乌兰盆地地下水数值仿真模拟及可持续利用

摘要

乌兰盆地属于半干旱地区，典型的高原大陆性气候，蒸发强度大，降雨量少，地下水分布广泛，水质良好，水量稳定。然而，研究区内地表水空间分布极不均匀，并且冻结期长。因此，寻求地下水资源的供水方案迫在眉睫。本文以国土资源部基础研究项目“乌兰盆地地下水循环演化规律研究”为依托，以研究乌兰盆地地下水可持续开发利用为目标，以地下水动力学理论为指导，采用数值模拟的方法分析不同开采方案下对湖泊及其周围生态环境的影响，确定地下水可持续开采阈值并提出地下水保护措施。研究主要获得以下认识和成果：
　　（1）模拟范围确定。结合研究目的，确定模拟区南靠牦牛山，北至阿木内格山、青海南山和布赫特山，东临东大滩，西屏柴凯湖谷地；在垂向上，上部以地表为界，下部以基岩为界。
　　（2）乌兰盆地水文地质概念模型的建立。根据乌兰盆地水文地质条件和实测流场，对边界条件进行概化：西部边界与东北部边界可概化成隔水边界；其余边界与地下水等水位线斜交，均为第二类流量边界；区内都兰湖、柯柯盐湖、盐湖为最低侵蚀基准面，概化为第三类排泄边界。上部边界是潜水面边界，下部边界为隔水边界。盆地属山间断陷盆地，其水文地质结构具有山前自流斜地特征，山前冲洪积扇含水层一般为单一结构的卵砾石潜水含水层，至盆地中心的冲湖积平原，含水层过渡为砂与粘土互层的潜水—承压水多层结构。故将模拟区含水层在垂向上分为两层。将盆地内第四系地下水概化为非均质各向同性三维非稳定流，建立水文地质概念模型。
　　（3）高仿真地下水流数值模型的建立。在地下水系统概化的基础上，根据质量守恒定律及能量守恒定律，建立乌兰盆地地下水流数学模型。利用Modflow软件求解研究区地下水水流数学模型，并进行了识别验证，保证了模型的仿真性与可靠性。
　　（4）区域地下水可开采资源量评价及开采阈值的确定。设置六种不同地下水开采方案，预测地下水流场及地下水水位降深的变化。确定了乌兰盆地地下水可持续开发利用的阈值为8.5×104m3/d，占区内水资源补给量的50％左右。
　　（5）盆地内水源地最优开采方案的设计：采用梅花型布井，井间距为1000m；优先开采水循环带中深部矿化度小于1g/L的地下水；布井于居民区上游；单井开采量均为0.5×104m3/d。分别布设于阿木内格沟冲洪积扇、赛什克河冲洪积扇、都兰河冲洪积扇及赛什克河冲洪积扇前缘。
　　以上研究成果对乌兰盆地重大水源地建造、地下水资源的合理开发利用以及生态环境保护提供科学依据，为寻求西北地区一般的水资源开发利用模式积累经验。

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第一章 绪论

1.1研究背景及选题意义

1.2国内外研究现状及存在问题

1.2.1国内外研究现状

1.2.2研究区现状

1.2.3存在问题

1.3研究内容与技术路线

第二章 研究区概况

2.1自然地理概况

2.1.1交通位置

2.1.2气象水文

2.1.3 水文

2.2地质地貌条件

2.2.1地形地貌

2.2.2地层岩性

2.3水文地质概况

2.3.1 地下水赋存条件

2.3.2地下水补径排要素

第三章 乌兰盆地地下水流数值模型

3.1水文地质概念模型

3.1.1模拟区范围

3.1.2模拟区含水层空间结构

3.1.3边界条件概化

3.2地下水流数学模型与求解

3.2.1地下水流数学模型

3.2.2求解方法

3.3模型识别与验证

3.3.1模型识别与验证的依据

3.3.2模型识别与验证期间有关问题的处理

3.3.3水文地质参数分区及其初值的确定

3.3.4模型识别与验证结果分析

3.3.5模型的可靠性分析

第四章 地下水可持续开采方案优选

4.1模拟区地下水可持续供给的约束条件

4.2水源地开采方案设计

4.2.1布井原则

4.2.2方案设计

4.3各方案计算时有关问题的处理

4.3.1计算年限和时段

4.3.2源汇项的处理

4.3.3预测模型环境设置

4.4各方案下地下水流场及湖面面积变化

4.4.1方案一地下水流场及湖面面积变化

4.4.1方案二地下水流场及湖面面积变化

4.4.2方案三地下水流场及湖面面积变化

4.4.3方案四地下水流场及湖面面积变化

4.4.4方案五地下水流场及湖面面积变化

4.4.5方案六地下水流场及湖面面积变化

4.5地下水资源可持续开采阈值的确定

4.6地下水资源保护对策

结论

参考文献

致谢