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基于MODFLOW-CFP模型的岩溶隧道涌水量预测
1
作者 潘毅 王思琪 +4 位作者 谭家华 赵恒 林宇航 童紫茹 万军伟 《地质科技通报》 北大核心 2026年第1期247-257,共11页
隧道工程穿越岩溶地区时往往面临着高危害性的突涌水灾害,尤其当隧道穿越地下暗河系统时,施工和运营安全有巨大风险,因此准确预测隧道涌水量不仅是工程建设关注的焦点,同时也是隧道涌水量预测方法的难点。以鄂西后湾暗河系统为例,开展基... 隧道工程穿越岩溶地区时往往面临着高危害性的突涌水灾害,尤其当隧道穿越地下暗河系统时,施工和运营安全有巨大风险,因此准确预测隧道涌水量不仅是工程建设关注的焦点,同时也是隧道涌水量预测方法的难点。以鄂西后湾暗河系统为例,开展基于MODFLOW-CFP模型的隧道涌水量预测模拟方法研究,尤其是数值模型构建、模型识别过程中容易被忽视的岩溶水文地质调查、降雨与暗河流量响应过程监测以及地下水示踪试验等基础工作方法的研究,在此基础上构建岩溶地区隧道涌水量预测的MODFLOW-CFP模型,开展不同隧道设计方案的涌水量预测和对比分析,为隧道工程设计优化提供依据。研究查明了后湾岩溶水系统的范围、边界条件、地下水循环特征和降雨与水文响应规律,准确识别了后湾暗河地下管道的特征参数,为MODFLOW-CFP数值模拟方法的准确应用提供了基础,最终模型的线性相关系数R2为0.831,纳什效率系数NSE为0.71,能够良好地反映系统的水文过程。涌水量预测结果显示:极端强降雨(日降雨量P=325 mm)情景下,不同的隧道设计标高(1350,1330,1318,1270 m),涌水量峰值差异极大,分别为0,0.52,8.17,14.88 m3/s。研究表明抬高隧道设计标高能够有效减小隧道突涌水量,降低隧道突涌水风险。本研究采用的岩溶地下水系统调查、监测、试验和数值模拟方法可以为类似地区提供借鉴。 展开更多
关键词 管道型岩溶水系统 调查方法 隧道涌水量预测 数值模拟 modflow-cfp
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基于TOPMODEL和MODFLOW-CFP模型的管道型岩溶水系统数值模拟
2
作者 王思琪 潘毅 +4 位作者 万军伟 赵恒 陈庆玲 童紫茹 林宇航 《地质科技通报》 北大核心 2026年第1期258-271,共14页
非岩溶区外源水是西南岩溶地下水系统较常见的补给来源,外源水的快速、集中补给方式使岩溶地下水系统的水循环表现出独特的响应,这种特殊补给方式的岩溶水系统调查、监测和数值模拟方法尚不够完善。为探究外源水补给型岩溶水系统数值模... 非岩溶区外源水是西南岩溶地下水系统较常见的补给来源,外源水的快速、集中补给方式使岩溶地下水系统的水循环表现出独特的响应,这种特殊补给方式的岩溶水系统调查、监测和数值模拟方法尚不够完善。为探究外源水补给型岩溶水系统数值模拟技术方法,以湖北省恩施市甘溪渔泉洞岩溶水系统为研究对象,在岩溶水系统含水介质特征、补给方式调查、地下水示踪试验以及高分辨率降雨−地表−地下径流的动态监测等工作基础上,采用MODFLOW-CFP数值模型刻画岩溶裂隙与管道双重介质特征,并针对岩溶管道入口处非岩溶区外源水集中灌入式补给的特点,采用地表水模型TOPMODEL来定量刻画非岩溶区外源水的产汇流过程,将其作为MODFLOW-CFP模型中岩溶管道入口的流量边界条件,实现地表−地下水模型的耦合,从而提高MODFLOWCFP对外源水刻画的精度。研究结果表明:利用TOPMODEL和MODFLOW-CFP模型模拟甘溪渔泉洞暗河出口流量,与实测值对比峰值相对误差在0.7%~19.7%,峰现时差在3 h内,相关系数R2为0.93,纳什效率系数NSE为0.86。对模型的正确性进行检验,检验期模拟得到的暗河出口流量与实测值对比峰值相对误差在1.1%~2.5%,峰现时差在2 h内,相关系数R2为0.91,纳什效率系数NSE为0.77,有较好的拟合精度。本研究构建的TOPMODEL和MODFLOW-CFP耦合模型在外源水补给型岩溶水系统降雨−水文响应过程模拟上有着推广价值。 展开更多
关键词 裂隙−管道双重介质 外源水集中补给 TOPMODEL modflow-cfp 甘溪渔泉洞 岩溶水系统
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MODFLOW-CFP软件在岩溶水系统数值模拟应用中的若干关键问题 被引量：4
3
作者 谭家华 《中国岩溶》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期636-647,共12页
MODFLOW-CFP软件很好地解决了管道流与含水层连续介质地下水渗流的耦合问题以及管道中水流运动的层流−紊流转换问题,为岩溶管道型地下水系统的定量研究提供了一个适用的数值模拟平台,近年来也在工程实际中得到了较多的应用。为了更好地... MODFLOW-CFP软件很好地解决了管道流与含水层连续介质地下水渗流的耦合问题以及管道中水流运动的层流−紊流转换问题,为岩溶管道型地下水系统的定量研究提供了一个适用的数值模拟平台,近年来也在工程实际中得到了较多的应用。为了更好地利用和推广该软件在岩溶地下水系统定量平价和研究中的应用,避免新方法在实际应用中的盲目性,文章结合MODFLOW-CFP软件自身的特点、岩溶水系统常见的水循环特征及其在实际应用中存在的一些关键问题,从地下水数值模拟的基本要求出发,探讨如何通过一些有针对性且相对比较容易开展的野外岩溶水文地质调查、降雨−流量(水位)高分辨率监测、地下水示踪试验和综合分析研究等工作,提取MODFLOW-CFP模型所需的关键结构要素、水文地质参数以及模型识别的目标函数,进而提高复杂岩溶水系统地下水数值模型的仿真度和预测精度,推动岩溶地下水定量研究的发展。 展开更多
关键词 岩溶水系统 数值模拟 modflow-cfp 模型识别 仿真度
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基于MODFLOW-CFP的岩溶水模型降雨非线性入渗补给研究——以湖南省香花岭地区为例 被引量：10
4
作者 杨郑秋 杨杨 +3 位作者 邵景力 苏春田 崔亚莉 罗飞 《中国岩溶》 CAS CSCD 北大核心 2019年第5期691-695,共5页
利用MODFLOW-CFP建立湖南省香花岭渗流-管道流耦合模型,并使用降雨量系数法实现非线性入渗过程,以探讨此方法在模型中的适用性。通过人工试错反演参数,得出6个不同降雨强度区间的降雨量系数;非线性入渗处理后,地下河流量模拟结果的纳什... 利用MODFLOW-CFP建立湖南省香花岭渗流-管道流耦合模型,并使用降雨量系数法实现非线性入渗过程,以探讨此方法在模型中的适用性。通过人工试错反演参数,得出6个不同降雨强度区间的降雨量系数;非线性入渗处理后,地下河流量模拟结果的纳什系数提高至0.91。结果表明:降雨量系数法可使该模型更好地模拟地下河流量变化,此方法也适用于一些岩溶小流域的数值模拟工作。 展开更多
关键词 岩溶水 数值模拟 modflow-cfp 非线性降雨入渗
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基于MODFLOW-CFP的贵州大井流域岩溶地下水数值模拟 被引量：10
5
作者 党志文 邵景力 +4 位作者 崔亚莉 李军 宫志强 赵良杰 梁永升 《中国岩溶》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期266-276,共11页
贵州大井流域岩溶分布广泛,岩溶水是当地人民生产和生活的主要来源。由于对岩溶水资源的不合理开发利用,水资源短缺现象经常发生。大井流域水文地质条件复杂,管道-多孔介质双重介质特征明显。文章采用MODFLOW-CFP耦合模型对大井流域展... 贵州大井流域岩溶分布广泛,岩溶水是当地人民生产和生活的主要来源。由于对岩溶水资源的不合理开发利用,水资源短缺现象经常发生。大井流域水文地质条件复杂,管道-多孔介质双重介质特征明显。文章采用MODFLOW-CFP耦合模型对大井流域展开数值模拟,进而掌握大井流域地下水运动规律、准确评价岩溶水资源,促进其合理开发利用。结果表明:大井流域管道与多孔介质交换量为6 719.1 m^(3)·a^(-1),主要集中在上游和中游;总补给水量为10 977.3×10^(4)m^(3)·a^(-1),补给模数为133.495m^(3)·km^(-2)·a^(-1),其中降雨汇入量和降雨入渗量占总补给量的81.35%,而总排泄量为10 813.47×10^(4)m^(3)·a^(-1),主要在地下河出口排泄。 展开更多
关键词 大井流域岩溶水 modflow-cfp耦合模型 岩溶管道模拟
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管道流模型参数敏感性分析及其在许家沟泉域的应用 被引量：7
6
作者 武亚遵 李彦涛 +1 位作者 林云 曲鹏冲 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期68-75,共8页
在岩溶含水系统中,作为主要排水通道的管道对泉流量动态具有一定的控制作用,而管道特征参数对流量变化亦有影响。为确定管道各参数的影响,前人以管道发育的岩溶水系统为研究对象,进行了短时间序列泉流量响应的分析探讨,而对岩溶管道不... 在岩溶含水系统中,作为主要排水通道的管道对泉流量动态具有一定的控制作用,而管道特征参数对流量变化亦有影响。为确定管道各参数的影响,前人以管道发育的岩溶水系统为研究对象,进行了短时间序列泉流量响应的分析探讨,而对岩溶管道不十分发育的岩溶水系统的研究较薄弱。为此,本研究结合北方岩溶水系统的发育特征,借助CFP管道流模型对管道各参数对岩溶系统流量和流态的影响程度及各参数的敏感性进行了分析,而后基于河南鹤壁许家沟泉域岩溶水文地质特征构建了泉域的MODFLOW-CFP模型,对泉域岩溶地下水渗流进行了模拟,并对不同降水保证率下的泉流量进行了预测。结果表明:管道流量与管壁渗透系数、管道坡度和管径呈正相关,而随弯曲度和埋深的增加管道流量呈先增大后减小的趋势。管壁粗糙度对流量的影响较小,且呈现出一定的波动性,尤其是当管壁粗糙度较小时,波动比较明显。经敏感性分析发现,管壁渗透系数和埋深的敏感性最高,其次为弯曲度和管道坡度,而管道直径和管壁粗糙度敏感性最低。许家沟泉域在25%降水保证率下,年最大泉流量为0.45 m^3/s,平均泉流量为0.36 m^3/s;在75%降水保证率下,年最大泉流量为0.41 m^3/s,平均泉流量为0.31 m^3/s,与实际情况吻合。该法可为我国北方岩溶区水资源评价及泉域水资源开发保护提供借鉴。 展开更多
关键词 岩溶管道 modflow-cfp 数值模拟 泉流量 岩溶水 许家沟泉域
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岩溶管道结构影响泉流量变化的数值模拟研究 被引量：10
7
作者 焦友军 潘晓东 +1 位作者 曾洁 任坤 《中国岩溶》 CAS CSCD 北大核心 2017年第5期736-742,共7页
采用MODFLOW-CFP建立管道流数值模型,模拟岩溶含水系统在暴雨期的响应过程,以泉口流量峰值作为因变量,分别对控制管道结构的4个参数以及落水洞集中补给比例进行调整,研究管道结构如何控制泉流量变化过程。结果表明:管道直径、管壁渗透... 采用MODFLOW-CFP建立管道流数值模型,模拟岩溶含水系统在暴雨期的响应过程,以泉口流量峰值作为因变量,分别对控制管道结构的4个参数以及落水洞集中补给比例进行调整,研究管道结构如何控制泉流量变化过程。结果表明:管道直径、管壁渗透系数和落水洞补给比例对泉口流量峰值均表现为正相关,其中管壁渗透系数影响最大;管道弯曲度值较小时其增大促进出口流量峰值变大,当径流途径变长引起的流量减小幅度超过管壁面积变大引起的流量增大幅度时,流量峰值逐渐变小;管壁粗糙度在达到两个相对应的雷诺数临界值时水流状态发生突变,导致流量峰值也表现为两次突变。 展开更多
关键词 岩溶含水介质 管道参数 数值模拟 modflow-cfp
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MODFLOW岩溶暗河及出口的概化与模拟效果 被引量：1
8
作者 张子琦 许模 +2 位作者 曹聪 张强 夏强 《地质科技通报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期250-258,共9页
在MODFLOW的三维渗流模拟程序集中,Conduit Flow Process(CFP)模块已被广泛用于模拟岩溶含水层中的管道流,是岩溶地下水流模拟的重要工具。使用CFP模块概化暗河管道时,暗河出口的概化有2种方案:将暗河出口设置在管道模型中(FH方案)或等... 在MODFLOW的三维渗流模拟程序集中,Conduit Flow Process(CFP)模块已被广泛用于模拟岩溶含水层中的管道流,是岩溶地下水流模拟的重要工具。使用CFP模块概化暗河管道时,暗河出口的概化有2种方案:将暗河出口设置在管道模型中(FH方案)或等效多孔介质中(Dr方案),其模拟效果有待评价。以重庆缙云山姜家龙洞暗河为例,建立了考虑管道流的地下水流数值模型,分别使用2种方案概化了暗河出口,对比分析了稳定流和非稳定流的模拟结果。结果表明:以排水沟(Drain)模块概化暗河出口的Dr方案,暗河管道的上游段排泄地下水,下游段反而补给含水层,最终在排水沟单元排泄,而定水头(Fix Head)概化的FH方案则准确模拟了暗河全段汇集地下水并在出口排泄出含水层的实际情况。进一步的水均衡分析揭示了模拟差异产生的原理。在模拟岩溶区地下水向暗河管道汇集的水文过程时,如果使用CFP概化管道,则宜配合使用CFP中的定水头边界概化暗河出口。 展开更多
关键词 岩溶管道 管道-等效多孔介质耦合模型 modflow-cfp 暗河
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