第六章(1)_地下水?dāng)?shù)值模擬模型的應(yīng)用實(shí)例xiugai.ppt

1、地下水?dāng)?shù)值模擬模型的應(yīng)用實(shí)例,地下水?dāng)?shù)值模擬模型的應(yīng)用實(shí)例,7.1 區(qū)域地下水流模型及其應(yīng)用-太原盆地地下水?dāng)?shù)值模型 7.2 地下水水源地可開(kāi)采資源量評(píng)價(jià)宿州市水源地?cái)?shù)值模型 7.3 地下水污染預(yù)測(cè)研究嘉興垃圾填埋場(chǎng)地下水溶質(zhì)運(yùn)移模型,太原盆地地下水 數(shù)值模型,7.1,太原盆地地下水?dāng)?shù)值模型,為解決太原盆地出現(xiàn)的各種環(huán)境問(wèn)題，1992年，研究工作者們初步解決了太原市和太原盆地巖溶水與孔隙水統(tǒng)一管理的問(wèn)題，但由于當(dāng)時(shí)的勘探目標(biāo)是為農(nóng)田和城市供水，勘探技術(shù)、方法和指導(dǎo)思想相對(duì)落后，在勘探過(guò)程中缺乏地下水系統(tǒng)指導(dǎo)思想和動(dòng)態(tài)觀念，大部分勘察項(xiàng)目以行政區(qū)為單元，而不是以盆地地下水系統(tǒng)為單元，導(dǎo)致邊界不好

2、控制、水量重復(fù)計(jì)算、忽略了相鄰地區(qū)的影響和邊山地帶裂隙水、巖溶水及地表水-地下水相互作用的調(diào)查；同時(shí)由于缺乏現(xiàn)代先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理手段，對(duì)于鉆孔數(shù)據(jù)和水土樣分析數(shù)據(jù)、地下水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等資料開(kāi)發(fā)、利用程度很低，地下水系統(tǒng)三維空間結(jié)構(gòu)并沒(méi)有弄清。,太原盆地實(shí)際鉆孔位置分布圖,太原盆地立體圖,太原盆地結(jié)構(gòu)模型,太原盆地孔隙介質(zhì)三維模型,太原盆地孔隙介質(zhì)結(jié)構(gòu)三維可視化模型,太原盆地結(jié)構(gòu)模型,盆地孔隙介質(zhì)簡(jiǎn)化三維模型剖面圖,盆地孔隙介質(zhì)簡(jiǎn)化三維模型,太原盆地結(jié)構(gòu)模型,模型范圍： 周邊界： 盆地與基巖山區(qū)接觸帶 上界：地表 下界：人為邊界300m-350m深。 地下水流動(dòng)特征： 邊山巖溶水補(bǔ)給盆地孔隙水； 沒(méi)有

3、穩(wěn)定隔水層（參考結(jié)構(gòu)圖） 盆地內(nèi)部構(gòu)成統(tǒng)一流動(dòng)系統(tǒng)； 地下水混合開(kāi)采； 因此屬于：三維流系統(tǒng)。,二、太原盆地?cái)?shù)值模型,太原盆地?cái)?shù)值模型研究區(qū)域范圍,模型類(lèi)型：三維流模型 構(gòu)建思路： 1、太原盆地地層結(jié)構(gòu)突出，不存在相對(duì)穩(wěn)定的隔水層，難以劃分含水層； 2、三維建模將模擬區(qū)分為若干層（有人稱(chēng)為物理層），各層可以按巖石含水滲透性確定其含水巖組、或隔水巖組分布； 3、邊界的處理問(wèn)題 底邊界：基巖為不透水邊界；第四系人為邊界為流量邊界，模型識(shí)別時(shí)確定。 側(cè)邊界：根據(jù)地調(diào)院調(diào)查確定流量，按邊界處滲透系數(shù)和水力梯度確定各模擬層流量。,二、太原盆地?cái)?shù)值模型,數(shù)值模型網(wǎng)格剖分,邊界條件及初始條件,通過(guò)模擬擬合調(diào)

4、試后確定準(zhǔn)確的邊界流量。 邊界補(bǔ)給的深度通過(guò)鉆孔資料確定。 把側(cè)向補(bǔ)給量分配到相應(yīng)的層面上。 在模擬的過(guò)程中有小部分的流量邊界，利用水均衡原理做了適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，以便于后期的模擬。,1990年1月初始流場(chǎng),模型參數(shù)有： 滲透系數(shù)及儲(chǔ)水系數(shù)（分層（10） 降雨入滲系數(shù)（列出公式、巖性） 河流入滲系數(shù)（沿河流分段，巖性、水位與河） 灌溉入滲系數(shù)（平面分出） 土面蒸發(fā)系數(shù),參數(shù)分區(qū)及參數(shù)取值,滲透系數(shù),太原盆地參數(shù)分區(qū),（2）晉陽(yáng)湖滲漏模數(shù) 按越流公式計(jì)算出湖水滲漏量，再除以其面積，則得晉陽(yáng)湖滲漏模數(shù)。,河流入滲,（1）汾河入滲系數(shù),受巖性、水位埋深土壤含水量、灌溉定額的影響。其值可近似用次降雨量入滲補(bǔ)

5、給地下水系數(shù)（次）代替。代替的條件是前十天以上時(shí)間無(wú)降雨，選取的次降雨量要接近灌溉定額。本區(qū)稻田及菜地較多，灌溉量大，故取次降雨量為70150毫米。,灌溉回滲補(bǔ)給地下水系數(shù),灌溉回滲補(bǔ)給地下水系數(shù)（）取值表,蒸發(fā)排泄系數(shù),淺層孔隙水埋深分區(qū)圖，當(dāng)包氣帶巖性為亞砂土、亞粘土互層時(shí)，蒸發(fā)極限深度取3.5米；包氣帶巖性為亞砂土?xí)r，取4米；包氣帶巖性為粉細(xì)砂、亞砂土互層時(shí)，蒸發(fā)極限深度取4.5米。,太原盆地各縣各月蒸發(fā)量資料,模型中： 工業(yè)及城市生活用水，采用深井取水。 農(nóng)村生活用水均采用淺層面源取水。 鄉(xiāng)村地區(qū)的農(nóng)業(yè)用水，按春灌、夏灌、冬澆把取水量分配到整個(gè)區(qū)域面積上。,人工開(kāi)采量,模型識(shí)別校正,方

6、法：采用間接法 原則及標(biāo)準(zhǔn)：要求 觀測(cè)孔水位動(dòng)態(tài)趨勢(shì)基本一致 地下水流場(chǎng)特征相同 水均衡計(jì)算相同 對(duì)比分析： 觀測(cè)孔水位動(dòng)態(tài)對(duì)比結(jié)果 流場(chǎng)水位分布對(duì)比結(jié)果 水均衡對(duì)比結(jié)果,太原盆地觀測(cè)井的擬合,觀測(cè)孔分布圖,52個(gè)觀測(cè)孔2003年12月16日計(jì)算值與觀測(cè)值的比較圖,井水位校正對(duì)比圖,圖3-5（b）加密網(wǎng)格,有限差分法計(jì)算井水位的校正,圖3-5（a）初始網(wǎng)格,地下水流場(chǎng)對(duì)比,2003年12月第3層實(shí)測(cè),2003年12月第3層計(jì)算,擬合結(jié)果 1：流場(chǎng)趨勢(shì)基本一致 2：漏斗等重點(diǎn)開(kāi)采區(qū)能反映實(shí)際流場(chǎng)狀況 3：在盆地邊緣的山地還有某些區(qū)域水頭有出入,利用2003年8月和12月分別在研究區(qū)做過(guò)的兩次水位

7、統(tǒng)測(cè).,水均衡分析對(duì)比,太原市地面沉降,太原市地面沉降范圍為：北緯37403800，東經(jīng)1122511245；北起上蘭鎮(zhèn)、南至西草寨；西起金勝、東至武宿；包括太原市轄區(qū)六個(gè)區(qū)（尖草坪區(qū)、萬(wàn)柏林區(qū)、杏花嶺區(qū)、迎澤區(qū)、晉源區(qū)及小店區(qū)），面積約585km2（圖1- 1）。,新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與地面沉降,圖3-2太原地區(qū)構(gòu)造圖 1.活動(dòng)斷裂2.地壘與凹陷邊界,我們依據(jù)1981-2000年晉祠地震基準(zhǔn)臺(tái)跨斷層I等短水準(zhǔn)高程實(shí)測(cè)資料（BM1-BM3水準(zhǔn)點(diǎn)），推算出晉祠大斷裂下降盤(pán)累計(jì)位移量為21.88mm，平均為1.15mm/a。這與吳家堡沉降中心的96.18mm/a的沉降速率相比，似乎說(shuō)明該地的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與地面沉

8、降關(guān)系不大。,地下水開(kāi)采與地面沉降,圖3-4不同地點(diǎn)地下水開(kāi)采量、水位降深與地面沉降對(duì)比曲線圖,圖3-3太原市1956-2000年地面沉降等值線與2002年中深層水等水位線關(guān)系圖,圖4-6 潛水水平傳導(dǎo)系數(shù)分區(qū)圖（K） 圖4-7 潛水垂直傳導(dǎo)系數(shù)分區(qū)圖（Kz）,圖4-8 潛水給水度分區(qū)圖 圖4-9 第一承壓、第二承壓含水層垂直傳導(dǎo)系數(shù)分區(qū)圖（Kz）,圖4-10 第一承壓、第二承壓含水層水平 圖4-11 第一承壓、第二承壓含水層貯水 傳導(dǎo)系數(shù)分區(qū)圖,圖4-12 第一壓縮層彈性釋水因子 圖4-13 第一壓縮層非彈性釋水因子分區(qū)圖,圖4-14 第二壓縮層彈性釋水因子 圖4-15 第二壓縮層非彈性釋水

9、因子分區(qū)圖,圖4-16 第三壓縮層彈性釋水因子 圖4-17 第三壓縮層非彈性釋水因子分區(qū)圖,圖4-18 第四壓縮層彈性釋水因子 圖4-19 第四壓縮層非彈性釋水因子分區(qū)圖,圖4-20 第五壓縮層彈性釋水因子 圖4-21 第五壓縮層非彈性釋水因子分區(qū)圖,圖4-22 第六壓縮層彈性釋水因子 圖4-23 第六壓縮層非彈性釋水因子分區(qū)圖,圖4-24 第六壓縮層彈性釋水因子 圖4-25 第六壓縮層非彈性釋水因子分區(qū),由于缺少太原市地面沉降分層觀測(cè)資料，故本次研究?jī)H對(duì)太原市地面沉降的總沉降量進(jìn)行擬合。圖4-35至4-42給出了模型對(duì)模擬區(qū)7個(gè)長(zhǎng)觀孔1981-2000年的凈地面沉降量的擬合結(jié)果，其中，實(shí)測(cè)數(shù)

10、據(jù)序列由1981、1982、1985、1987、1989、1992、1994、1997、2000年的觀測(cè)數(shù)據(jù)內(nèi)插所得。圖4-43)、4-44)給出了模型對(duì)模擬區(qū)1981-2000年的凈累積沉降量的擬合結(jié)果。 模型對(duì)模擬區(qū)地下水位及地面沉降擬合結(jié)果表明：（1）模型建立地下水流場(chǎng)、沉降的總體形態(tài)與實(shí)際的基本吻合；（2）計(jì)算的開(kāi)采漏斗、沉降漏斗與實(shí)測(cè)開(kāi)采漏斗、沉降漏斗的位置、大小、深度及形態(tài)基本一致；（3）在實(shí)測(cè)水位點(diǎn)上，計(jì)算水位與實(shí)測(cè)水位接近。這說(shuō)明，我們所建立的地面沉降模型是可靠的。,圖4-26 S123孔水位動(dòng)態(tài)擬合結(jié)果,圖4-27 449孔水位動(dòng)態(tài)擬合結(jié)果,圖4-28 81122孔水位動(dòng)態(tài)擬

11、合結(jié)果,圖4-29 618孔水位動(dòng)態(tài)擬合結(jié)果,圖4-33 2000年8月中深層混合水（第一承壓、第二承壓含水層水位）實(shí)測(cè)等水位線圖,圖4-34 2000年8月中深層混合水（第一承壓、第二承壓含水層水位）模擬等水位線圖,圖4-35 13號(hào)沉降點(diǎn)的動(dòng)態(tài)擬合,圖4-36 18號(hào)沉降點(diǎn)的動(dòng)態(tài)擬合,圖4-37 42號(hào)沉降點(diǎn)的動(dòng)態(tài)擬合,圖4-38 61號(hào)沉降點(diǎn)的動(dòng)態(tài)擬合,圖4-36 18號(hào)沉降點(diǎn)的動(dòng)態(tài)擬合,圖4-39 63號(hào)沉降點(diǎn)的動(dòng)態(tài)擬合,圖4-40 65號(hào)沉降點(diǎn)的動(dòng)態(tài)擬合,圖4-41 67號(hào)沉降點(diǎn)的動(dòng)態(tài)擬合,圖4-42 68號(hào)沉降點(diǎn)的動(dòng)態(tài)擬合,圖4-43 1981-2000年累積沉降量實(shí)測(cè)等值線圖,圖

12、4-44 1981-2000年累積沉降量計(jì)算等值線圖,圖4-45 第一壓縮層壓縮量等值線圖,圖4-46 第二壓縮層壓縮量等值線圖,圖4-47 第三壓縮層壓縮量等值線圖,圖4-48 第四壓縮層壓縮量等值線圖,圖4-49 第五壓縮層壓縮量等值線圖,圖4-50 第六壓縮層壓縮量等值線圖,圖4-51 第七壓縮層壓縮量等值線圖,綜上所述，壓縮量最大的層位為第一壓縮層、第二壓縮層和第七壓縮層。西張地區(qū)沉降量最大層位為第三壓縮層，萬(wàn)柏林、下元地區(qū)壓縮量最大層位為第一、二壓縮層，而吳家堡、小店地區(qū)的主要壓縮產(chǎn)生在第四、五、六、七層。 壓縮量的不同不僅與抽水有關(guān)，而且與粘性土性質(zhì)、厚度及其組合密切相關(guān)。西張地區(qū)

13、隔水層幾乎都為粉土，僅有一小部分粘土，含水層厚，隔水層相對(duì)較薄，而且隔水層幾乎沒(méi)有互層，七個(gè)壓縮層中，第三壓縮層最厚，所以，西張沉降量與水位漏斗吻合，且最大壓縮量在第三層。親賢、武宿、北營(yíng)一帶細(xì)粒土層巨厚，且?guī)缀踹B為一體，中間只夾有小塊含水透鏡體，巖性多為粉質(zhì)粘土、且含礫石，顆粒相對(duì)來(lái)說(shuō)較粗，當(dāng)水位下降時(shí)，由于巨厚的粘性土連為一體，土體不易排水，所以雖然水位降落漏斗較深，卻沒(méi)有形成沉降漏斗。吳家堡一帶，第一、二、三壓縮層巨厚，呈整塊分布，前三個(gè)壓縮層幾乎沒(méi)有互層，當(dāng)水位下降時(shí)，顆粒中的水不易排出，所以沉降量很小，但第四、五、六、七層中粘性土顆粒很細(xì)，粘性土層很厚，且多互層，當(dāng)水位下降時(shí)，粘性土

14、很容易排水，且顆粒細(xì)壓縮量較大，所以吳家堡第四、五、六、七層壓縮量很大。,開(kāi)采方案預(yù)測(cè)評(píng)價(jià),通過(guò)檢驗(yàn)分析，模型已經(jīng)能夠比較準(zhǔn)確的反映實(shí)際流場(chǎng)，應(yīng)用模型做下列預(yù)測(cè)： 方案1：在現(xiàn)有的補(bǔ)排條件不變的狀況下2008年水位變化的預(yù)測(cè) 方案2：根據(jù)引黃入晉工程的實(shí)施狀況，對(duì)太原市重點(diǎn)開(kāi)采區(qū)地下水位動(dòng)態(tài)變化的影響。,(1) 保持現(xiàn)在的開(kāi)采量，持續(xù)開(kāi)采到2008年7月份。預(yù)測(cè)的太原市重點(diǎn)開(kāi)采區(qū)的水位等值線圖：,保持開(kāi)采量不變開(kāi)采到2008年7月份太原市中深層等水位線圖,2004年1月份,2008年7月份,太原市每天壓采30萬(wàn)m3對(duì)下水位的影響預(yù)測(cè),實(shí)現(xiàn)2004年1月壓采30萬(wàn)米3/天后到2008年7月份太原

15、市中深層水位等值線,2004年月1月,2008年7月,2008年7月份 縱向過(guò)北塢城（過(guò)63，57單元）剖面等水頭線圖,2008年7月份 縱向過(guò)介休漏斗（過(guò)83，21單元）剖面等水頭線圖,7.2 宿州市水源地?cái)?shù)值模擬,宿州市水源地?cái)?shù)值模擬,宿州市位于安徽省最北部，屬淮北平原區(qū)，雨量較少，水資源短缺，多年平均降水量827mm。境內(nèi)降雨具時(shí)空分布不均，豐枯交替發(fā)生、年內(nèi)分配不均等特點(diǎn)。,城區(qū)水資源供需矛盾日益突出，水資源開(kāi)發(fā)利用存在較多問(wèn)題：一是水污染程度加劇，另一方面由于城市規(guī)模不斷擴(kuò)大用水量猛增。,主要研究?jī)?nèi)容和研究思路,1. 查明研究區(qū)第四紀(jì)地質(zhì)及地下水系統(tǒng)的空間分布與結(jié)構(gòu)，建立宿州市水文地

16、質(zhì)概念模型。 2.根據(jù)以上的水文地質(zhì)概念模型選擇合適的數(shù)學(xué)模型，最后用GMS建立地下水流數(shù)值模擬模型。 3.對(duì)模型進(jìn)行調(diào)參校正，用檢驗(yàn)?zāi)Ｐ头治鲱A(yù)測(cè)不同開(kāi)采方案下流場(chǎng)的變化情況。 4. 結(jié)合實(shí)際情況，擬定有實(shí)際意義的開(kāi)采方案并模擬、驗(yàn)證，確定合理開(kāi)采方案。,區(qū)域概況,自然地理概況,宿州市位于安徽省最北部，與蘇、魯、豫三省十一個(gè)縣市接壤。 宿州市自然條件優(yōu)越，地勢(shì)平坦，除少量低山殘丘外大部分為沖積、洪積平原。 主要河流有新汴河、澮河、沱河、濉河等; 多年平均降水量827mm。,區(qū)域地質(zhì)概況,前第四系 研究區(qū)域前第四系地層除缺失震旦系上統(tǒng)，上奧陶統(tǒng)至下石炭統(tǒng)，中生界（除侏羅系上統(tǒng)毛坦廠組）的地層外，

17、自震旦系倪園組至第三系均有發(fā)育。地表出露的地層以下古生界寒武系為主，且基巖出露的面積較小，大部分都為第四系的覆蓋區(qū)。,該區(qū)域內(nèi)第四系地層發(fā)育，厚80100m，北薄南厚。其成因類(lèi)型主要為沖積，次為沖洪積。,宿州市及鄰近地區(qū)第四系分層簡(jiǎn)表,區(qū)域地質(zhì)概況,第四系,查區(qū)第四系自上而下可劃分為三部分，各部分的地層巖性、厚度和韻律變化各具特色，反映了不同時(shí)期沉積環(huán)境的差異及水動(dòng)力條件的不同 。,地層結(jié)構(gòu)特征,含水巖組的劃分 根據(jù)地下水貯水介質(zhì)的特征，含水空隙的類(lèi)型，將本區(qū)含水巖組劃分為四種基本類(lèi)型：松散巖類(lèi)孔隙含水巖組、碳酸鹽巖類(lèi)裂隙巖溶含水巖組、碎屑巖類(lèi)孔隙裂隙含水巖組、巖漿巖類(lèi)裂隙含水巖組。,水文地質(zhì)

18、概況,表3-1 含水巖組劃分表,圖3-1 第四系含水層三維結(jié)構(gòu)模型立體圖,淺層含水層組埋深在31m以上，是一個(gè)開(kāi)放的含水系統(tǒng)：深層含水層組埋深在43m以，是一個(gè)半封閉的含水系統(tǒng)。兩個(gè)含水層組之間的弱透水層分布不穩(wěn)定，厚薄不均，在宿州市二水廠等處存在天窗，根據(jù)松散砂層及粘性土層中地下水動(dòng)態(tài)的長(zhǎng)期觀測(cè)，淺深層地下水聯(lián)系密切。,水文地質(zhì)結(jié)構(gòu),地下水的動(dòng)態(tài)及補(bǔ)、徑、排,淺層水補(bǔ)給方式有降水、地表水、回灌及側(cè)向補(bǔ)給等，其中以降水補(bǔ)給為主。 淺層水動(dòng)態(tài)為入滲蒸發(fā)型，水位年變幅2.0m左右。 受地形地貌影響淺層水從西北流向東南，水力坡度1/55001/6500。,研究區(qū)深層水與淺層水之間存在較為密切的水力聯(lián)系，使其動(dòng)態(tài)特征與淺層水一致，。天然狀態(tài)下，地下水位埋深在1.33.2m間，年變幅1.6m。其動(dòng)態(tài)的影響因素主要是氣象和人為因素。 天然狀態(tài)下，深層含水體呈相對(duì)飽和狀態(tài)(此時(shí)損失多為逕流損失)，水頭壓力較大，上部淺層水的