预测模型的建立
1. 模拟含水层（组）的选定
本研究选取河南平原第四系地下水圈作为数值模拟研究的对象，模拟区面积为69400km²。主要模拟的含水层（组）包括第四系非均质、各向同性的浅层潜水含水层和深层承压含水层。浅层和深层含水层之间分布着稳定的区域性亚黏土，构成潜水含水层和承压含水层之间的弱透水层。开采条件下，两个含水层（组）间水力联系密切，本次模拟预测研究通过越流将两个含水层耦合于一起。
2. 含水层（组）的水力特征
河南平原第四系浅层潜水含水层和深层承压含水层的天然水力坡度均不大，一般小于千分之一。地下水流场平缓，基本符合达西定律。多年开采条件下，地下水流为非稳定流，各运动要素随时间发生变化。含水层地下水流运动形式概化为平面二维流。
3. 边界条件的概化
侧向边界包括浅层含水层和深层含水层的侧向边界位置及性质。垂向边界包括浅层地下水和深层地下水的上部边界和下部边界。
4. 数学模型及其离散
根据水文地质概念模型，模拟区地下水流数值模型为非均质各向同性的、浅层潜水和深层承压水有越流联系的非稳定流耦合模型。采用矩形剖分和线性插值，应用有限差分法将数学模型离散为有限差分方程组，利用GMS软件包中的Modflow模块进行求解。
5. 模拟预测区域的剖分
模拟预测区域面积为69400km²，采用矩形剖分，共剖分23704个单元格，最小单元面积为1km²，最大单元面积为4km²。
6. 参数的识别
数值模拟选择2003年1月1日至2003年12月31日作为模型识别期。该时段内地下水位具有明显升降的动态变化，可以全面体现包含水层结构、水文地质参数以及边界条件和源汇项的特征。
7. 水文地质参数区分与初值的确定
根据含水层岩相变化特点、含水层厚度等因素对浅层和深层含水层分别进行参数区分。含水层（组）水文地质参数初值主要参考前人相关成果的测试数据。
8. 源汇项处理
河南平原浅层地下水主要接受大气降水入渗、地下水侧向径流和灌溉回渗补给。深层含水层的补给来源主要由侧向径流补给和上覆浅层含水层的垂向越流补给两部分组成，其排泄方式主要为人工开采。
9. 模型识别结果
实测水位与计算水位绝对误差在0.5m范围内的监测孔分别占监测孔总数的77.1%和83.3%。识别时段（2003年12月31日）地下水流场拟合情况良好。
10. 模型的验证
选择2004年1月1日至2004年12月31日作为模型的验证时段。实测水位与模拟水位误差在0.5m范围内的监测孔分别占监测孔总数的80%和83%。
气候干旱与河南平原第四系地下水圈演变的预测研究
根据气候环境初步预测的结果，河南平原地区未来40～50a区域气候环境将处于偏干旱的阶段。气候变化将是影响未来河南平原第四系地下水圈演变的重要自然因子。利用建立的地下水流数值模拟模型对气候干旱条件下河南平原第四系地下水圈演变进行预测和评价。
1. 影响因子的识别
选取模拟预测区内具有一定代表性且拥有长系列降水监测数据的巩义市和中牟县两个气象站1961～2003年降水量数据，利用皮尔逊Ⅲ型曲线进行降水累计频率分析，得到典型降水保证率下的降水量。
2. 源汇项及边界的处理
河南平原气候干旱条件下，按照对应中等干旱年和特殊干旱年给定的降水量和蒸发量数据计算大气降水入渗补给量和潜水蒸发量。侧向径流补给量和侧向径流排泄量依据中等干旱年、特殊干旱年的降水量与模型验证时期降水量的比值推算得到。
3. 地下水（圈）动力场变化趋势的预测
以连续遭遇5个中等干旱年（降水保证率为75%）作为预测条件时，预测的潜水和承压水流场与初始流场相比，不同地区的地下水位变化情况不同。连续遭遇2个特殊干旱年时，地下水位均有不同程度的下降。
南水北调中线人类工程活动与河南平原第四系地下水圈演变的预测研究
考虑正在兴建的南水北调中线这一特大型人类工程活动对未来河南平原第四系地下水圈演变的影响。
1. 南水北调中线工程概况
南水北调工程是迄今为止世界上最大的水利工程，河南平原境内长731km，分配给河南的用水量达37.69×10⁸m³，占河南平原地下水开采量的35.96%。
2. 南水北调中线工程配水对河南平原地下水圈影响的预测研究
预测结果表明，南水北调中线工程供水后对于河南平原第四系水圈演变具有积极的影响。它能够有效遏制河南平原水资源衰减，减轻地下水开采压力，逐步恢复地下水圈生态环境的功能。
