水文地质参数的数值模拟试验及结论

淡水透镜体的数值模拟，除了要有正确的数学模型和水文地质参数外，模拟时间、网格划分和初始浓度的设置对计算结果也可能会造成影响。在水文地质参数给定的条件下，如何对这些人为性较强的参数进行设置，需要通过数值模拟试验来确定。

（1）时间模拟试验

平面按50行×50列、垂向按51层进行剖分；氯离子初始浓度取19 000 mg/L，即假设初始时刻，海水充满全岛，模拟时间100 a。输入水文地质参数，进行模拟计算，得到永兴岛透镜体演变过程中，不同模拟时刻透镜体的最大厚度和淡水贮量，见表6.2并如图3.17、图3.18所示。表6.2中，V100指透镜体模拟时间取100 a时的淡水贮量。

表6.2　透镜体最大厚度和贮量随模拟时间的变化

图6.17　淡水透镜体最大厚度随模拟时间的变化

图6.18　淡水透镜体贮量随模拟时间的变化

由表6.2和图3.17、图3.18可知，起初淡水透镜体的最大厚度与贮量随模拟时间的增加而增加，经过40～50 a的模拟时期后，最大厚度与贮量趋于一定值：最大厚度15.0 m。因此，在进行永兴岛淡水透镜体模拟时，可将模拟时间设定为50 a。

（2）网格划分模拟试验(www.xing528.com)

平面网格划分按行×列分别为：50×50、60×60、70×70、80×80、90×90、100×100，垂向均为51层，模拟时间为50 a，初始浓度取19 000 mg/L。不同网格划分条件下淡水透镜体的最大厚度和贮量的结果见表6.3，表中V50为模拟时间取50 a时的贮水量。

表6.3　不同网格划分的计算结果

由计算结果可知，模拟时间50 a后，随着网格的细化，在淡水透镜体的最大厚度基本保持不变时，贮水量稍有增加，主要是因为网格越细，用折线模拟曲线边界越准确，透镜体在海平面上的截面越大，但是经过一定长时间的模拟后，差别甚微。因此，可认为50行×50列×51层的网格划分用于永兴岛淡水透镜体的模拟是可行的。

（3）初始浓度模拟试验

模拟时间为50 a，网格划分取50行×50列×51层，初始Cl-浓度分别取19 000 mg/L和0 mg/L，考察初始浓度设置的不同对模拟计算得到结果的影响。前者表示模拟开始时，珊瑚岛地表以下完全被海水饱和，而后者表示未进行模拟之前模拟区域内部即被淡水充满，计算结果见表6.4。

表6.4　不同Cl-初始浓度的计算结果

由表6.4知，Cl-初始浓度分别取19 000 mg/L和0 mg/L，模拟时间50 a，计算得到的透镜体最大厚度分别为15.0 m和15.1 m。两种不同Cl-初始浓度条件下最大厚度和贮水量之差均不到1%。因此，初始浓度的取值对计算结果没有明显的影响。分析原因，是因为在水文地质条件恒定的条件下，无论初态为淡水还是海水，经过长达50 a的透镜体回补与流失等水文过程，得到的是同一稳定状态的淡水透镜体。

通过数值模拟试验，可以得到的结论是：永兴岛平面网格划分取50行×50列×51层，模拟时间取50 a时，初始浓度无论取海水还是淡水浓度，最终都可以得到一个相对稳定的淡水透镜体的解。