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142142青海省格尔木河流域水资源合理开发利用-按要求修改稿-1.doc
文档介绍:
格尔木河流域地下水数值模拟
寇文杰
(北京市水文地质工程地质大队,100195)
摘要:格尔木河流域是西北干旱区水资源开发利用的典型地区,为可持续开发利用的需要,本文针对《青海省格尔木河流域水资源综合利用规划》提出的水资源开发利用需求量,分析其是否对下游盐湖生态环境产生破坏影响。根据流域概况建立格尔木河流域水资源数学模拟模型对平均水文序列变化趋势及各种典型年的水资源状况进行预测,通过预测结果, 探讨在不影响下游盐湖生态环境的前提下格尔木河流域水资源的合理开发利用。
关键字:水资源数学模型生态环境
图1 研究区交通位置图
Fig. 1. Transportation of the study area
格尔木河是柴达木盆地径流量最大的河流之一。在整个柴达木盆地内,格尔木河流域对水资源的利用量最大,在开发利用水资源的过程中,所产生的水环境问题最为突出。下游平原区既是柴达木盆地最重要的地区,也是西北干旱区水资源开发利用的典型区域[1]。由此,本文将探讨柴达木盆地南缘即格尔木河流域的合理开发利用模式(图1)。
1 水文地质概况
图2 格尔木河示意图
Fig. 2. Map showing the Geermu River
格尔木河是柴达木盆地径流量最大的河流之一,具有西北内陆盆地水文地质的一般特征,河流出山后,经戈壁砾石带,河水以悬河的形式,大量入渗补给地下水;穿越细土平原区,在冲洪积扇前缘形成泉集河;流经盐沼平原区,最终汇入终端湖泊蒸发排泄。在此过程中,地表水与地下水相互依存、相互转化,构成了西北内陆盆地典型的河流——含水层系统。地下水不仅沿径流方向流动,而且沿着轴部向两侧运动。在冲洪积扇的不同部位,地下水运动形式有较大差异。砾石平原区含水层具有很强的水平径流,除河道外,不存在通过包气带大面积的垂向入渗或蒸发;细土平原区含水层水平径流相对较弱,细土平原区的含水层具有较强的大面积自下而上的越流,承压水通过越流补给潜水,并最终以蒸发的方式排泄。(图2)。
格尔木河流域巨厚的第四系松散沉积物为地下水的赋存和运动提供了空间,形成流域内孔隙地下水系统。根据地质条件和研究目的,将流域研究范围的地下水系统范围大致确定如下:南自昆仑山前第四系的基岩交界处,北到达布逊盐湖,
东西两侧至格尔木河流域的分水线。
1-卵石;2-砾石;3-粗砂;4-中砂;5-细砂;6-粉砂;7-粉质粘土;8-花岗岩;9-砂泥岩;10-断层;11-推测地质界线
图3 格尔木河流域冲洪积扇地下水含水系统剖面图
Fig. 3. Section of groundwater aquifer system of the Geermu River drainage basin alluvial and proluvial fan
细土平原区分布于青新公路、宁格公路两侧,宽约10km呈东西向展布。地下水在细土平原前缘溢出地表。按其含水层系统的宏观结构,可进一步划分为四个含水层(组):表层潜水、浅层承压水、中层承压水及深层承压水含水层(组)[2]。
戈壁砾石区分布于青新公路以南1-2km至乃吉里水电站以北砾石戈壁平原带。在垂向上分为两个含水层(组),以上部潜水含水层(组)为主,具有厚度大、富水性强、水循环速率快的特点;深部为循环较慢且富水性较差的深部承压水含水层(组)[2]。
盐壳湖沼平原地区为砂和亚砂土、亚粘土互层的多层含水层。地层平缓,地下水水平流动滞缓,以垂向运动为主。潜水埋藏浅,直接消耗于蒸发排泄。
从山前到盐湖区,含水层厚度变化较大,山前含水层埋藏较深,经过砾石平原区,地下水埋藏较
浅,含水层顶板埋深在1~5m(图3)。
2 水文地质概念模型的建立[3-5]
本次南以乃吉里电站水库大坝为界,北至东达布逊湖、新湖、大别勒湖,西至清水河与托拉黑河之间的分水线,东至格尔木东河与诺木洪河之间的分水线,为一独立完整的水文地质单元。研究区南北方向长112km,东西向宽72km,边界范围内有效面积5197 km2。
研究区南部以山区与平原区的分界线为界。该边界对水资源系统有影响的水文因素主要有:格尔木河入境流量(在地表水模型中进行概化)、乃吉里水库大坝河谷地下潜流、山前季节性沟谷洪水入渗以及基岩裂隙水侧向径流等。
北部以察尔汗盐湖南侧平均水面周边为界。边界带附近地下水水力坡度平缓,径流缓慢。有少量地下水通过该边界流向湖区深部,流向盐湖方向的径流受湖水位和边界水力坡度的控制。该边界向湖区的径流量近似处理为不随时间变化的流量边界,其大小取年内平均值。
东西边界为分水线构成的隔水边界,当研究区内水资源开发与调配引起分水岭有少量的变动时,根据不同地段含水层导水特征,近似估计出单位水头变化所引起的单宽流量变化值,以此值线性外推估计边界流入(出)量的变化,即所谓“第三类边界条件”。
地下水顶部边界(潜水面边界)最为复杂,影响因素多,地下水资源模型的优劣很大程度上取决于顶部边界的处理与概化的合理性。顶部边界与外界交换水量因素有:浅埋带地下水蒸发、河水渗漏、泉水溢出、渠系与农田灌溉渗漏、大气降水入渗等。
研究区地下水循环,在空间上可进一步分为强烈循环带和缓慢循环带。强烈循环带分布在砾石平原大厚度潜水含水层、细土平原上部潜水含水层、浅层与中层承压水含水层中;缓慢循环带包括砾石平原深部的承压含水层、细土平原深层承压含水层以及盐壳湖沼平原250m以深的承压含水层。
图4 地下水含水系统模型结构示意图
Fig. 4. Structural representation of groundwater aquifer system model
结合格尔木河流域平原区水文地质条件,将含水系统概化成以下宏观结构,其概念模型如下图(图4)。山前砾石平原区为单层潜水模型层区;细土平原区和盐壳湖沼平原为双含水模型层结构,上部为浅部潜水模型层,下部为等效承压水模型层(模拟浅层承压与中层承压含水层综合导水能力),两模型层之间以等效半透水层将其分割(模拟承压水与上部潜水以及承压层组内部夹层的垂向等效阻力),承压水模型层水位代表浅层与中层承压水平均水位,径流量代表两层总通量。
2 水文地质概念模型的建立[3-5]
本次南以乃吉里电站水库大坝为界,北至东达布逊湖、新湖、大别勒湖,西至清水河与托拉黑河之间的分水线,东至格尔木东河与诺木洪河之间的分水线,为一独立完整的水文地质单元。研究区南北方向长112km,东西向宽72km,边界范围内有效面积5197 km2。
研究区南部以山区与平原区的分界线为界。该边界对水资源系统有影响的水文因素主要有:格尔木河入境流量(在地表水模型中进行概化)、乃吉里水库大坝河谷地下潜流、山前季节性沟谷洪水入渗以及基岩裂隙水侧向径流等。
北部以察尔汗盐湖南侧平均水面周边为界。边界带附近地下水水力坡度平缓,径流缓慢。有少量地下水通过该边界流向湖区深部,流向盐湖方向的径流受湖水位和边界水力坡度的控制。该边界向湖区的径流量近似处理为不随时间变化的流量边界,其大小取年内平均值。
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