特別是砂卵礫石層中的地下水將對采場邊坡安全構成巨大威脅，針對這一問題，周潔等人通過對姑山鐵礦露天采場北幫邊坡防滲情況進行研究，利用FEFLOW軟件對該礦區(qū)進行地下水數(shù)值模擬，顯示出了其豐富實用的圖形顯示和數(shù)據(jù)結果分析功能。

通過對對擬修建的防滲帷幕的防滲效果進行數(shù)值預測，分析了防滲帷幕對攔截北幫地下水的效果。同時指出防滲工程中存在的一些不足，并提出了可能引發(fā)的礦山邊坡安全隱患和消除隱患的方法。

2.4 在礦坑涌水量預測方面的應用

陳書客以開灤集團林南倉礦為研究區(qū)，通過FEFLOW軟件建立了研究區(qū)的地下水數(shù)值模擬模型，初始水位為2009年1月的地下水位流場，均布了6口假想井，通過調整各個井口的抽水量使采場水位下降到合理位置，則這6口井的總抽水量便是該礦井的涌水量，而模型運行的時間就是未來的排水時間。

基于該數(shù)值模擬，確定排水能力所需要增大的范圍，經濟上承受壓力較小且效果較顯著，可見FEFLOW預測礦井涌水量科學可靠，應用前景廣泛，這種預測方法已經在開灤集團各個煤礦得到了廣泛的應用。

2.5 在地下水污染方面的應用

七里溝盆地作為徐州市的3個主要巖溶水源地之一，供應徐州南部20余萬人的生產和生活用水，2000年11月發(fā)現(xiàn)該巖溶含水層受到四氯化碳的污染。

劉娟等人通過總結前人所做的工作，收集研究區(qū)的相關資料并進行分析，建立了研究區(qū)的水文地質概念模型和地下水數(shù)學模型，利用FEFLOW軟件確定了研究區(qū)數(shù)值模擬模型，在水流模型的基礎上進行溶質運移模擬，模擬了地下水中四氯化碳污染羽的濃度場，并預測了未來濃度場的變化。

研究結果表明整個研究區(qū)四氯化碳的污染濃度呈衰減趨勢，北區(qū)和南區(qū)衰減趨勢明顯，中區(qū)衰減趨勢不明顯，污染羽衰減幅度隨著時間的推移在降低[3]。研究成果為今后類似條件下的區(qū)域性污染處理工作提供了技術支持。

2.6 在海水入侵方面的應用

海水入侵所引發(fā)的環(huán)境問題日益影響著珠江口東岸地區(qū)的發(fā)展，盧薇等人系統(tǒng)地分析了該地區(qū)的水文和地質條件并將其進行概化，建立得到珠江口東岸地區(qū)海水入侵的數(shù)值模型，應用FEFLOW軟件對該模型進行分析，并結合地下水位動態(tài)資料進行識別和校正后，得到了重要結論，結論表明地下水的開采量影響著海水入侵的面積，在同等開采量的情況下，第四系含水層比基巖裂隙水含水層入侵面積收縮較慢，說明第四系孔隙水更易受到海水入侵的影響[4]。

3 結語

FEFLOW自問世以來，已經在國內得到了一定的應用，雖然數(shù)值模擬技術在國內應用的時間較晚，但FEFLOW經過國內學者的多次應用，成功地解決了一系列與地下水有關的實質性問題，如地下水動態(tài)預測、地下水資源利用及優(yōu)化配置、邊坡防滲工程、礦坑涌水量預測、地下水污染和海水入侵等方面。隨著FEFLOW在理論研究和對實際問題處理上的不斷完善，其必將更廣泛地應用于我國的各項建設項目，為我國經濟發(fā)展提供技術支持。

[1]薛禹群，謝春紅.地下水數(shù)值模擬[M]科學出版社，2007.

[2]高衛(wèi)東，孟磊，張海榮，等.FEFLOW軟件在地下水動態(tài)預測中的應用［J］.上海地質.2008（4）:10-13.

[3]劉娟,楊國勇,蔣兆華，等.FEFLOW在某市巖溶地下水四氯化碳污染中的應用[J].地下水,2011,33(4):87-91.

[4]盧薇，朱照宇，劉衛(wèi)平.基于FEFLOW的海水入侵數(shù)值模擬［J］.地下水，2010，32(3):19－21，129.

S273.4

B

1004-5716(2015)10-0167-02

2014-11-07

王君（1989-），男（漢族），河北唐山人，河北聯(lián)合大學礦業(yè)工程學院在讀碩士研究生，研究方向：水文地質和環(huán)境地質。