劉紀淵，劉麗萍

(西安工業(yè)大學建筑工程學院，陜西西安710032)

近幾年，經濟建設加快，工業(yè)生產規(guī)模擴大，區(qū)域內水資源需求增加，而人們對環(huán)境保護，水資源合理化利用的意識不強，導致了一系列環(huán)境問題，如河流斷流、湖泊干涸、地下水位持續(xù)下降等。20世紀60年代中期以來，隨著快速大容量計算機的出現(xiàn)和應用，地下水資源分析評價中數(shù)值計算方法得到逐步推廣，具有明顯的通用性和適用性，尤其近十幾年，地下水數(shù)值模擬取得了長足進步[1]計算機技術的發(fā)展帶動了數(shù)值模擬軟件的發(fā)展，目前GMS、MODFLOW、FEFLOW、Visual MODFLOW等模擬軟件應用越來越廣泛[2]GMS是由美國軍隊排水工程工作站和美國Brigham Young大學的環(huán)境模型研究實驗室開發(fā)的一個用于地下水模擬的圖形界面軟件[3]，它可以提供多種地下水數(shù)值模型的方法，并具有能準確的顯示地層的空間結構等優(yōu)點。因此，通過GMS軟件對當?shù)氐叵滤Y源開采進行模擬，對地下水合理開發(fā)和生態(tài)環(huán)境保護具有重要的現(xiàn)實意義。

1 基本概況

研究區(qū)煉油廠廠區(qū)一帶黃土層富水性較差，地下水主要賦存在下部白堊系下統(tǒng)洛河砂巖中，地下水類型為白堊系洛河砂巖孔隙—裂隙承壓水;廠區(qū)北部的平原區(qū)，賦存第四系孔隙潛水和洛河砂巖孔隙—裂隙承壓水

根據本次實地調繪、結合《靖邊縣水資源調查評價報告》，廠區(qū)附近白堊系碎屑巖類孔隙—裂隙承壓水的單井出水量500～1 000m3/d，屬水量較豐富區(qū)，水質符合一般工業(yè)用水;縣城及北部一帶上部為第四系松散巖類孔隙潛水，水量較豐富區(qū)分布于雙伙場—關路畔—蘆河酒廠線以北，以南為水量中等區(qū)，下部為白堊系碎屑巖類孔隙—裂隙潛水和承壓水，單井出水量＞1 000m3/d，屬水量豐富區(qū)，除縣城一帶水質較差，北部其他地區(qū)均為好的工業(yè)用水和生活飲用水。

2 模型建立

2.1 水文地質概念模型

研究區(qū)的邊界條件，因第四系潛水含水層與白堊系承壓水含水層可視為無限含水層，所以將補給邊界定為南邊界和西邊界，排泄邊界定為北邊界和東邊界;本次模擬，因含水層的南邊界徑流補給量穩(wěn)定，可視為定流量邊界，而徑流補給量較小西邊界計算時以零流量邊界處理，東邊界和北邊界則處理為變流量邊界。區(qū)域內蘆河在計算時分為上下兩段，上段補給，但河水下滲補給很小所以忽略，下段則為排泄，為了模擬地下水的泄出量將其設置為排水溝。

2.2 地下水數(shù)值模擬

1)網格劃分。利用GMS的3D GRID模塊，實現(xiàn)網格剖分。計算區(qū)為包含整個研究區(qū)的長方形區(qū)域，剖分網格總數(shù)7904，其中有效計算網格5999。

2)網格高程插值。將所建模型運行后，通過統(tǒng)一坐標系，各層頂?shù)装甯叱桃詘、y、z顯示，然后輸入到2D scatter points模塊中，再內插到MODFLOW Layers中。插值過程中如果出現(xiàn)錯誤或者不合理的地方，可以運行Model Checker命令改正。研究區(qū)含水層頂?shù)装鍢烁摺?/p>

3)初始流場。根據《靖邊縣西部地區(qū)1:5萬供水水文地質詳查》報告，得到計算區(qū)現(xiàn)狀條件下的潛水與承壓水等水位(頭)線圖。在此基礎上，依據天然補排關系和補排量(不含現(xiàn)狀開采量)，得到了天然狀態(tài)下的地下水流場，天然狀態(tài)嚇得地下水流場可作為初始流場進行開采降深場的預測。主要供水目的層的地下水天然狀態(tài)下初始流場。

2.3 模型的校驗與識別

為檢驗所建立的數(shù)學模型和模型參數(shù)的可靠性，根據野外數(shù)據試驗所獲得的數(shù)據，選擇2012年9月18日到9月30日作為檢驗時段，3天為一個步長。

通過把各項原始數(shù)據輸入模型，計算出水頭值并和實際觀測值進行對比，發(fā)現(xiàn)擬合結果良好，誤差在合理的范圍內，所以該模型可以用于預報。擬合過程線圖。驗證后的參數(shù)見表1，表2。

表1 計算區(qū)水文地質參數(shù)分區(qū)與參數(shù)值表

表2 計算區(qū)大氣降水入滲系數(shù)分區(qū)與參數(shù)值表

2.4 不同開采方案的水位預測

以煉油廠原油常壓加工項目取用水量:0.84×104m3/d(即306.6×104m3/a)為保證，根據《靖邊縣水資源評價與規(guī)劃報告》可知近遠期規(guī)劃研究區(qū)內農灌開采量不增加，現(xiàn)狀開采量保持不變，從而設計以下開采方案表3。

古山坑水源煉油廠生產區(qū)現(xiàn)狀開采井有14眼，全部開采洛河組承壓水，井深均為300m，井間距為300～500m，單井出水量為900～1 200m3/d;

1)方案一地下水位預測計算。在現(xiàn)狀開采的基礎上，按照0.84×104m3/d(即306.6×104m3/a)進行開采，時長30年。該開采方案下地下水位(頭)歷時變化以及末流場與降深場的空間變化詳。

表3 煉油廠水源地開采方案設計表

2)方案二地下水位預測計算。在現(xiàn)狀開采的基礎上，按照1.37×104m3/d(即500.05×104m3/a)進行開采，時長30年。該開采方案下地下水位(頭)歷時變化以及末流場與降深場的空間變化。

3)方案三地下水位預測計算。在現(xiàn)狀開采的基礎上，按照1.92×104m3/d(即700.8×104m3/a)進行開采，時長30年。該開采方案下地下水位(頭)歷時變化以及末流場與降深場的空間變化。

地下水流場與降深場:由以上結果可知，水源地開采30年末地下水徑流方向依然由南西向北東方向徑流，并無明顯變化，而地下水水位(頭)的降落擴大到邊界附近，且隨著開采量的增大，地下水水位(頭)降落也在增大，水源地開采區(qū)內的降幅增大，其他區(qū)域的下降幅度的差異不大，趨近等幅下降。水源地還形成了以煉油廠開采區(qū)為中心的橢圓形封閉降落漏斗。

3 結語

(1)研究區(qū)補給主要依靠自然降水，現(xiàn)狀年天然狀態(tài)下，地下水總補給量為2.47×104m3/d，總排泄量為2.06×104m3/d，地下水處于正均衡狀態(tài);開采狀態(tài)的地下水總補給量為2.47×104m3/d，地下水現(xiàn)狀則處于負均衡狀態(tài)，均衡差為－0.41×104m3/d，隨著研究區(qū)內工業(yè)化生產規(guī)模的擴大，水資源呈負均衡狀態(tài)，地下水位持續(xù)下降，如果過量開采必將引起生態(tài)環(huán)境破環(huán)等一系列問題。

(2)研究區(qū)區(qū)今后的發(fā)展應調整產業(yè)結構，發(fā)展低耗水工業(yè)和農業(yè)。同時加速污水資源化步伐，提高全民保護地下水資源的意識，走可持續(xù)發(fā)展道路。

[1]郝治福，康紹忠.地下水系統(tǒng)數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].水利水電科技進展，2006(01):77—81.

[2]丁繼紅，周德亮.國外地下水模擬軟件的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].勘察科學技術，2002(01):37－42.

[3]祝曉彬.地下水模擬系統(tǒng)(GMS)軟件[J].水文地質工程地質，2003(05):53－55.

[4]毛旭閣.靖邊北部風沙灘地區(qū)地下水開發(fā)及其環(huán)境效應分析[D?.陜西:西北大學2008.