[科普中国]-地下水边界条件

简介

边界条件是地下水系统的重要因素，在水文地质模型概化和地下水数值计算中，一般将边界条件划分为两类，一类边界称为定水头边界，二类边界称为定流量边界。按照边界性质可以分为补给边界、阻水边界、滞水边界等三种类型。补给边界可分为大气降水补给边界、垂直下渗补给边界、顶托越流补给边界、地下水分水岭补给边界、导水断层补给边界等。阻水边界一般表现为阻水断层、封闭性岩层等。滞水边界一般指计算地下水储存量的上边界。1

分类第一类边界条件（Dirichlet条件）如果在某一部分边界（设为Sl或Γ1）上，各点在每一时刻的水头都是已知的，则这部分边界就称为第一类边界或给定水头的边界，给定水头边界不一定就是定水头边界。可以作为第一类边界条件来处理的情况：

①河流或湖泊切割含水层，两者有直接水力联系时，这部分边界就可以作为第一类边界处理。在没有充分依据的情况下，不要随意把某段边界确定为定水头边界，以免造成很大误差。

②区域内部的抽水井，注水井或疏干巷道也可以作为给定水头的内边界来处理。此时，水头通常是按某种要求事先给定。给定水头边界不一定是定水头边界。

③排泄地下水的溢出带，冲沟或排水渠的边界也可近似看作给定水头边界。

第二类边界条件（Neumam条件）当知道某一部分边界（设为S2或2）单位面积（二维空间为单位宽度）上流入（流出时用负值）的流量q时，称为第二类边界或给定流量的边界。常见的这类边界条件：

①隔水边界（流线，分水岭）

②抽水井或注水井

③补给或排泄地下水的河渠边界上，如已知补给量。

第三类边界条件某边界上H和H+αH=βn又称混合边界条件，α，β为已知函数。

数值处理过程中边界条件的处理在地下水运动数值模拟过程中，边界条件的处理可划分为两个阶段。第一个阶段即在模型识别检验阶段，边界条件利用以往的观测资料即可确定，处理起来较为容易。第二阶段即在模型预报阶段，边界条件处理起来较为复杂。这里存在首先要对边界条件做出预报的问题，然后才能进行模型预报。因为在模型预报时， 边界条件是作为已知条件出现的。边界条件的预报既要考虑本区和邻区未来自然条件的变化，同时也要考虑本区和邻区未来人为影响(如人工开采和人工补给)的变化，即边界条件的预报要综合考虑各种作用(包括自然因素、人为因素及相邻系统的扰动等)的复合效应。否则，边界条件就不能刻画边界处水流状态的真实变化，并将最终导致整个模型计算结果的不正确。