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1、太原理工大学 硕士学位论文 清徐县西边山洪积扇区地下水位动态预测研究 姓名：宁显林 申请学位级别：硕士 专业：水文学及水资源 指导教师：郑秀清 20100601 太原理工大学硕士研究生学位论文 I 清徐县西边山洪积扇区地下水位动态预测研究 摘 要 地下水资源在清徐县的国民经济、社会发展以及环境建设等方面占有 十分重要的地位，边山洪积扇区地下水是清徐县县城及周边地区的主要供 水水源。近十几年来，随着人口的骤增，农业、工业以及城市建设的迅速 发展，地下水资源开发利用水平不断提高，在白石河下游县城附近出现了 地下水位持续下降、水量减少、水质恶化等一系列水资源及水环境问题。 从长远利益考虑，有计划、有
2、目标地开发利用地下水资源，对于解决清徐 县水资源时空分布不均、提高水资源利用效率、改善地区生态环境具有重 要意义。 本文在分析研究区水文、气象、区域地质及水文地质条件的基础上， 对洪积扇区水文地质条件进行了概化，建立了地下水流二维非稳定流数学 模型，利用区内 4 个长观孔水位长观资料对数学模型进行了识别与验证。 结果表明所建模型及参数组合是合理的，可对边山洪积扇区地下水位进行 预测模拟研究。 预测结果表明：按照现状年的地下水开采量，边山洪积扇地区地下水 位将持续下降，每年下降 23m，若不及时采取措施，继续超采，未来清 徐县将无地下水可采。若从现状年开始，缩减地下水开采量，则边山洪积 扇的深层
3、孔隙水位将逐步回升。当 2015 年、2020 年和 2030 年开采量分别 减小到 515.17 万 m3、586.74 m3和 639.91 万 m3时，到 2030 年清徐县边山 洪积扇区深层孔隙水位可回升到上世纪 90 年代初的水平。 研究成果可为指导清徐县地下水资源综合开发利用、保障经济社会持 续发展提供科学依据。 关键词：VisualMODFLOW，数值模拟，洪积扇，地下水位预测 太原理工大学硕士研究生学位论文 III PREDICTION OF THE GROUNDWATER TABLE IN THE WESTERN ALLUVIAL FANS AREA IN QINGXU CO
4、UNTY ABSTRACT Groundwater resources play an important role in economic, social development and environmental construction in Qingxu county. Groundwater in torrent alluvial fan edge is main water supply sources in Qingxu county and surrounding areas. Over the last decade, the utilization level of gro
5、undwater is improved continuously with the increasing of population , rapid development of agriculture, industry and urban construction. At the same time, a series of problems of Water resources and water environment occured near the county, such as continuous declining in groundwater level，reducing
6、 of water volume， deterioration of water quality and so on. Planned and targeted exploitation of groundwater resources is important to solve mal-distributed in space and time in the long term Qingxu county, raise water resource efficiency, improve the local ecological environment. Based on the analy
7、sis of hydrological， meteorological，geological and hydrogeological conditions of the region, the hydrogeological conditions of alluvial fans area is generalized in this paper, the two-dimensional mathematical model of unsteady flow is established, Mathematical model is identified and verified by fou
8、r long-term observed wells in study area. The results show that the model and the parameters are reasonable, could simulate and predict the Groundwater level of alluvial fans area. The Forecast results show that groundwater level in alluvial fan edge will decling continuously, at the rate of 23m/a,
9、if continued exploit groundwater without effective measures, groundwater in Qingxu county will exhaust in future. If we reduce groundwater exploitation with different program from now on, 太原理工大学硕士研究生学位论文 IV deep pore water level of alluvial fan edge will gradual recovery. groundwater exploitation of
10、 2015, 2020 and 2030 is up to 5,151,700 m3, 5,867,400 m3 and 6,399,100 m3, in 2030， pore water level value of alluvial fan edge will recovered the level of the early 90s. The results can guide the Qingxu County comprehensive development and utilization of groundwater resources, the sustainable devel
11、opment of economy and society provide a scientific basis. KEY WORDS: VisualMODFLOW, Numerical simulation, Alluvial fan, Predicting groundwater level 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 第一章 绪 论 1.1 研究目的和意义 地下水资源是我国水资源的重要组成部分，也是影响生态与环境的重要因素。国土 资源部 20002002 年新一轮地下水资源评价表明：我国多年平均地下水资源量为 9235 亿 m3，淡水资源为 8837 亿 m3，可采淡水资源量 3
12、527 亿 m3。地下水资源对我国可持续 发展具有不可替代的重要支撑作用。全国总供水量的 20%取自地下水，每年地下水开采 量超过 1000 亿 m3。全国 400 多个城市开采地下水，部分城市地下水几乎是唯一的供水 水源。地下水一般是优质水（有的是矿泉水、地热水），目前没有做到优质优用，更没 有做到优质优价。目前地下水开发存在的问题是开采布局不合理、有的地方超采严重、 地下水污染加剧、地下水环境恶化等。 山西省清徐县水资源严重短缺，目前全县城市生活、农村生活、部分工业主要靠开 采地下水供给。 清徐边山洪积扇区是清徐县县城城市生活与河西地区农村生活用水的主 要饮用水水源地，该区是清徐县政治、经
13、济、文化中心，其人口占全县城市人口的 90% 以上，工业产值占全县工业总产值的 70%以上，经济总量占全县 GDP 的 60%以上。由 于上世纪 80 年代以来人类活动强度加剧，特别是工业经济的快速发展，导致该区用水 量急剧增加，地下水资源持续严重超采，导致了一系列水资源与水环境问题，主要表现 在地下水位持续下降，含水层疏干，水源产水量衰减，城市供水日趋紧张，水质污染加 重，同时由于采煤漏水造成山区人畜吃水困难。水资源及水环境问题已经成为清徐县经 济社会可持续发展的重要制约因素。 由于清徐西部山区、边山洪积扇区和倾斜平原区水力联系紧密，三者之间有着天然 的水量、水质影响关系，已有的晋祠泉域保护
14、区和县城集中式饮用水水源地保护区的划 分范围、保护要求等不能满足该区地下水保护的要求，因此需要统筹考虑，综合分析， 需要对该区的地下水位进行数值模拟，从宏观上掌握未来地下水位的变化情况，以制定 相应的保护政策，并因地制宜的制定切实可行的恢复措施，对该区地下水资源实施有效 的控制保护。 无论从当前还是从长远看， 清徐边山洪积扇区地下水供水水源是清徐县河西地区城 乡供水的“战略水源”和“生命水源”，新时期经济社会的快速发展，对水资源的需求保障 （水质、水量）提出了更高的要求。因此，应从贯彻落实科学发展观，全面建设小康社 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 会、保障民生和最大程度满足人民生活水平不断
15、提高的高度，对清徐边山洪积扇区地下 水供水水源进行开采控制与有效保护。 保护清徐县“生命水源”， 确保城乡居民饮水安全， 保障清徐县经济社会可持续发展， 提高应对突发事件的能力，修复区内已恶化的水生态环境，对清徐县水资源可持续开发 利用具有十分重要的意义意义。 1.2 国内外研究现状 随着社会经济的快速发展和人民生活水平的不断提高， 地下水资源的供需矛盾日渐 突出，因此对地下水资源的开发利用与管理提出了更高的要求，即要从定量角度对地下 水资源进行预测和评价，建立合理地开发利用方案。但水文地质条件客观的复杂性，限 制了用地下水动力学中建立的解析法解决问题的广泛性。于是，上世纪 70 年代初以来，
16、 随着电子计算机的发展，数值模拟技术开始逐渐渗透到水文地质各个学科，大大开拓了 水文地质领域的定量计算。人们通过数值模拟的方式，来获得满足一定工程要求的数值 解，尤其是在水量计算、水位预测、资源评价、地下水污染预测、地下水的合理开发利 用与保护和地下水资源管理等方面应用更加广泛。经过几十年的探索和实践表明，数值 模拟能够解决很多理论和实际问题，并且都达到既定的精度要求。因此，数值模拟已经 构成了现代水文地质学科形成和发展的重要推动力之一， 成为人们揭示水文地质规律和 资源评价与管理中不可缺少的工具。 1.2.1 国外研究现状 目前，国外一些学者针对数值模拟法的薄弱环节，提出了新的思维方法，采用新的 数学工具，分析不同条件下的变化情况，合理的解决了大量的不确定性问题。 1. 首先是在地下水系统数值模拟的工作程序、 步骤等方面达成了高度的一致性， 强 调对水文地质条件合理概化的重要性，并深入探讨尺度转换问题和量化不确定因素问 题。 Anderson1等提出数值模拟所必须经过的工作程序为：确定模型的研究目标，建立 向关的水文地质概念模型，建立数学模型，模型设计及模型求解，模型的
