農(nóng)村飲水工程取水對地下水水位影響分析

【摘要】地下水水資源的過度開發(fā)，導(dǎo)致地下水超采嚴(yán)重。本文以安徽省亳州市譙城區(qū)農(nóng)村飲水工程取用地下水為例，運用數(shù)值法對研究區(qū)農(nóng)村飲水工程實施前后地下水流場進(jìn)行數(shù)值模擬，分析取水層位的水位變化。分析表明譙城區(qū)農(nóng)村飲水工程的實施造成第三含水層水位附加降深約5～15m，古井鎮(zhèn)和市區(qū)附近增加了小范圍的降落漏斗。為譙城區(qū)合理開發(fā)利用地下水資源，制定水資源管理與保護(hù)對策具有一定的指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】農(nóng)村飲水工程；數(shù)值模擬；第三含水層

地下水作為水資源重要的組成部分，在農(nóng)村飲水工程中發(fā)揮著不可替代的作用，但隨著工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，地下水過度開發(fā)使地下水水位逐年下降，地下水超采日益嚴(yán)重。因此，研究地下水開發(fā)對地下水水位的變化有重要意義。本文依據(jù)研究區(qū)復(fù)雜的水文地質(zhì)條件，以安徽省亳州市譙城區(qū)農(nóng)村飲水工程為研究區(qū)，運用數(shù)值法對研究區(qū)農(nóng)村飲水工程實施前后地下水流場進(jìn)行數(shù)值模擬，分析取水層位的水位變化。

1、研究區(qū)概況

亳州市譙城區(qū)位于安徽省淮北平原的西北部，北緯33°24’48\"～34°04’56\"，東徑115°32’24\"～116°01’35\"。目前譙城區(qū)內(nèi)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生活用水主要依賴于地下水，水資源供需狀況緊張，地下水開采程度較高，存在超采現(xiàn)象。

截至“十二五”結(jié)束，譙城區(qū)建設(shè)農(nóng)村飲水工程87處，管網(wǎng)延伸水廠33處，取水規(guī)模達(dá)到103440m3/d，供水受益總?cè)丝?10萬人。供水工程具體位置見下圖1-1所示。

2、水流數(shù)值模擬模型的建立

數(shù)值法是對滲流微分方程的一種近似解，可解決許多復(fù)雜條件下的地下水評價問題。本文利用數(shù)值法對研究區(qū)地下水水位變化進(jìn)行模擬。

2.1水文地質(zhì)概念模型

根據(jù)地層分布情況及區(qū)域水文地質(zhì)條件，結(jié)合地下水埋藏條件和水力性質(zhì)，概化為三個含水層和兩個隔水層：第一含水層（埋深30～50m）、第一粘土層（埋深50～90m）、第二含水層（埋深90～100m）、第二粘土層（埋深100～200m）和第三含水層（埋深200～1000m）。

2.2計算區(qū)邊界條件概化

根據(jù)計算區(qū)的水文地質(zhì)條件及水力性質(zhì)，將模擬區(qū)概化為非均質(zhì)各向同性，同一參數(shù)分區(qū)內(nèi)可視為均質(zhì)，水流服從達(dá)西定律，地下水流態(tài)為二維非穩(wěn)定流，將計算區(qū)邊界設(shè)定為通用水頭邊界。潛水含水層與外界水力聯(lián)系密切，將其設(shè)為定水頭邊界。

2.3數(shù)學(xué)模型

根據(jù)概化的水文地質(zhì)概念模型，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型[3]：

式中：K—含水層滲透系數(shù)（m/d）；H—地下水水位（m）；M—承壓含水層厚度（m）；W—單位體積流量，用以代表流進(jìn)源或流出匯的水量（m3）；μ*—彈性釋水系數(shù)；Γ1—一類邊界；H0—地下水初始水位（m）；H1—模擬期邊界處的地下水水位（m）；t—時間（d）；D—模擬區(qū)范圍。

2.4數(shù)值模型建立

計算區(qū)在平面上剖分為100行，100列，共計10000個單元格。時間上，模擬期為2015年～2020年，共6年，以2015年區(qū)域地下水水位為模型的初始流場，計算步長為365天。模擬區(qū)內(nèi)設(shè)有2個觀測井。

2.5模型識別

數(shù)值模型建立后，利用已有的地下水位觀測值資料，采用試錯法進(jìn)行模型識別，率定水文地質(zhì)參數(shù)，使得計算水位和觀測水位擬合情況較好，滿足一定的精度要求，從而達(dá)到模型識別的目的。監(jiān)測井BZ003、BZ010的擬合結(jié)果如圖2-1所示。

3、影響結(jié)果分析

研究區(qū)農(nóng)村飲水取水工程水源主要以第三含水層為主，本文重點研究第三含水層水位變化。選擇2015年作為初始水平年，根據(jù)水位監(jiān)測資料，模擬出初始水平年第三含水層的地下水水位等值線，見圖2-2所示。

從初始水平年2015年水位等值線圖可以看出，2015年前已有的用水工程已經(jīng)對孔隙承壓水產(chǎn)生了影響，研究區(qū)整個譙城區(qū)中心第三含水層地下水位呈小面積漏斗狀分布，水位分布在-25～5m之間。

若農(nóng)村飲水工程未實施，只有用水大戶取用該層地下水，模擬2020年地下水水位分布情況見圖2-3。

若農(nóng)村飲水工程實施，則用水大戶和農(nóng)村飲水工程共同取用該層地下水，模擬2020年地下水水位分布情況見圖2-4。

經(jīng)過上述對比分析，農(nóng)村飲水工程實施前研究區(qū)整個譙城區(qū)中心第三含水層地下水位分布在-30～-5m之間，農(nóng)村飲水工程實施后研究區(qū)整個譙城區(qū)中心第三含水層地下水位分布在-40～-15m之間?？梢娹r(nóng)村飲水工程的實施對孔隙承壓水產(chǎn)生的影響不可忽視，造成了地下水位在一定程度上的下降，加快了承壓水水位下降速率。預(yù)測至2020年，譙城區(qū)農(nóng)村飲水工程普及程度繼續(xù)加深，造成全區(qū)第三含水層水位下降約5～15m，古井鎮(zhèn)和市區(qū)附近增加了小范圍的降落漏斗。

4、結(jié)論

（1）研究區(qū)農(nóng)村飲水工程對孔隙承壓水的影響，因其工程的完善與取水量的增加而逐步增大，尤其在取水量相對偏大的譙城區(qū)古井鎮(zhèn)以東地區(qū)及市區(qū)，降深程度比其他取水地區(qū)相對較大。

（2）研究區(qū)農(nóng)村飲水工程取水對地下水水位的影響分析結(jié)果會在一定程度上受到其他取水工程的影響，預(yù)測時需綜合考慮。同時也說明了地下水水位動態(tài)變化的復(fù)雜性。

參考文獻(xiàn)：

[1]殷玉忠.淮北、宿州兩市地下水限采規(guī)劃研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2009.

[2]任洪雨，馮斌，郭新體.數(shù)值法在地下水資源評價中的應(yīng)用[J].西部探礦工程，2003，（3）：81-84.

[3]韓玉杰.蒙城縣西南部水資源配置研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2015.

作者簡介：周蜜（1989-），男，安徽桐城人。