张艳林民勤盆地地下水数值模拟.ppt

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1、张艳林民勤盆地地下水数值模拟 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望报告结构报告结构n 1 1 绪论绪论 n 2 研究区概况n 3 地下水时空格局分析n 4 民勤盆地地下水数值模拟研究 n 5 结论与展望234研究意义和选题背景研究意义和选题背景 民勤盆地的生活生产很大程度上依赖于盆地地下水的开采，民勤盆地的生活生产很大程度上依赖于盆地地下水的开采，长时间大量超采导致了地下水位下降，引发湖泊干涸、植被死亡、长时间大量超采导致了地下水位下降，引发湖泊干涸、植

2、被死亡、沙漠化等一系列生态环境问题，已经成为当地社会经济可持续发沙漠化等一系列生态环境问题，已经成为当地社会经济可持续发展的重要瓶颈。展的重要瓶颈。研究民勤盆地地下水的时空动态规律、定量模拟各均衡要素研究民勤盆地地下水的时空动态规律、定量模拟各均衡要素及地下水资源量，不仅在地下水资源规划、利用及预测方面具有及地下水资源量，不仅在地下水资源规划、利用及预测方面具有管理意义，而且对于恢复盆地生态具有科学指导意义管理意义，而且对于恢复盆地生态具有科学指导意义 5研究意义和选题背景研究意义和选题背景项目背景项目背景本研究课题来源于中英水资源需求管理项目WRDMAP（UK/China Water Res

3、ources Demand Management Assistant Project，WRDMAP）石羊河流域G3案例，并受科技部支撑计划专题：典型陆地生态系统功能变化的人文因素检测(以民勤绿洲为例)项目编号2007BAC03A11-02的支持。6研究进展研究进展n肖笃宁等(2006)对民勤盆地民勤盆地1987-2001年地下水位的时空动态进行了模拟 n清华模型(清华大学和甘肃省水利水电工程勘察设计院)，结果不理想n朱高峰，马金珠（2005）等建立了民勤绿洲民勤绿洲的地下水数值模拟，但时间序列只有一年7主要研究内容和技术路线主要研究内容和技术路线n研究内容研究内容 1）基于地统计方法分析民勤盆

4、地1999-2008年地下水的时空格局，探讨其空间异质性。2）以时空格局分析为基础，结合地质、水文地质等资料建立2003-2008民勤盆地民勤盆地地下水流的数值模型，分析地下水位动态与人类活动的定量关系。8主要研究内容和技术路线主要研究内容和技术路线n 研究技术路线研究技术路线9报告结构报告结构n 1 绪论 n 2 2 研究区概况研究区概况n 3 地下水时空格局分析n 4 民勤盆地地下水数值模拟研究 n 5 结论与展望10研究区概况研究区概况n民勤县位于甘肃省河西走廊东段北侧的石羊河下游民勤县位于甘肃省河西走廊东段北侧的石羊河下游 ，全县面积，全县面积1.61.6万万km2 km2，地质构造上

5、民勤属阿拉善台块的边缘凹陷，其东北被，地质构造上民勤属阿拉善台块的边缘凹陷，其东北被腾格里沙漠所包围，西北有巴丹吉林沙漠环绕，中部为民勤盆地，腾格里沙漠所包围，西北有巴丹吉林沙漠环绕，中部为民勤盆地，经石羊河冲积、湖积成狭长而平坦的绿洲带，是我国典型的荒漠经石羊河冲积、湖积成狭长而平坦的绿洲带，是我国典型的荒漠绿洲之一绿洲之一。11报告结构报告结构n 1 绪论 n 2 研究区概况n 3 3 地下水时空格局分析地下水时空格局分析n 4 民勤盆地地下水数值模拟研究 n 5 结论与展望12地下水时空格局分析地下水时空格局分析n数据说明数据说明n监测井监测井nDEMDEM13地下水时空格局分析地下水时

6、空格局分析n1999-20081999-2008年民勤盆地地下水埋深时空变化年民勤盆地地下水埋深时空变化 14地下水时空格局分析地下水时空格局分析n地下水位最小埋深地下水位最小埋深和最大埋深都呈增和最大埋深都呈增加趋势，最小埋深加趋势，最小埋深从从19991999年的年的2.2m2.2m增增至至20082008年的年的3.6m3.6m；最大埋深从最大埋深从19991999年年的的27.1m27.1m增至增至20082008年年的的31.2m31.2m15地下水时空格局分析地下水时空格局分析n地下水位降深图地下水位降深图16地下水时空格局分析地下水时空格局分析n地下水位埋深空间异质性分析地下水位

7、埋深空间异质性分析n近近1010年民勤盆地地下水空间异质在随机性尺度上几乎没有发年民勤盆地地下水空间异质在随机性尺度上几乎没有发生变化，而在结构性尺度上均发生着变化，总的空间异质性生变化，而在结构性尺度上均发生着变化，总的空间异质性在增强且空间的最大相关距离在增大，说明整个研究区在一在增强且空间的最大相关距离在增大，说明整个研究区在一定尺度上的地下水资源连通性和脆弱性增加。定尺度上的地下水资源连通性和脆弱性增加。17地下水时空格局分析地下水时空格局分析n小结小结n1999-2008年10年来民勤盆地地下水埋深大幅下降，平均埋深从13.8m 降到17.2m，平均降幅0.46m/a。n地下水埋深大

8、的区域在逐年扩大，地下水埋深小的地区逐年缩小n研究发现区域地下水的总体空间异质性逐年减小，最大相关距离在增大，整个研究区地下水资源的连通性和脆弱性在增加。18报告结构报告结构n 1 绪论 n 2 研究区概况n 3 地下水时空格局分析n 4 4 民勤盆地地下水数值模拟研究民勤盆地地下水数值模拟研究 n 5 结论与展望19民勤盆地地下水数值模拟研究民勤盆地地下水数值模拟研究n地下水数值模拟流程图地下水数值模拟流程图(Visual Modflow）20民勤盆地地下水数值模拟研究民勤盆地地下水数值模拟研究n地下水运动数学模型地下水运动数学模型n有限差分求解有限差分求解在研究区内用有限个离散点的集合代替

9、连续方程的渗流区，在这些离散点上用差商近似地代替微商差商近似地代替微商，将描述求解问题的偏微分方程及其定解条件转化为线性差分方程组，然后对这个方程组联立求解，获得水头变量在离散点上的近似值。21民勤盆地地下水数值模拟研究民勤盆地地下水数值模拟研究n模拟边界划分及边界类型的确定模拟边界划分及边界类型的确定概概念念模模型型建建立立22民勤盆地地下水数值模拟研究民勤盆地地下水数值模拟研究q=C(Hb-h)n流量边界的处理方法流量边界的处理方法(GHB(GHB法法)q为流量C为平均渗透系数 K(m/d)为平均水力传导率 W、L分别为高度和宽度Hb为边界水头h为计算单元水头概概念念模模型型建建立立23民

10、勤盆地地下水数值模拟研究民勤盆地地下水数值模拟研究n含水层划分含水层划分根据民勤盆地含水层结构特征，以25个钻孔资料为基础，并结合地下水的开采利用现状，参照含水层发育程度、含水层渗透性，可将含水层剖分为三层。n初始水头的确定初始水头的确定由2003年1月份地下水位插值得到概概念念模模型型建建立立模模型型参参数数输输入入24民勤盆地地下水数值模拟研究民勤盆地地下水数值模拟研究n源汇项的确定源汇项的确定n潜水蒸发与植被蒸腾潜水蒸发与植被蒸腾 潜水蒸发强度主要与潜水水位埋深、包气带岩性、地表植被和气候等因素有关。一般认为水位埋深大于5m的地区潜水蒸发微弱，本文采用5m作为研究区内潜水蒸发的极限水位埋

11、深。n降水凝结水入渗量降水凝结水入渗量 在民勤绿洲降水入渗仅限于水位埋深小于5m的地段。降水入渗补给量为有效降雨量与地下水位小于5m埋深的面积之积再乘上雨水入渗系数n渠系渗漏补给量渠系渗漏补给量 Q渗漏=损失量*0.95 n灌溉水入渗量灌溉水入渗量 宋亚新等(2008)在宁夏清水河平原所做的研究认为，在干旱半干旱地区，种植条件下距地表4m处的降雨灌溉入渗系数大约为0.15 n地下水开采地下水开采模模型型参参数数输输入入25民勤盆地地下水数值模拟研究民勤盆地地下水数值模拟研究n地下水开采地下水开采2003至2008年期间，绿洲内活动的农用生产井有7600眼之多，关于这些机井的具体开采量尚不清晰，

12、本文采用农村生产用电量对各灌区的地下水开采量进行估算。根据民勤县统计年鉴各乡农村生产用电量按机井数目比例统计到各灌区，结合各年地下水位埋深计算各灌区逐年地下水抽水量，并分配至每月。将抽水量按机井的灌溉面积分配到每一眼机井，从而得到各灌区各机井每天的地下水抽水量模模型型参参数数输输入入26民勤盆地地下水数值模拟研究民勤盆地地下水数值模拟研究n模型率定模型率定模模型型率率定定27民勤盆地地下水数值模拟研究民勤盆地地下水数值模拟研究n模拟值与观测值对比图模拟值与观测值对比图模模型型检检验验与与结结果果分分析析28民勤盆地地下水数值模拟研究民勤盆地地下水数值模拟研究n民勤盆地地下水流向图民勤盆地地下水

13、流向图模模型型检检验验与与结结果果分分析析29民勤盆地地下水数值模拟研究民勤盆地地下水数值模拟研究源汇项补给量(万m3)排泄量(万m3)渠系渗漏补给量21384.00边界流入量19400.68降水补给量924.00 灌溉补给量63983.48合计105692.17机井抽水量259572.15潜水蒸发量1696.59合计261268.74n民勤盆地水量均衡表民勤盆地水量均衡表 模模型型检检验验与与结结果果分分析析03-08年6年间年平均补给量为17615.36241104m3，排泄量为43544.79104m3。平均每年地下水超采量为25929.43104m330民勤盆地地下水数值模拟研究民勤盆

14、地地下水数值模拟研究Zone 2 to 1=6970.20 m3/dayZone 4 to 1=9208.70 m3/dayZone 3 to 4=7477.20 m3/day Zone 3 to 2=24096.00 m3/day 据计算从三区边界进入盆地的流量大约平均为44000立方/天，从四区边界进入盆地的流量大约4140立方/天，从一区边界进入盆地的流量大约为平均14210立方/天。从二区进入一区的平均流量大约为6970立方/天，从四区进入一区的流量大约为9208.70立方/天。n民勤盆地分区水量均衡民勤盆地分区水量均衡 模模型型检检验验与与结结果果分分析析31报告结构报告结构n 1

15、绪论 n 2 研究区概况n 3 地下水时空格局分析n 4 民勤盆地地下水数值模拟研究 n 5 结论与展望32结论与展望n主要结论（主要结论（1 1）n1）1999-2008年近10年来民勤盆地地下水埋深下降剧烈，集中下降区域不断扩大，地下水漏斗区逐年扩大，并有与附近漏斗区融合的趋势。n2）研究发现区域地下水的总体空间异质性逐年减小，最大相关距离在增大，整个研究区地下水资源的连通性和脆弱性在增加。33结论与展望n主要结论（主要结论（2 2）n3）模型基本上反映了民勤的真实情况，通过计算，03-08年6年间年平均补给量为17615.36241104m3，排泄量为43544.79104m3。平均每年

16、地下水超采量为25929.43104m3n4）研究结果表明民勤盆地与边缘沙漠地区可能存在水力联系34结论与展望n问题及展望问题及展望 n1)由于民勤盆地周内及周边地质、地形等条件十分复杂，本文收集到地下水位观测井仅分布于平原绿洲周边地区，数量极为有限，导致插值结果不够精确，应用地统计的方法研究地下水位时空格局的精度受收集到资料的数量及质量制约。n2)由于缺乏研究区及周边地区较为详实的地质、及水文地质勘察报告，且缺乏边界周围地区的水位动态观测资料，不能准确判断盆地南面、东面的边界类型和强度。35结论与展望n3)在建立数值模型过程中，对源汇项的处理过于粗糙。文章以灌区为基本单元确定模型的补给与排泄量，认为灌区内土地利用类型、土壤类型单一，所有灌区的补排系数相同。n4)模型识别过程中，由于没有充足的水文地质资料，水文地质参数分区在考虑前人研究成果及结合遥感影像进行。n5)文章仅仅对民勤盆地地下水位做了时空格局分析及数值模拟，并未对各种水文地质参数做相应的敏感性分析，并进行相应的情景分析。3637