古山坑水源地三維流三維流分析

古山坑水源地三維流三維流分析

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的加快、工業(yè)生產(chǎn)的擴(kuò)大，該地區(qū)水資源的需求增加。人們對(duì)環(huán)境保護(hù)、水資源浪費(fèi)和合理使用水資源的認(rèn)識(shí)不強(qiáng)，導(dǎo)致了一些環(huán)境問(wèn)題，如河流中斷、湖泊干燥、地下水位持續(xù)下降等。20世紀(jì)60年代中期以來(lái),隨著快速大容量計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和應(yīng)用,地下水資源分析評(píng)價(jià)中數(shù)值計(jì)算方法得到逐步推廣,具有明顯的通用性和適用性,尤其近十幾年,地下水?dāng)?shù)值模擬取得了長(zhǎng)足進(jìn)步計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了數(shù)值模擬軟件的發(fā)展,目前GMS、MODFLOW、FEFLOW、VisualMODFLOW等模擬軟件應(yīng)用越來(lái)越廣泛GMS是由美國(guó)軍隊(duì)排水工程工作站和美國(guó)BrighamYoung大學(xué)的環(huán)境模型研究實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的一個(gè)用于地下水模擬的圖形界面軟件,它可以提供多種地下水?dāng)?shù)值模型的方法,并具有能準(zhǔn)確的顯示地層的空間結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。因此,通過(guò)GMS軟件對(duì)當(dāng)?shù)氐叵滤Y源開(kāi)采進(jìn)行模擬,對(duì)地下水合理開(kāi)發(fā)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1孔隙—基本概況研究區(qū)煉油廠廠區(qū)一帶黃土層富水性較差,地下水主要賦存在下部白堊系下統(tǒng)洛河砂巖中,地下水類型為白堊系洛河砂巖孔隙—裂隙承壓水;廠區(qū)北部的平原區(qū),賦存第四系孔隙潛水和洛河砂巖孔隙—裂隙承壓水根據(jù)本次實(shí)地調(diào)繪、結(jié)合《靖邊縣水資源調(diào)查評(píng)價(jià)報(bào)告》,廠區(qū)附近白堊系碎屑巖類孔隙—裂隙承壓水的單井出水量500~1000m3/d,屬水量較豐富區(qū),水質(zhì)符合一般工業(yè)用水;縣城及北部一帶上部為第四系松散巖類孔隙潛水,水量較豐富區(qū)分布于雙伙場(chǎng)—關(guān)路畔—蘆河酒廠線以北,以南為水量中等區(qū),下部為白堊系碎屑巖類孔隙—裂隙潛水和承壓水,單井出水量>1000m3/d,屬水量豐富區(qū),除縣城一帶水質(zhì)較差,北部其他地區(qū)均為好的工業(yè)用水和生活飲用水。2模型的構(gòu)建2.1徑流補(bǔ)給量計(jì)算研究區(qū)的邊界條件,因第四系潛水含水層與白堊系承壓水含水層可視為無(wú)限含水層,所以將補(bǔ)給邊界定為南邊界和西邊界,排泄邊界定為北邊界和東邊界;本次模擬,因含水層的南邊界徑流補(bǔ)給量穩(wěn)定,可視為定流量邊界,而徑流補(bǔ)給量較小西邊界計(jì)算時(shí)以零流量邊界處理,東邊界和北邊界則處理為變流量邊界。區(qū)域內(nèi)蘆河在計(jì)算時(shí)分為上下兩段,上段補(bǔ)給,但河水下滲補(bǔ)給很小所以忽略,下段則為排泄,為了模擬地下水的泄出量將其設(shè)置為排水溝。2.2含水層頂?shù)装甯叱痰牟逯?)網(wǎng)格劃分。利用GMS的3DGRID模塊,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格剖分。計(jì)算區(qū)為包含整個(gè)研究區(qū)的長(zhǎng)方形區(qū)域,剖分網(wǎng)格總數(shù)7904,其中有效計(jì)算網(wǎng)格5999。2)網(wǎng)格高程插值。將所建模型運(yùn)行后,通過(guò)統(tǒng)一坐標(biāo)系,各層頂?shù)装甯叱桃詘、y、z顯示,然后輸入到2Dscatterpoints模塊中,再內(nèi)插到MODFLOWLayers中。插值過(guò)程中如果出現(xiàn)錯(cuò)誤或者不合理的地方,可以運(yùn)行ModelChecker命令改正。研究區(qū)含水層頂?shù)装鍢?biāo)高。3)初始流場(chǎng)。根據(jù)《靖邊縣西部地區(qū)1:5萬(wàn)供水水文地質(zhì)詳查》報(bào)告,得到計(jì)算區(qū)現(xiàn)狀條件下的潛水與承壓水等水位(頭)線圖。在此基礎(chǔ)上,依據(jù)天然補(bǔ)排關(guān)系和補(bǔ)排量(不含現(xiàn)狀開(kāi)采量),得到了天然狀態(tài)下的地下水流場(chǎng),天然狀態(tài)嚇得地下水流場(chǎng)可作為初始流場(chǎng)進(jìn)行開(kāi)采降深場(chǎng)的預(yù)測(cè)。主要供水目的層的地下水天然狀態(tài)下初始流場(chǎng)。2.3擬合過(guò)程模擬為檢驗(yàn)所建立的數(shù)學(xué)模型和模型參數(shù)的可靠性,根據(jù)野外數(shù)據(jù)試驗(yàn)所獲得的數(shù)據(jù),選擇2012年9月18日到9月30日作為檢驗(yàn)時(shí)段,3天為一個(gè)步長(zhǎng)。通過(guò)把各項(xiàng)原始數(shù)據(jù)輸入模型,計(jì)算出水頭值并和實(shí)際觀測(cè)值進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)擬合結(jié)果良好,誤差在合理的范圍內(nèi),所以該模型可以用于預(yù)報(bào)。擬合過(guò)程線圖。驗(yàn)證后的參數(shù)見(jiàn)表1,表2。2.4地下水流場(chǎng)與降深場(chǎng)預(yù)測(cè)計(jì)算以煉油廠原油常壓加工項(xiàng)目取用水量:0.84×104m3/d(即306.6×104m3/a)為保證,根據(jù)《靖邊縣水資源評(píng)價(jià)與規(guī)劃報(bào)告》可知近遠(yuǎn)期規(guī)劃研究區(qū)內(nèi)農(nóng)灌開(kāi)采量不增加,現(xiàn)狀開(kāi)采量保持不變,從而設(shè)計(jì)以下開(kāi)采方案表3。古山坑水源煉油廠生產(chǎn)區(qū)現(xiàn)狀開(kāi)采井有14眼,全部開(kāi)采洛河組承壓水,井深均為300m,井間距為300~500m,單井出水量為900~1200m3/d;1)方案一地下水位預(yù)測(cè)計(jì)算。在現(xiàn)狀開(kāi)采的基礎(chǔ)上,按照0.84×104m3/d(即306.6×104m3/a)進(jìn)行開(kāi)采,時(shí)長(zhǎng)30年。該開(kāi)采方案下地下水位(頭)歷時(shí)變化以及末流場(chǎng)與降深場(chǎng)的空間變化詳。2)方案二地下水位預(yù)測(cè)計(jì)算。在現(xiàn)狀開(kāi)采的基礎(chǔ)上,按照1.37×104m3/d(即500.05×104m3/a)進(jìn)行開(kāi)采,時(shí)長(zhǎng)30年。該開(kāi)采方案下地下水位(頭)歷時(shí)變化以及末流場(chǎng)與降深場(chǎng)的空間變化。3)方案三地下水位預(yù)測(cè)計(jì)算。在現(xiàn)狀開(kāi)采的基礎(chǔ)上,按照1.92×104m3/d(即700.8×104m3/a)進(jìn)行開(kāi)采,時(shí)長(zhǎng)30年。該開(kāi)采方案下地下水位(頭)歷時(shí)變化以及末流場(chǎng)與降深場(chǎng)的空間變化。地下水流場(chǎng)與降深場(chǎng):由以上結(jié)果可知,水源地開(kāi)采30年末地下水徑流方向依然由南西向北東方向徑流,并無(wú)明顯變化,而地下水水位(頭)的降落擴(kuò)大到邊界附近,且隨著開(kāi)采量的增大,地下水水位(頭)降落也在增大,水源地開(kāi)采區(qū)內(nèi)的降幅增大,其他區(qū)域的下降幅度的差異不大,趨近等幅下降。水源地還形成了以煉油廠開(kāi)采區(qū)為中心的橢圓形封閉降落漏斗。3地下水開(kāi)采量現(xiàn)狀(1)研究區(qū)補(bǔ)給主要依靠自然降水,現(xiàn)狀年天然狀態(tài)下,地下水總補(bǔ)給量為2.47×104m3/d,總排泄量為2.06×104m3/d,地下水處于正均衡狀態(tài);開(kāi)采狀態(tài)的地下水總補(bǔ)給量為2.47×104m3/d,地下水現(xiàn)狀則處于負(fù)均衡狀態(tài),均衡差為-0.41×104m3/d,隨著研究區(qū)內(nèi)工