Modflow 在長治盆地淺層地下水資源評價中的應用

摘 要：隨著城市建設和農業(yè)發(fā)展，供水需求量越來越大，長期以來由于對地下水的科學開發(fā)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃和管理造成開采地下水布局不合理，由此引發(fā)的以采煤為中心的孔隙含水層被疏干，水井枯竭、水質變差等多種水環(huán)境問題。通過收集長治盆地多年地下水的水位觀測資料，水文地質資料等，運用modflow、sufer等軟件對盆地內的淺層地下水模擬研究，為盆地今后更合理的開發(fā)地下水提供了依據。

關鍵詞：Modflow；長治盆地；淺層地下水；水資源評價

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.254

1 前言

長治盆地在長期的工業(yè)、農業(yè)、采礦等的不合理的開發(fā)地下水，引起了地面沉降、水資源枯竭、水質污染等問題。以往對長治盆地做過地下水資源的評價工作，但是在評價方面局限于在現有料的統(tǒng)計分析上。本次采用最為廣泛的地下水數值模擬軟件modflow對潛水進行模擬，[1]為今后長治盆地的合理利用地下水提供依據。

2 長治盆地淺層地下水資源開采現狀

（1）水文地質條件。長治盆地位于山西省東南部，太行山西麓，地理坐標為東經112°46′59"～113°15′40"，北緯：36°00′24"～36°18′55"之間，盆地面積1169km2，盆地第四系松散沖積物、洪積物分布廣泛，從西北到東南厚度逐漸增大，總厚度0～300m。徑流區(qū)和排泄區(qū)不明顯，以開采及潛水蒸發(fā)形式排泄，局部補給下部含水層，通過巖層中斷裂破碎帶。[2， 3]

（2）地下水開采現狀。長治盆地淺層地下水是長治市盆地區(qū)主要供水來源，開發(fā)利用程度普遍較高，現狀2010年盆地各類水井3747眼，已配套機電井3747眼，取水量為8303萬m3，其中工業(yè)865萬m3，城鎮(zhèn)生活426萬m3，農業(yè)灌溉5787萬m3，農村人畜1225萬m3。

3 數學模型的建立

潛水含水層在長治盆地分布較廣泛、厚度上從西北到東南逐漸變厚，淺層地下水的流向主要以水平方向運動為主，垂向上的運動相對不明顯。綜上，長治盆地淺層地下水系統(tǒng)可概化為非均質水平各向同性、空間三維、非穩(wěn)定的地下水流系統(tǒng)概念模型。用如下數學模型對定解問題描述[4]：

式中：Ω?研究區(qū)域；h?水位標高；Kx、Ky、Kz?分別為x、y、z方向的滲透系數；Kn?邊界面滲透系數；S?儲水系數；ε?源匯項；h0?初始水位分布；Γ1?側向邊界；q（x，y，t）?流量。

（1）模型的離散 空間離散：長治盆地在平面上剖分120行×100列，共12000個單元，每個單元大小為500m×500m。模型概化為120行×100列×1層的矩形（圖1）。時間離散：模擬期從2011年1月至2012年12月，每月為一個應力期，總共24個應力期，時間步長為10天。

根據水文地質條件、包氣帶巖性、地下水開發(fā)利用條件，長治盆地分為4參數區(qū)如表1。

（2）定解條件 初始條件： 把2011年1月淺層含水層觀測孔的水位值作為初始值。邊界條件：長治盆地邊界處接受山前側向補給，補給的多少依據出山口的位置合理的分配到邊界上各段處；絳河、嵐水河、濁漳河南源與地下水的水利聯(lián)系較弱，處理成變流量邊界。

4 模型的求解

模型的運算結果如圖2，從圖2和圖3可以看出潛水等水位線的變化規(guī)律，自盆地的南部、東部、西部向盆地的中北部呈現下降的趨勢。

5 結論

（1）長治盆地淺層水資源量約為1.2×108m3/a，在盆地模擬中參數的識別，由于資料收集的限制以及研究區(qū)范圍內地質條件的復雜，給模型的模擬帶來一定的影響。

（2）MODFLOW在長治盆地淺層孔隙含水層的模擬應用中，對研究區(qū)的參數劃分取得了較好的反演求參作用，對劃分的四個參數區(qū)所得的參數與實際情況相符。

參考文獻：

[1]周念清，朱蓉，朱學愚.MODFLOW在宿遷市地下水資源評價中的應用[J].水文地質工程地質，2000（06）：9-13.

[2]武強，朱斌，徐華等.MODFLOW在淮北地下水數值模擬中的應用[J].遼寧工程技術大學學報，2005（04）：500-503.

[3]高慧琴，楊明明，黑亮等.MODFLOW和FEFLOW在國內地下水數值模擬中的應用[J].地下水，2012（04）：13-15.

[4]薛禹群，謝春紅，張志輝等.三維非穩(wěn)定流含水層儲能的數值模擬研究[J].地質論評，1994（01）：74-81.

作者信息：張海島（1989-），在讀研究生，研究方向：地下水。