基于VisualModFlow的苑庄水源地地下水位预测

基于VisualModFlow的苑庄水源地地下水位预测 () 文章编号 :1672 3317 200703 0093 04 基于 Vi sual M OD FL O W 模型的三湖灌域 3 地下水资源评价 丁雪华 , 朝伦巴根 ()内蒙古农业大学 水利与土木建筑工程学院 , 呼和浩特 010018 摘 要 : 以内蒙古河套灌区下游的三湖灌域为研究背景 ,采用 Vi sual MOD FL O W 模型对研究区未来 15 年的水资 3 源利用及水资源变化趋势作了详细的预测研究 。结果显示 ,到 2010 年研究区地下水总补给量为 9940 . 76 万 m,3 3 2015 年为 8184 . 34 万 m,2020 年为 6808 . 72 万 m。3 个水平年地下水总补给量分别比现状年减少 551 . 68 、2308 . 3 1 和 3666 . 05 万 m。3 个水平年地下水位下降幅度分别为 0 . 5,2 . 0 m 、0 . 5,2 . 5 m 之间和 0 . 5,3 . 0 m 之间 。到 2020 年研究区地下水位下降最大达 3 m ,已接近生态 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 最低水位 。研究区引黄灌溉水量最少不能低于 6000 万 3 m,否则 ,将会出现地下水量减少 、地下水位持续下降的趋势 ,危及生态环境的安全 。 关 键 词 : 地下水资源评价 ; Vi sual MOD FL O W 模型 ; 预测 中图分类号 : P641 . 8 文献标识码 : A Vi sual MOD FL O W 是由加拿大 Wat erloo Hydro geolo gic Inc 在 MOD FL O W 软件基础上 ,应用现代可 视化技术开发研制的 。该系统是目前国际上最为流行且被各国同行一致认可的三维地下水流和溶质运移模 拟评价的标准可视化专业软件系统 。具有水质点的向前 、向后示踪流线模拟 ,任意水均衡域的水均衡项处 理 ,允许用户直接接受 GIS 的输出数据文件和各种图形文件 , 将模拟的复杂性降到最小 ,简化数值模拟数据 前处理和后处理等特点 。应用 Vi sual MOD FL O W 软件对内蒙古河套灌区三湖河灌域地下水资源进行了评 价 ,并对不同开采条件下的地下水水位进行了预测 ,以判断开采 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 是否可行 。 研究区概况1 2 研究区域设在内蒙古河套灌区的三湖河灌域和乌拉山山前倾斜平原 ,总控制面积 1154 . 91 k m。研究区属温带大陆性干旱 、半干旱气候 。多年平均降水量为 308 . 5 mm ,多年平均蒸发量 1341 . 2 mm 。 地下水主要补给因素是灌水和降水的垂直入渗 ,其次为乌拉山山前侧向径流补给 ;潜水蒸发和人工开采 是地下水的主要排泄途径 。总的潜水动态特征是受降水 、春融 、冻结 、蒸发等气候因素的影响 ,表现为季节性 变化和受灌水影响表现的周期变化 。 水文地质概念模型2 研究的目标含水层主要为第四纪地层 。据地质钻孔资料概化为单一的潜水含水层 ; 据多年地下水位观 测资料可知 ,区域西边界在退水渠二侧没有水量交换 ,西边界可处理为零通量边界 ;东部在黑柳子山顶账房 一带形成地下水分水岭 ,东边界设在这一分水岭上 ,也可作为零通量边界 ;研究区以乌拉山山前为北边界 ,基 于区域水文地质条件和多年的地下水位动态分析 ,乌拉山山前侧向径流补给研究区 ,北边界为补给边界 ; 南 边界为黄河 ,在黄河分配量一定的前提下 ,黄河水位在年际间相差不大 ,而在年内有一定的起伏 ,因此 ,采用 多年平均不同月份的水位作为南边界 ,即南边界为已知水头边界 。 3 收稿日期 : 2007 04 20 基金项目 : 内蒙古水利厅重点项目资助 ( ) 作者简介 : 丁雪华 1963 ,男 ,副教授 ,博士研究生 ,主要从事水资源评价与优化利用研究. 通讯作者 : 朝伦巴根 ,博士生导师. 界为中更新统湖相沉积层 ,为区域性隔水层 ,下边界为隔水边界 。 模型的识别与检验Vi sual MOD FL O W 3 据现有水文地质勘探资料 ,地下水埋深在 1 . 5,30 m 之间 ,含水层厚度在 10,50 m 之间 ; 垂直方向上 从地表以下分为 2 层 ,将研究区地下水位埋深以上作为第 1 层 ,地下水位埋深到含水岩组底板为第 2 层 。 MOD FL O W 采用有限差分法对地下水流进行数值模拟 ,含水层采用等距或不等距正交的长方体剖分 网格 。研究区实际长为 58000 m ,宽为 19000 m 。计算长度取为东西长 60000 m ,南北宽 20000 m ,垂向上分 为 2 层 。研究区的总网格数为 240 ×80 ×2 ,共计 38400 个 ,每个单元 250 m ×250 m 。 [ 1 ] 含水层初始渗透系数采用抽水试验结果;初始弹性给水度 S = 0 . 003 , 重力给水度 S = 0 . 045 , 有效孔 s y 隙率 E f f . p = 0 . 3 , 总孔隙率 T ol. p = 0 . 4 。 () () 将边界条件 、初始条件以及汇源项输入模型中 ,运行模型 ,将运行结果 水头与实测资料 水头对比 ,微 调初始参数 ,直到二者吻合最好为止 ,这时的参数为识别后模型的参数 。模型识别采用 2005 年的实测数据 , 采用 2003 年实测数据对识别后的模型进行检验 ,模型的识别与检验如下 。 在理想状况下 ,所有井的水位都应位于 45角?的直线上 ,实测值大部分在 45线?附近 。 图 1 为典型观测井实测水位与计算水位结果对比图 ,图 1 中显示地下水位的实测值与模拟值吻合较好 。 图 1 观测点实测水位与计算水位拟合图 表 1 率定后入渗系数与蒸发系数 除个别点外 ,误差基本在 10 %以下波动 ,个别高值 入渗系数 潜水蒸发系数 点可能由于人为 、气候等因素造成 ,模型的误差在允许范 降雨 灌溉 渠系 秋浇 非冻季 冻季 围之内 。从以上几方面可以看出 ,实测值与计算值之间 0 . 12 0 . 17 0 . 0965 0 . 33 0 . 3 0 . 08 虽存在一定差异 ,但从研究区整体考虑差异不大 ,认为模 型可以用于研究区的预测 。认为模型率定后的参数合适 ,率定后的参数如表 1 。 抽水试验点的坐标位置分为 6 个区 ,含水层渗透系数分别为 : 7 . 7 、8 . 52 、9 . 70 、10 . 5 、11 . 89 、14 . 3 m/ d ; 弹性给水度 S = 0 . 003 , 重力给水度 S = 0 . 045 , 有效孔隙率 E f f . p = 0 . 3 , 总孔隙率 T ol. p = 0 . 4 。s y 基于 Vi sual MOD FL O W 模型的地下水资源预测评价4 [ 1 ] 用 Vi sual MOD FL O W 模型进行预测研究中 ,平均年法与考虑时间序列的模拟结果基本接近,在进行 趋势预测时 ,平均年法是一种简便可行的方法 。 ( ) 对未来地下水资源的预测评价将采用平均年 P = 50 %法处理 ,以 2005 年为现状年 ,预测期为 5 、10 、15 年 3 个水平 。根据历年降雨资料进行降雨的经验频率分析 ,找出 P = 50 %的典型年份 。采用典型年的完整 气象资料求得作物需水量 ,制订出此频率下的作物灌溉 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 。采用研究区附近的乌拉特前旗气象站降雨资 料进行降雨的经 验 频 率 分 析 。资 料 系 列 长 度 从 1961 , 2004 年 共 44 年 。分 析 结 果 为 2002 年 的 频 率 为 51 . 78 % ,年降雨量为 207 . 4 mm ,采用 2002 年作为典型年 ,模型预测时需要的一些边界条件 、气象资料采用 2002 年研究区的实测资料 。 3 表 2 研究区近期规划方案水量分配表 万 m 4 . 1 近期方案 水源类型 水资源量 工业用水 农田灌溉用水 人畜饮水 合计 依据乌拉特前旗“十一五”规划的工 4379 引黄水量 13600 9221 13600 作重心和指导思想 ,研究区确定近 、中 、 地下水允许开采量 9070 . 38 4931 200 . 95 5131 . 95 远期 3 个规划目标 。研究区需水系统主 总计 22670 . 38 14152 18731 . 95 4379 200 . 95 ( 要分为 人 畜 、农 牧 业 和 工 业 用 水 见 表 ) 2。将各输入 、输出项输入模型 ,计算结果见表 3 。模拟期内水均衡结果如图 2 。 3 表 3 2010 年地下水资源预测评价结果 m 总补给 垂直补给 侧向补给 总排泄 机井 蒸发 均衡差 误差/ % ( )99407666 60842018 38565648 100664880 51305357 49359523 1257214 - 1 . 26 图 2 模拟期内地下水均衡结果 图 3 2010 年研究区典型观测井地下水位变化过程 3 3 到 2010 年研究区地下水总补给量为 9940 . 76 万 m,总排泄量为 10066 . 48 万 m,总补给与总排泄之差 3 为 125 . 7 万 m;从图 2 可看出 ,在 5 年的模拟期内 ,水均衡在模拟初期有所下降 ,之后维持平稳 ,达到了一个新的平衡 。图 3 为近期方案开采条件下地下水位变化过程 ,从图 3 中看出 ,在近期方案开采条件下 ,研究区 地下水位有所下降 ,下降幅度在 0 . 5,2 . 0 m 之间 。 3 表 4 研究区 2010,2015 年规划方案水量分配表 万 m4 . 2 中期方案 水源类型 水资源量 工业用水 农田灌溉用水 人畜饮水 合计 ( ) 据用水方案及各项指标 见表 4 6329 引黄水量 13600 7271 13600 将各补给 、排泄项整理为模型的输入格 地下水允许开采量 8947 6101 229 . 87 6330 . 87 式输入模型 ,运行模型 ,水均衡计算结 总计 6302 229 . 87 22149 13372 19930 . 87 果如表 5 。 在中期用水方案下 ,到 2015 年研究区总补给与总排 3 2015 年地下水资源预测评价结果 m表 5 泄量比近期用水方案又有所减少 。工业继续发展 ,工业用总补给 总排泄 均衡差 误差/ % 水量进一步增加 ,农田灌溉用水量被进一步挤占 ,灌溉入 81843420 82368573 - 525153 - 0 . 64 渗补给地下水的量也不断减少 ,使地下水的总补给量逐渐 3 3 减少 。到 2015 年研究区地下水总补给量为 8184 . 34 万 m,总排泄量为 8236 . 86 万 m,总补给与总排泄之 3 差为 52 . 51 万 m,补排基本平衡 。在中期方案开采条件下 ,研究区水均衡趋势有所下降 ,在模拟前期下降较为明显 ,到后期基本维持平稳 ,达到了新的平衡状态 。地下水位呈下降趋势 ,到 2015 年研究区地下水位下降 幅度 0 . 5,2 . 5 m 。 3 表 6 研究区 2015,2020 年规划方案水量分配表 万 m4 . 3 远期方案 水源类型 水资源量 工业总用水量 农田 人畜饮水 合计 表 6 为远期方案水量分配表 。计 7624 黄河总水量 13600 5976 13600 算结果见表 7 。由表 7 结果可 知 , 到 地下水允许开采量 7775 6400 6661 . 54 261 . 54 2020 年研 究区 总 补给 量 6808 . 72 万 总计 8144 261 . 54 21375 12556 20261 . 54 3 3 m,总排泄为 6900 . 85 万 m,均衡差 3 3 - 92 . 13万 m。总补给量比 2015 年减少了 1357 . 95 万 m,再次证明了灌溉入渗补给是研究区的主要补给源之一 。水均衡计算结果在误差要求范围之内 。从各均衡要素项可看出 ,随着引黄灌溉水量的减少 ,侧向 ,3 m 。 3 表 7 2020 年地下水资源预测评价结果 m 总补给 垂直补给 侧向补给 总排泄 蒸发 机井 均衡差 误差/ % ( )68087236 29082510 39004994 69008507 2148508 66609993 921271 - 1 . 34 远期方案的用水量将近达到补给量 ,地下水位下降最大达 3 m ,已接近生态要求最低水位 。由此说明 , 3 在远期方案开采条件下 ,研究区引黄灌溉水量最少不能低于 6000 万 m,否则 ,研究区将会出现地下水量超 采 ,地下水位持续下降 ,将会造成生态环境的恶化 。 5 结论 综合以上评价结果 ,3 种方案开采条件下 ,研究区水均衡趋势在模拟前期下降都较为明显 ,到后期基本 维持平稳 ,达到了新的平衡状态 。随着研究区工业的不断发展 ,引黄灌溉水量不断减少 ,灌溉入渗补给地下 水量也在减少 ,相应的地下水总补给量减少 ,导致地下水位下降 。 参考文献 : [ 1 ] ( ) ( ) 李宏卿 , 吴琼 , 张福林 ,等. 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Eval uat ion of Ground water Resources Ba sed on Visual MOD FLOW Model in San hu Irrigat ion District D IN G Xue2h ua , C H A O L un2ba ge n ( Hydra ulic a nd Civil Engi neeri ng Colle ge , Inne r Mo ngolia )A gricult ure U nive r sit y , H uhe ho t 010018 , Chi na Abstract : The utilizatio n a nd cha nge of t he wat e r re so urce s of Sa n h u Ir ri gatio n A rea at t he lo wer reach of Inne r Mo ngolia Het ao Ir ri gatio n Di st rict wit hi n t he f ut ure 15 yea r s were st udied i n det ail wit h t he Vi sual MOD FL O W mo del . The re sult s i ndicat e t hat to t al gro undwat e r recha r ge s of t he st udy a rea a re 9 . 94076 ×7 3 7 3 7 3 10mat 2010 , 8 . 18434 ×10mat 2015 a nd 6 . 80872 ×10mat 2020 ; a nd co mp a re d wit h t he c ur re nt yea r 6 7 t he to t al gro u ndwat e r recha r ge s at t he 3 yea r s will decrea se by 5 . 5168 ×10、2 . 3081 ×10a nd 3 . 66605 ×7 3 10mre sp ectivel y a nd t he co r re spo ndi ng gro u ndwat er level s will drop do w n by 0 . 5,2 . 0 、0 . 5,2 . 5 a nd0 . 5,3 . 0 m re sp ectivel y. Wit h t he ma xi mu m drop do w n of 3 m at 2020 , t he gro undwat er level i n t he st udy a rea will reach t he lo we st level meeti ng ecolo gical requi re me nt . The i r ri gatio n dive r sio n f ro m t he Yello w 7 3 Rive r of t he st udy a rea sho ul d be by no mea n s lo we r t ha n 6 ×10m, o t her wi se t he t re nd of gro u ndwat e rdecrea se a nd co nti nuo u s f all of gro undwat er level will p re se nt it self , e nda ngeri ng t he ecolo gical saf et y. Key words : gro undwat er re so urce s eval uatio n ; Vi sual MOD FL O W mo del ; p redictio n