Modflow 在長(zhǎng)治盆地淺層地下水資源評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

摘 要：隨著城市建設(shè)和農(nóng)業(yè)發(fā)展，供水需求量越來越大，長(zhǎng)期以來由于對(duì)地下水的科學(xué)開發(fā)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃和管理造成開采地下水布局不合理，由此引發(fā)的以采煤為中心的孔隙含水層被疏干，水井枯竭、水質(zhì)變差等多種水環(huán)境問題。通過收集長(zhǎng)治盆地多年地下水的水位觀測(cè)資料，水文地質(zhì)資料等，運(yùn)用modflow、sufer等軟件對(duì)盆地內(nèi)的淺層地下水模擬研究，為盆地今后更合理的開發(fā)地下水提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：Modflow；長(zhǎng)治盆地；淺層地下水；水資源評(píng)價(jià)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.254

1 前言

長(zhǎng)治盆地在長(zhǎng)期的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、采礦等的不合理的開發(fā)地下水，引起了地面沉降、水資源枯竭、水質(zhì)污染等問題。以往對(duì)長(zhǎng)治盆地做過地下水資源的評(píng)價(jià)工作，但是在評(píng)價(jià)方面局限于在現(xiàn)有料的統(tǒng)計(jì)分析上。本次采用最為廣泛的地下水?dāng)?shù)值模擬軟件modflow對(duì)潛水進(jìn)行模擬，[1]為今后長(zhǎng)治盆地的合理利用地下水提供依據(jù)。

2 長(zhǎng)治盆地淺層地下水資源開采現(xiàn)狀

（1）水文地質(zhì)條件。長(zhǎng)治盆地位于山西省東南部，太行山西麓，地理坐標(biāo)為東經(jīng)112°46′59"～113°15′40"，北緯：36°00′24"～36°18′55"之間，盆地面積1169km2，盆地第四系松散沖積物、洪積物分布廣泛，從西北到東南厚度逐漸增大，總厚度0～300m。徑流區(qū)和排泄區(qū)不明顯，以開采及潛水蒸發(fā)形式排泄，局部補(bǔ)給下部含水層，通過巖層中斷裂破碎帶。[2， 3]

（2）地下水開采現(xiàn)狀。長(zhǎng)治盆地淺層地下水是長(zhǎng)治市盆地區(qū)主要供水來源，開發(fā)利用程度普遍較高，現(xiàn)狀2010年盆地各類水井3747眼，已配套機(jī)電井3747眼，取水量為8303萬(wàn)m3，其中工業(yè)865萬(wàn)m3，城鎮(zhèn)生活426萬(wàn)m3，農(nóng)業(yè)灌溉5787萬(wàn)m3，農(nóng)村人畜1225萬(wàn)m3。

3 數(shù)學(xué)模型的建立

潛水含水層在長(zhǎng)治盆地分布較廣泛、厚度上從西北到東南逐漸變厚，淺層地下水的流向主要以水平方向運(yùn)動(dòng)為主，垂向上的運(yùn)動(dòng)相對(duì)不明顯。綜上，長(zhǎng)治盆地淺層地下水系統(tǒng)可概化為非均質(zhì)水平各向同性、空間三維、非穩(wěn)定的地下水流系統(tǒng)概念模型。用如下數(shù)學(xué)模型對(duì)定解問題描述[4]：

式中：Ω?研究區(qū)域；h?水位標(biāo)高；Kx、Ky、Kz?分別為x、y、z方向的滲透系數(shù)；Kn?邊界面滲透系數(shù)；S?儲(chǔ)水系數(shù)；ε?源匯項(xiàng)；h0?初始水位分布；Γ1?側(cè)向邊界；q（x，y，t）?流量。

（1）模型的離散 空間離散：長(zhǎng)治盆地在平面上剖分120行×100列，共12000個(gè)單元，每個(gè)單元大小為500m×500m。模型概化為120行×100列×1層的矩形（圖1）。時(shí)間離散：模擬期從2011年1月至2012年12月，每月為一個(gè)應(yīng)力期，總共24個(gè)應(yīng)力期，時(shí)間步長(zhǎng)為10天。

根據(jù)水文地質(zhì)條件、包氣帶巖性、地下水開發(fā)利用條件，長(zhǎng)治盆地分為4參數(shù)區(qū)如表1。

（2）定解條件 初始條件： 把2011年1月淺層含水層觀測(cè)孔的水位值作為初始值。邊界條件：長(zhǎng)治盆地邊界處接受山前側(cè)向補(bǔ)給，補(bǔ)給的多少依據(jù)出山口的位置合理的分配到邊界上各段處；絳河、嵐水河、濁漳河南源與地下水的水利聯(lián)系較弱，處理成變流量邊界。

4 模型的求解

模型的運(yùn)算結(jié)果如圖2，從圖2和圖3可以看出潛水等水位線的變化規(guī)律，自盆地的南部、東部、西部向盆地的中北部呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。

5 結(jié)論

（1）長(zhǎng)治盆地淺層水資源量約為1.2×108m3/a，在盆地模擬中參數(shù)的識(shí)別，由于資料收集的限制以及研究區(qū)范圍內(nèi)地質(zhì)條件的復(fù)雜，給模型的模擬帶來一定的影響。

（2）MODFLOW在長(zhǎng)治盆地淺層孔隙含水層的模擬應(yīng)用中，對(duì)研究區(qū)的參數(shù)劃分取得了較好的反演求參作用，對(duì)劃分的四個(gè)參數(shù)區(qū)所得的參數(shù)與實(shí)際情況相符。

參考文獻(xiàn)：

[1]周念清，朱蓉，朱學(xué)愚.MODFLOW在宿遷市地下水資源評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2000（06）：9-13.

[2]武強(qiáng)，朱斌，徐華等.MODFLOW在淮北地下水?dāng)?shù)值模擬中的應(yīng)用[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005（04）：500-503.

[3]高慧琴，楊明明，黑亮等.MODFLOW和FEFLOW在國(guó)內(nèi)地下水?dāng)?shù)值模擬中的應(yīng)用[J].地下水，2012（04）：13-15.

[4]薛禹群，謝春紅，張志輝等.三維非穩(wěn)定流含水層儲(chǔ)能的數(shù)值模擬研究[J].地質(zhì)論評(píng)，1994（01）：74-81.

作者信息：張海島（1989-），在讀研究生，研究方向：地下水。