1、模型的研究范围
本次研究以1984年作为起始年，1998年作为现状年。研究的范围仅限于100m等高线以下的海河流域平原地区。主要包括北京市、天津市、河北省、河南省和山东省的平原区，总面积12.9万km2。
2、模型建设的思路与计算方法
2．1地下水概念模型
海河流域地下水主要受降雨、蒸发、灌溉、河流补给、开采量和横向补排的影响,模型的分析都要围绕上述因素来进行。各因素的关系通过地下水概念模型表示见图1。
2．2模型的数学计算方法
三维有限差分地下水流模型是整个模型系统的核心。为了模拟三维地下水的状况,有限差分模型和相关的计算程序被应用到了整个地下水流模拟系统中。地下水三维运动数学模型通过下列偏微分方程来描述：
其中，Kxx，Kyy和Kzz是沿着x，y，z轴方向的水力传导系数（m/s）；h势能水头（m）；W是单位体积的过水流量（1/s）；Ss是单位释水系数或单位储水量（1/m）；t 是时间（s）。
2.3模型的设计流程
模型的设计流程见图2
图2 模型的设计流程图
3、模型的概化
模型在建立过程中，不可能把所有的现存东西全都模拟出来，也是不必要的。为了使模型能够反映出建模的目的，进行必要合理的概化就显得非常重要。
本次研究只对浅层地下水系统进行评价。根据浅层地下水系统的补给、径流和排泄以及地质条件，模型概化如下：
3.1模型的输入
模型的输入主要是各级分区的开采量、降雨入渗补给量、河道补给量、侧向补给量、蒸发量。由于上述各值都是以水量的形式按照海河流域水资源三级分区给出的，在模型的输入中采用了按照面积均摊的平均值形式，其中侧向补给量是按照分区边界的长度来均摊的。
3．2模型的边界条件
通过分析研究区域内水文地质条件及有关的地下水位观测资料、地下水开采情况等，将海河流域平原区浅层地下水概化为统一的地下水资源系统，并将该系统概化为非均质各项同性的、与外界环境有着密切联系的开放性系统；将系统的边界概化为第一类的水位边界和第二类的流量边界，即将沿海区概化为第一类边界，将其他地区的边界概化为第二类边界。
研究区的上边界为地面，概化为垂向渗透边界，接受大气降水入渗，河流、渠道、地表水灌溉渗漏和井灌回归补给，以人工开采和潜水蒸发的形式排泄；下边界在全淡水区以当地地下水主要开采深度为底界；在有咸水区与下伏的深层地下水和咸水以越流形式的交换水量被忽略。
3．3模型的参数
本次计算中，由于所用资料系列较粗（主要是各级分区的开采量、降雨入渗补给量、河道补给量、侧向补给量），故本次没有对降水入渗补给系数（a）、潜水蒸发系数（c）、渠系渗漏补给系数（m）、田间灌溉入渗补给系数（p）等参数进行率定。本次研究率定的参数主要是渗透系数（K）和给水度（u）。根据地下水形成的条件和地下水混合开采层的岩性、厚度、富水性及埋藏条件等，将海河流域平原区地下水资源系统划分为19个地质参数分区（分区图略），并将每个分区概化为均质各项同性。
4、模型的率定
按照不同的水资源系列（1985-1998年），对模型的参数进行了率定，最后得出了相对满意的结果。模型的测量值与计算值对比图略。
5、主要结论
建立流域型大尺度地下水模型在宏观管理上是可行的。目前国际上一直存在着建立大范围地下水模型系统的可行性问题。几乎所有的模型都是在小范围内应用成功的，在大面积应用中还缺乏范例。本次作为一次试验性尝试，虽然模型精度尚需提高，但对于地下水宏观管理还是具有参考作用。
6、建议
6．1 模型建设方面
（1）模型所用的水文地质资料的精度要高，应当尽可能反映实际，否则模拟出来结果的可靠度会降低。
（2）模型的率定资料应当采用长系列，并且要有多年的资料进行校验，以便形成最佳的参数组合。
（3）浅层地下水与深层地下水之间存在着越流补给，在进一步分析中应当加以考虑。
（4）本次侧重于水量、水位的关系研究，而对水质未考虑，今后在研究水量的同时重点研究水质。
（5）地下水与地表水是一个系统，水资源在其间相互转换，不应该将其割裂开来单独考虑。建议结合流域水资源工作从水资源循环系统来考虑。
6．2 地下水研究与管理
（1）在深化地下水研究的同时，还要十分重视水体动态—人类活动—环境诱变—社会发展的系统研究。天上水—地面水—地下水；水体—人类—环境—发展的综合性研究，将是21世纪水科学研究的主要特色。通过这种研究，人们将会更好地认识水资源的自然属性和社会属性，更好地使用和管理水资源，更自觉地规范自己的水行为。
（2）应把目前重视地下水兴利研究，转变为继续兴利研究的同时，加强地下水管理和防治地下水灾害的研究。地下水不仅是地球水圈的组成部分，而且也是人类环境的重要组成。因此，地下水天然形成过程和天然运移过程的任何破坏，都可能引发原有生态环境的破坏，带来难以恢复的后果。如地下水漏斗、地面下沉、海水入侵、地下水污染等。
（3）在继续开发数学手段的同时，要十分重视室内外实际观测试验研究，十分重视揭示机理和建立物理模型，要敢于摆脱固有理论、公式的束缚，建立符合实际的新理论和新方法。
7、参考文献（略）
作者简介：韩瑞光，男，水利部海河水利委员会科技与水土保持处，副处长。
