水利工程建设对地下水影响的数值模拟分析

工程开挖及建成后对含水层结构的改造,无疑会对开挖区周围地下水造成影响。利用数值模拟方法分析预测某水利工程尾水渠开挖及建成后周围地下水水位的变化。预测结果,大开挖后周边地下水位将快速降低,且不同地段水位降幅不同,右岸阶地内水位降低约0.26~7.26 m,工程建成后,阶地内水位将逐渐恢复,但相比施工前水位仍降低0.09~0.38 m。分析水文地质结构,合理概化,建立数值模型,对于分析工程开挖对地下水的影响,是种有效方法。     

生态输水期间额济纳绿洲区地下水动态数值模拟

根据额济纳盆地的水文地质条件,采用地下水数值模拟软件GMS建立了额济纳绿洲区地下水流数值模型。根据模拟结果分析了生态输水期间(2001~2011年)研究区地下水量均衡要素和地下水位、水量的年际动态变化。研究结果表明:(1)生态输水期间额济纳绿洲区地下水的年平均排泄量为3.54×108m3/a,年平均补给量为3.67×108m3/a。其中,河道渗漏和潜水蒸发分别占地下水补给和排泄的78%和63%;(2)生态输水期间额济纳绿洲区地下水量变化总体为正均衡,均衡差0.13×108m3/a。其中,2001、2004、2009和2010年为负均衡,其他年份均为正均衡;(3)对整个绿洲区而言,潜水补给承压水,平均补给量为0.23×108m3/a;(4)生态输水期间绿洲区的地下水位总体是抬升的,抬升速率0.02m/a。河道附近地下水位的抬升速率大于0.04m/a,较其他区域明显,受河水演进的影响,最大值出现在东河最下段。     

滹滏平原地下水系统脆弱性最佳地下水水位埋深探讨

笔者以滹滏平原为研究区, 采用统计分析的方法, 分析了地下水防污性与地下水资源脆弱性随地下水位埋深之间的变化关系。结果表明, 当地下水位埋深增大时, 地下水防污性增强的地区, 地下水资源脆弱性也增高;通过二者之间变化关系, 认为受地下水位埋深制约及地下水位埋深对二者的不同影响, 存在使地下水系统脆弱性最佳的地下水位埋深区间;通过地下水位埋深对地下水防污性与地下水资源脆弱性影响及其制约关系, 确定滹滏平原淡水区和咸水区地下水系统脆弱性最佳地下水位埋深分别为27~30 m和15~19 m。     

采煤对榆溪河流域地下水资源的影响研究

榆溪河位于榆阳区境内,全长98 km,流域面积近4 000 km2,根据地形地貌及支流分水岭等整个流域被划分为10个水源地。本文依据流域水文地质条件构建水文地质概念模型,在此基础上基于可视化数值模拟软件(Processing Modflow)建立流域三维地下水流数值模型,模型经识别与校验完成后,加载煤矿矿坑涌水工况,模拟煤矿开采对地下水资源的影响,预测未来30年末的地下水末流场、末埋深场、末降深场、潜水位降深曲线以及地下水补排均衡量,并进行分析评价,得出主要结论为:(1)在地下水及煤矿现状开采条件下,未来30年末水源地地下水处于负均衡状态,负均衡主要为消耗深层侏罗系地下水资源储存量。(2)煤矿开采涌水主要对矿井及其周围的潜水位产生一定的影响,金鸡滩镇附近由于煤矿矿坑疏干地下水会形成一个较大的降落漏斗区域,潜水位最大净降深约3m,影响半径约15 km。(3)流域地下水位呈缓慢平顺的发展态势,没有出现地下水位急剧变化的情况,未来30年地下水位下降一般0.5~2.3 m,煤矿附近最大地下水位下降约3 m。研究成果可为榆溪河流域煤矿开采和水资源利用规划提供依据。     

Processing Modflow在基坑疏干抽排水中的应用

以天津某基坑为研究对象,采用Processing Modflow数值模拟软件建立了地下水三维渗流与地面沉降耦合模型。模拟了基坑疏干抽排水在完成支护、止水帷幕施工条件下其周边地下水位和地面沉降的实时变化:即由于疏干抽排水引起的基坑周边约80 m内地下水水位降幅在0.90~82.15 cm之间,约80 m内地面沉降量在0.001~26.21 mm之间。模拟结果与后期监测数据吻合较好,能够较为真实的反映降水过程对周边环境的影响。     

吉林省白城市地下水数值模拟及其变化趋势

为了给吉林省白城市地下水资源合理开发利用提供科学依据,运用地下水模拟技术对白城市地下水位变化趋势进行预测。首先在分析研究区水文地质条件的基础上建立水文地质概念模型,将含水系统概化为潜水含水层、越流层和承压含水层,并确定了系统的边界条件。运用地下水模型软件(GMS)对研究区地下水流进行了模拟和预测,预测结果表明在扩大开采的情况下,潜水含水层水位总体下降约1~2 m;随着开采量的增加和时间的增长,含水层在洮儿河扇形地、洮南、研究区东北部、镇赉、大安南部等地相继出现疏干现象,最大降幅达5~6 m。承压含水层在大安南部、镇赉北部等地水位下降较大,但是流场整体降幅不大,总体降幅在0.5 m以内。最后提出了地下水合理开发利用建议。     

中国典型地区地下水位对环境的控制作用及阈值研究

研究采用理论分析和实践成果相结合、区域宏观分析与典型地区深入剖析相结合的研究方法,从地下水不合理开发利用引起的环境问题出发,选取华北地区、西北地区以及沿海地区作为典型区,分析地下水位对环境的控制作用,提出了具有针对性的地下水位控制阈值。华北平原有利于山前调蓄的地下水位埋深为10m、中东部平原浅层控制土壤盐渍化水位埋深为2~3 m、防止地裂缝的水位埋深为7 m、深层控制地面沉降水位埋深为50 m、浅埋岩溶区地下水位应控制在岩溶含水层上覆的松散岩类的底板高程(2 m)之上;西北地区控制天然植被衰败的地下水位埋深为2.0~4.5 m和人工绿洲灌溉期控制土壤盐渍化的地下水位埋深为1.2~1.5 m,非灌溉期中冻结期地下水位埋深1.3~1.5 m,冻融期为2.2~2.7 m;沿海地区防止海水入侵的地下水位阈值应控制在漏斗中心水位高程-5~-6 m,最大不超过-8 m。上述地下水位控制阈值的确定,为实施地下水总量控制和水位控制管理提供了科学依据。     

新郑市浅层地下水流数值模拟及评价

通过分析新郑市水文地质条件,建立了概念模型,运用GMS软件建立三维地下水流的数值模拟模型,对研究区浅层地下水资源进行现状评价,并对2015年和2020年地下水位进行了预测.结果表明,研究区地下水水位持续下降,到2020年水位将会下降5～10 m,部分地区可能会出现开采漏斗,为了降低地下水位的下降幅度,应该调整产业结构,加强水资源的管理,提高水资源的利用率,从而减少地下水资源的开采.     

新疆车尔臣河地下水资源量数值模拟分析

以新疆车尔臣河地下水为研究对象,对该地区的地下水资源量进行了数值模拟分析。研究结果表明:研究区2017年地下水资源处于均衡状态,地下水补给以河道入渗补给量为主,地下水排泄以蒸发排泄量为主,人类影响程度较小;研究区补给量为51 171.9×10~4m~3/a,排泄量为50 532.6×10~4m~3/a,地下水可开采资源量为33 272.1×10~4m~3/a;研究区各观测孔水位降深在-0.03～7 m之间,主要由于局部地段人工开采量大于补给量,造成其地下水位下降。     

李家峪灰场2^#副坝区地下水运动数值模拟

李家峪灰场由于灰场灰水的渗漏致使储灰场周围出现地下水位上升,水质变差等一系列环境地质问题。从水文地质条件角度分析灰场堆灰形成新的地下水分水岭致使灰水在2^#副坝坝前垂直下渗进入风化带,沿白云岩裂隙（溶隙）补给潜水含水层,并向韩家哨村区域流动补给孔隙含水层,改变后的潜水部分通过民井向外排泄。本次研究运用地下水数值模拟软件对研究区的地下水位进行动态模拟和预测,为该地区地下水污染评价提供参考。     

岩溶矿床疏干区地下水位恢复对岩溶塌陷作用机制的研究——以湖南宁乡大成桥为例

截止2016年底,大成桥疏干区在地下水位恢复过程中共发生了17起岩溶塌陷,文章结合地下水动态监测、水文地质钻探成果以及现场调查资料等,研究地下水恢复特征及其对岩溶塌陷的作用机制,为研究区塌陷的预警防治提供科学依据。结果表明:研究区岩溶塌陷集中在河流两岸阶地和麻枣冲沟中;岩溶塌陷发生顺序为先补给区后径流区,与地下水恢复动态过程密切相关;区内地下水恢复过程可分为4个阶段,不同阶段岩溶塌陷机理可分为渗流潜蚀-气爆效应,负压吸蚀效应,软化增荷-挤压-吸蚀效应和软化-崩解效应等4种力学效应组合,不同力学效应作用下的致塌模式有所不同。其中地下水位在基岩面附近4~5 m范围波动更容易引发岩溶塌陷。目前补给区地下水位标高63.95~71.8 m,高于基岩面5~6 m;径流区为42.8~57.7 m,位于基岩面以下4~17 m,因此须密切观测研究区地下水位变化。      

龙湖周边机井开采对地下水流影响的数值模拟

人工湖、库和河流等将改变区域水文循环过程,特别是地表水与地下水交换关系。本文对郑州市规划的龙湖入渗水利用和龙湖周边机井布设方案进行比较分析。龙湖水体形成后,湖区与周围地下水位的2.5m落差将使湖水大量入渗补给地下水,大范围抬升湖区周围地下水位,龙湖周围低洼处将有发生盐碱化的危险,威胁到紧靠龙湖的西部国家森林公园和规划中的东北部生态回廊绿地。本文利用美国地质调查局(USGS)颁布的三维地下水数值模型(MODFLOW),模拟不同湖底防渗措施和机井开采方案下龙湖周围地下水位变化以及龙湖入渗量,对龙湖周边布井方案可行性和降低地下水效果加以分析和比较。     

辽宁省某节水增粮论证区域水资源量计算及取水水源合理性探析

节水增粮论证区位于辽宁省凌海市温滴楼乡南部,在区域内地下水资源量分析计算的基础上,对该节水增粮区区域地下水资源量进行分析,进一步论证取水方案的合理性和可行性及取水水源的可靠性。分析可知,在项目实施后新增取水量为24.3万m~3,总取水量增加26.95万m~3,当地地下水位没有持续下降,地下水处于平衡状态,可保证供水水源可靠。     

保定平原区地下水生态水位阈值的探讨

地下水具有重要的生态价值,地下水生态系统中的地下水位、水质和包气带含水率与含盐量的变化驱动着表生生态格局的演变,但目前对各变量的生态阈值研究尚处于起步阶段,理论与方法体系还不完善。以保定平原区为例,采用地下水位及地下水生态环境的历史回归法、GIS法、差分网格计算法等方法,从时空角度分析了地下水位变化的驱动力以及生态效应,在此基础上确定不同水文地质单元的生态水位阈值。研究表明:（1）20世纪50—60年代,研究区依赖于地下水的生态格局基本维持着天然状态;1959—2000年,地下水位持续下降,局部地段出现降落漏斗;2000—2008年,地下水位骤降,降落漏斗迅速扩张,地下水与地表水补排关系发生变异;2008年至今,部分区域地下水位逐渐上升。（2）研究区内山前地带地下水生态水位埋深为10~15?m,拒马河冲洪积扇群与漕河—瀑河冲洪积扇群为5~10?m,唐河—大沙河冲洪积扇群为3~5?m,冲积平原中定州—望都范围为3~5?m,保定市为10~15?m,其余均为5~10?m,冲湖积平原环淀区域小于3?m。（3）以确定的地下水生态水位为标准,初步估算研究区现状地下水位恢复至生态水位的需水量为57.14×108?m3。研究成果对恢复当地地下水生态环境格局有重要意义,对华北平原地下水生态水位的确定也具有借鉴意义。     

基于Visual Modflow的邯郸县地下水位动态研究

根据邯郸县水文地质条件,建立水文地质概念模型和地下水流数学模型,采用可视化标准软件Visu-al Modflow对研究区地下水进行数值模拟计算及预测。通过自动与手动相结合的方式,多次对模型进行调整,实现模拟计算结果与实际观测值的较好拟合;并以调节均衡型开采动态为原则,制定了2015、2020年县域浅层地下水设计开采量方案。模拟结果表明,2011年至2015年地下水位有明显下降趋势,地下水位下降3 m,2015年以后,在限采条件下,控制开采量,地下水位平均降深稳定在3.5 m左右,流场趋于稳定。     

大庆西部地下水位降落漏斗区水资源人工调蓄方案

对地下水资源的长期大量集中开采形成了区域性地下水位降落漏斗,地下水的超采引发了一系列环境地质问题。利用降落漏斗区腾空的地下储水空间进行水资源的人工调蓄可使地下水位得到恢复。以地下水为主要供水水源的大庆市目前已形成了东西两个大的区域性地下水位降落漏斗,必须进行地下水人工调蓄。设计并模拟了现状开采、逐年压缩分别在现采和压采基础之上进行人工回灌等4种人工调蓄方案,对大庆西部地下水位降落漏斗区进行水资源人工调蓄。结果表明,压缩开采和人工回灌均可加速降落漏斗区地下水位的恢复,在逐年压缩地下水开采量5%的情况下实施人工回灌（0.45×10⁸m³/a）,地下水位恢复效果最明显,到2010年末,漏斗中心地下水位可回升7.7~10.3 m。     

台兰河地下水库辐射井抽水过程的非稳定渗流场的有限元分析

针对台兰河地下水库大口径辐射井抽水效果的数值模拟问题,在分析了大口径辐射井渗流行为基础上,提出了应用辐射井子结构法和子结构开关器等辐射井精细模拟技术,并联用改进的截止负压法、迭代增量法和求解大型稀疏矩阵的预处理共轭梯度算法进行有辐射井影响的地下水非稳定渗流场的有限元分析。应用自主研发的三维可视化渗流有限元计算软件GWSS对台兰河地下水库辐射井抽水试验过程中的非稳定渗流场进行了数值模拟研究。研究结果表明：所有观测井计算水位的平均绝对误差为0.22 m,单井水位的平均误差最大值为 0.40 m,最小值为0.02 m,各观测井地下水位的模拟值与实测值的变化趋势吻合较好。经验证算法的合理性和程序的可靠性较好。提出的辐射井子结构法可以精细模拟辐射井的渗流行为和局部精细渗流场,可用于分析辐射井抽水过程中的地下水非稳定渗流变化及取水效率评价。     

变异条件下内蒙古呼包平原地下水演化趋势

重点探讨气候变异对内蒙古呼包平原地下水资源、地下水流场和动态的影响。在介绍呼包平原水文地质条件的基础上,运用地下水模型软件PMWIN 5.1建立了研究区双层地下水流模型,并根据1998年地下水动态观测和统测资料对模型进行识别。通过对近51 a降水量的分析,确定将连续出现的2个特枯年作为地下水的变异条件,运用地下水模型对变异条件下地下水状态进行模拟,结果表明：2年间对地下水的严重超采,使地下水亏空量达75 296.34 万m³,潜水和承压含水层的地下水位大幅度下降,潜水位最大下降4 m左右,承压水位最大下降17 m左右;漏斗中心主要集中在开采量大的呼和浩特和包头市区。     

南水北调中线河南省受水区浅层地下水水位演化规律

南水北调中线工程供水后对河南省受水区浅层地下水位、用水结构等产生了重要影响。首先回顾了河南省平原区以往地下水位埋深变化,并通过收集、统计2008—2018年河南省受水区浅层地下水位的监测成果,基于ArcGIS软件,针对南水北调中线供水前后河南省受水区浅层地下水位变化进行量化分区;结合降水量、地下水资源量、供水量等资料对供水前后河南省受水区用水结构变化等进行分析。结果表明:自20世纪60年代至2008年,河南省平原区浅层地下水位平均埋深整体逐渐增加;河南省受水区地下水资源量随降水量增加呈线性增加趋势;南水北调中线一期供水后,2015—2018年平均地下水供水量在地下水资源量中的占比较2008—2014年减少9.55%;受水区浅层地下水位有所回升,且主要体现在埋深 > 8~12 m范围向埋深 > 4~8 m及≤4 m范围的转变,埋深 > 12~16 m及 > 16~20 m范围在受水前后基本保持不变,埋深 > 20 m的区域范围有所减少;2008—2014年各监测点分布县区的浅层地下水位呈下降趋势,2015—2018年供水期间有2/3以上县区浅层地下水位逐渐恢复;农林渔业用水和工业用水占比在供水后均有所减小,城乡生活、环境综合用水占比增加明显。研究结果表明南水北调中线工程对河南省受水区浅层地下水位恢复及缓解供水矛盾问题等产生积极有效的影响。      

大汶河流域地下水位动态预测

对大汶河流域地下水位动态变化进行概述,利用77眼测井实测资料,分析了大汶河流域六年的水位变化情况。对观测井1978～2003年的地下水位年变差系列值和相应的年降水量进行一元回归分析,建立一元线性回归方程式,进行了年降水量影响预测;对东平县大清河以南的地区进行了典型区回归预测;对典型区建立了数学模型,利用三维地下水有限差分计算软件MODFLOW进行地下水数值模拟,对实测与模拟水位过程线进行对比,进行了典型区模型预测。结果表明：率定参数正确、所建模型可靠,能基本反映该地区的地下水运动规律。