棗莊市地下水動態數值模擬分析

李曉娟

（棗莊市水資源試驗站，山東 棗莊 277800）

棗莊市地下水動態數值模擬分析

李曉娟

（棗莊市水資源試驗站，山東 棗莊 277800）

通過對棗莊市的水文、地質、地下水動態監測和特征值等資料進行分析，建立了水文地質概念模型，采用FEFLOW軟件對研究區不同開采方案下的潛水含水層地下水水位的變化情況進行了模擬，并對棗莊市2017年的地下水位變化進行了預測。

棗莊市；地下水位；動態變化；數值分析

棗莊市位于山東省南部，屬魯中南低山丘陵區和黃淮沖積平原，地勢東北高西南低，轄47個鄉（鎮）、17個街道辦事處，總面積4 563 km2，總人口383.24萬。隨著棗莊市城市規模的不斷擴大和工農業生產的發展，對地下水資源的開采程度越來越高，用量持續增大，造成地下水位不斷下降，甚至出現漏斗區。為了研究本區地下水動態變化，首先對該區的水文、地質、地下水動態監測等資料和地下水特征進行分析，建立了水文地質概念模型，利用FEFLOW軟件建立了地下水動態變化數值模型，對該區2008—2009年地下水動態進行了數值模擬，并對2017年的地下水動態變化趨勢進行了預測，為該區及其他類似地區的地下水資源可持續利用提供科學依據。

1 地下水模型的建立

1.1 水文地質概念模型

根據研究區水文氣象、水文地質條件的分析結果，結合該區地下水開采現狀，并參照潛水含水層的滲透性能、地下水的動態特征等，對實際的水文地質條件進行概化，建立水文地質概念模型。模擬區的北部為丘陵山區，地勢較高，定為補給邊界；東、西部有河流深切溝谷，南部為低階河流階地，定為排泄邊界，均為二類定流量邊界。潛水面為上部邊界，基巖為底部邊界。

1.2 數學模型

實際地下水流概化的數學模型用下式表述：式中：Kx、Ky、Kz為滲透系數；h為水頭；ε為源匯項；μ為給水度；h0為初始水頭；Γ0為邊界；Γ1為第二類邊界；Kn為法向滲透系數；Ω為研究區范圍；p為入滲和蒸發；n→為外法線。

1.3 數值模型結構及其識別與檢驗

1）數值模型結構。根據研究區水文地質概念模型和數學模型，采用FEFLOW構建數值模型并進行求解。研究區東、南、西、北各邊界分別長約45 km、85 km、20 km和60 km。計算前先對研究區進行網格剖分，共剖分6 686個節點，總網格共4 359個（圖1）。根據地下水的長期觀測資料，選取2008年1月～2009年12月的水位資料，時間步長定為1個月。采用2008年1月的地下水位統一觀測資料，利用Kriking插值法獲得初始水位等值線。

圖1研究區三角有限元網格剖分圖

2）模型的識別與檢驗。采用試估—校正法對數值模型進行識別與檢驗，將參數的估計值等輸入軟件中，根據模擬計算的水位值與實際觀測值進行對比，若誤差不能滿足模擬的精度要求，則對輸入的參數進行反復調整，直到結果符合精度要求。根據研究區內的水位觀測的位置，本次選取027-1#、061-1#、069-2#、408#等4個觀測井的地下水位觀測值與模擬值進行對比 （圖2），分別計算各觀測點的模擬水位與實測水位之間的誤差，均滿足要求，擬合結果較好。

圖2觀測孔地下水位的擬合曲線

3）識別檢驗后的水文地質參數。通過對研究區實測水位與模擬水位的擬合，識別和檢驗了數值模型，反復調節水文地質參數和邊界條件，最終確定了水文地質參數，如表1所示。

表1 研究區識別檢驗后的水文地質參數

2 地下水動態模擬結果及分析

本次根據研究區的實際情況和規劃，假設不同開采方案下參數代入到地下水數值模型中，對開采后的潛水含水層地下水水位的變化情況進行模擬，并對研究區2017年的地下水位變化進行了分析預測。方案1：地下水開采量逐年增加，預計2017年地下水開采量為2 470萬m3，新增開采量為520萬m3；方案2：灌溉面積保持2009年的面積，增加節水灌溉等技術，預計2017年農業灌溉用水量為4 700萬m3，節水量為558萬m3。結果表明：不同開采方案下地下水位在同一年內呈現先下降再回升后整體下降趨勢，地下水的上升比每年集中降雨的時間稍微滯后，兩者差別不大；地下水位在不同年份也呈現下降的趨勢；區別在于不同的開采方案，地下水位變化幅度不同，方案1的模擬期末地下水位的平均埋深為29.70 m，地下水位降幅為2.05 m；方案2的模擬期末地下水位的平均埋深為26.40 m，地下水位降幅為1.35 m。

[1] 韓鵬,孔桂芹.山東省棗莊市農業節水灌溉發展模式及建議[J].水利發展研究,2013,(5)：85-87.

[2] 李振,劉罡,李萌.棗莊市水資源可持續開發利用研究[J].治淮,2009(6)：13-14.

[3] 曹廣祝,強毅,李峰,等.李官堡水源地地下水流場數值模擬及預測[J].中國水能及電氣化,2011,79(8)：7-13.

（責任編輯崔春梅）

P641.2

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1009-6159（2017）-05-0017-02

2016-11-17

李曉娟（1974—），女，工程師