汾河二库蓄水对兰村水源地影响的数值模拟研究..doc

汾河二库蓄水对兰村水源地影响的数值模拟研究            作者:金芳义郑秀清陈军锋马瑞群宁显林时间:2009-12-219:34:00                      论文关键词:地下水 数值模拟 modflow 水源地论文摘要:本文首先建立了汾河二库及其下游地区水文地质概念模型,然后根据地下水水头长观资料识别模型的水文地质参数,运用可视化标准软件VisualModflow,建立了地下水三维不稳定流模型来刻画汾河二库地下水下游区域流动的基本规律。运用识别后的模型预测了未来2010年和2015年水库不同蓄水位条件下的地下水动态变化。模拟结果表明,汾河二库的建成使周围地下水流动发生了变化,水库蓄水造成流域地下水位的上升,但对兰村水源地的影响有限。汾河二库位于兰村泉域中西部太原市区西北约32km的汾河峡谷区,坝址下游8km为兰村水源地。兰村饮用水水源地是太原市规模最大、产水量最高的水厂。汾河二库建成以后,由于水库渗漏严重,对其周边地下水环境产生了一定的影响,研究汾河二库蓄水以后对兰村水源地地下水水位的影响具有一定的现实意义,可为当地政府合理、可持续开发利用、保护地下水资源提供决策依据,对汾河二库调蓄运行具有一定的指导意义。笔者将从研究区地下水的形成、循环规律入手,建立地下水三维流数值模型,进而利用该模型对区域地下水的水动力条件进行分析,预测分析水库在不同蓄水水位方案下对兰村水源地地下水动力场的影响。 1研究区概况研究区面积约162km2,,多年平均蒸发量为1806mm,属典型的北温带大陆性干旱、半干旱季风气候。研究区地势总趋势是北高南低,依地貌特征分成两部分:其北、西、西南部为侵蚀、溶蚀为主的石灰岩剥蚀构造地貌,出露地层主要为奥陶系和寒武系灰岩,海拔高度为1000m~2000m;东南部为盆地区洪积倾斜平原分布于西山区边缘,出露地层主要为第三、第四系松散堆积物,海拔高度为800m~830m。研究区地下水补给、径流、排泄条件分成山区和盆地区。山区裂隙岩溶水主要接受大气降水和河流的入渗补给,地表径流渗漏主要是汾河渗漏,沿汾河罗家曲-镇城底、古交(寨上)-小塔为两个主要漏失段。山区岩溶裂隙水接受大气降水和河流的入渗后,沿东、西、北三个方向向盆地方向径流。从补给区至径流排泄区,地下水由无压水向承压水逐步过渡,排泄带岩溶水承压水头由于受地形地貌及地质条件的控制,承压水头从几米到几百米不等。天然状态下排泄主要是以泉的形式排泄,现状条件下排泄以人工开采为主。盆地孔隙水主要接受大气降水的入渗补给,汾河干流段地表水的渗漏补给,灌溉渠系及田间灌溉的入渗补给,山区岩溶裂隙水的侧向径流补给。由平原北部向南部,由东西两侧向中部径流运移。但由于平原地形相对较平坦,其流动缓慢。浅层孔隙水以潜水蒸发和向下游径流,现状条件下,由于长期大量超采,形成地下水位下降漏斗,地下水由四周向漏斗中心径流,以人工开采的形式集中排泄。 2数值模型的构建 ,以边山断裂带为分界线将研究区分为两个区。汾河二库所在区为奥陶系及部分寒武系岩层出露,属灰岩裸露区,由于灰岩厚度较大,故将其概化为一层。兰村水源地所在区地表为第四系覆盖物的覆盖,由于其透水性明显弱于其下面的奥陶系灰岩,故将该区在垂向上概化为两层,第一层为弱透水层,第二层为承压含水层。含水层均为奥陶系岩溶介质,概化为非均质各向异性介质,同一参数分区内含水层可视为均质,水流服从达西定律。根据区内的地下水动力场特征,研究区所有边界均为第二类边界。受自然条件及人为开采地下水的影响,研究区地下水流为非稳定流。根据实际长观系列资料,以2003年1月1日的水头分布作为研究区的初始水位。     ,建立了计算区内水位分布数学模型。潜水和中深层承压水系统地下水运动的数学模型分别为: 潜水系统:                               (1) 承压水系统:                              (2)                                式中:——浅层地下水子系统的平均渗透系数(LT-1); ——中深层地下水子系统导水系数(L2T-1); ——潜水系统水位标高(L); ——中深层地下水子系统水位标高(L); ——潜水含水层的给水度(无量纲); ——承压含水层的贮水系数(无量纲); ——潜水系统源汇项(LT-1); ——t时间时(x,y,z)边界流量(LT-1); ——弱透水层系统顶部边界标高(L); D——浅层地下水子系统和中深层地下水子系统同时确定的平面渗流域(L2); ——D的已知流量边界; ——二类边界外法线向量。