以济宁市南四湖湖东平原区为例,结合近30年的地下水动态观测资料,建立地下水流和溶质运移耦合数值模型。借助于地下水模拟软件FEFLOW,对研究区内的浅层地下水的水流和溶质运移进行数值模拟,运用识别后的模型对研究区的地下水系统演化规律进行研究与分析。在充分收集和分析研究区地质、水文地质和环境等方面资料的基础上,系统地阐述了研究区内主要地层及含水系统特征,分析了地下水的补给、径流、排泄等动态特征。确定模拟区范围和计算目的层,概化含水层水力特征、垂向、侧向边界后,建立水文地质概念模型并以此为基础建立了地下水数学模型。采用基于有限元方法的FEFLOW软件对建立的数值方程进行求解。本次模拟选用2003年11月-2004年11月的水位观测值对模型进行识别与检验,拟合效果良好,说明含水层结构、水文地质参数的确定、边界条件的概化等处理较为合理,所建立的模型可以用来进行预报。研究结果表明:研究区内的地下水水位整体上呈下降趋势,从1976年到2004年,研究区平均水位下降了6.63m,平均每年下降0.24m。对研究区内2020年的地下水流场进行预报,按预测的扩大开采量开采,区内地下水位都出现逐年持续下降并有扩大趋势,潜水水位下降明显,用验证好的模型预测研究区2020年的流场,整个研究区2020年预测平均水位为30.67m,比2004年下降4.57m。选取了氯离子(Cl-)和硫酸根(SO42 - )两种有代表性的离子作为典型污染物。以水量模型为基础,建立地下水溶质运移模型。选择2002年1月至2003年12月的水化学资料对模型进行识别与检验,从地下水计算与实测浓度场的拟合图可以看出拟合曲线基本反映出了变化趋势,模型精度符合要求,可以进行预测。模拟结果表明:1996年研究区内地下水中氯离子(Cl-)超过地下水质量标准(GB/T 14848-1993)中的Ⅲ类水标准的仅占15.2%,这一比例到2004年达到38.5%;硫酸根离子(SO24- )在1996年超标率为18.8%,到2004年超标率达到27.5%,济宁城区第四系孔隙潜水水质已受到较为严重的污染,城区潜水已不能作为饮用水使用。用验证好的模型预测了研究区2020年的地下水中氯离子(Cl-)和硫酸根离子(SO24- )含量,预计到2020年地下水污染最严重的区域出现在市中区,氯离子(Cl-)浓度会达到350mg/L以上,硫酸根离子(SO24- )浓度将达到300mg/L;邹城市、兖州市、汶上县三个城区及排污河道沿岸区域存在潜在的污染威胁。地下水超采是造成研究区内浅层地下水水位下降的主要原因,农药化肥的过量施用造成的面源污染是研究区内地下水环境污染的主要原因。研究区地下水流与溶质运移两者之间有着密切的联系,人类活动是造成地下水环境负效应的主要因素。应加强对地下水资源的科学调度管理及控制污水排放,防止地下水环境的进一步恶化,保护地下水资源,实现区域水资源可持续发展。