陳 雄，張 巖，王藝偉，葉淑君，吳吉春，于 軍，龔緒龍

1.南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210023 2.國土資源部地裂縫地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院)，南京 210018

0 引言

地下水是水資源的重要組成部分，對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著舉足輕重的作用，然而不合理的開采[1]和過量抽取[2]地下水資源會引起地面沉降[3-7]、地裂縫[8-11]、海(咸)水入侵[12-14]、土地荒漠化[15]及地下水污染等一系列環(huán)境地質(zhì)問題[16]。自20世紀(jì)80年代起，隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，蘇北沿海地區(qū)對地下水資源的需求量與日俱增[17]，三市深層地下水(第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ承壓含水層)的大規(guī)模開采造成部分地區(qū)水位持續(xù)下降，引發(fā)了地面沉降、水質(zhì)咸化等環(huán)境地質(zhì)問題，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)厣鐣⒔?jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[18-22]。

凌家榮等[23]、駱祖江等[24-26]、單衛(wèi)華[21]、徐玉琳[27]、安曉宇等[28-29]先后嘗試用建立數(shù)學(xué)模型的方法來研究部分區(qū)域的地下水資源及地下水環(huán)境問題，認(rèn)識到過度開采是導(dǎo)致地下水位下降的主要原因。隨著地下水大量開采，地下水流場發(fā)生巨大改變，區(qū)域漏斗連成一片，建立統(tǒng)一的地下水流模型非常必要且更為合理。本文將蘇北沿海地區(qū)三市的區(qū)域地下水流系統(tǒng)作為研究對象(圖1)，建立三維地下水流數(shù)值模型，進(jìn)行研究區(qū)三維地下水流的模擬和預(yù)報(bào)，以期為合理開采地下水資源、防治地面沉降、解決水質(zhì)咸化等環(huán)境地質(zhì)問題提供科學(xué)支撐。

1 研究區(qū)水文地質(zhì)條件

研究區(qū)自新生代以來受到河流的搬運(yùn)與海洋沉積作用的影響，堆積了厚達(dá)200～1 600 m的松散沉積層，形成了一套巨厚的松散孔隙含水系統(tǒng)[20,23]。根據(jù)巖性和時(shí)代，自上而下劃分為：全新統(tǒng)孔隙潛水含水層，上更新統(tǒng)第Ⅰ承壓含水層(Ⅰ含)，中更新統(tǒng)第Ⅱ承壓含水層(Ⅱ含)，下更新統(tǒng)第Ⅲ承壓含水層(Ⅲ含)，中、上更新統(tǒng)第Ⅳ承壓含水層[21](Ⅳ含)。各個(gè)含水層間以弱透水的黏土層相分隔(圖2)。由于潛水及Ⅰ含中的地下水主要為水質(zhì)較差的咸水和微咸水，長久以來該地區(qū)的地下水開采主要集中在Ⅱ含、Ⅲ含、Ⅳ含[18,26,30]。所以本次研究模擬Ⅱ含、Ⅲ含、Ⅳ含的深層地下水。

鉆孔及水工實(shí)驗(yàn)資料顯示，地下水系統(tǒng)為非均質(zhì)各向異性的多層結(jié)構(gòu)，各個(gè)含水層通過其間的弱透水層發(fā)生水力聯(lián)系；故本文將含水層與弱透水層作為統(tǒng)一的復(fù)合含水系統(tǒng)來處理，將其概化為三維空間上的非均質(zhì)各向異性介質(zhì)，含水層之間的弱透水層也按獨(dú)立的層位參與計(jì)算，整個(gè)地下水流概化為三維非穩(wěn)定流[31]。

Ⅰ--Ⅰ′為水文地質(zhì)剖面線。圖1 研究區(qū)地理位置圖Fig.1 Location map of the study area

Ⅰ含、Ⅱ含、Ⅲ含、Ⅳ含分別表示第Ⅰ、第Ⅱ、第Ⅲ、第Ⅳ承壓含水層;Ⅰ弱、Ⅱ弱、Ⅲ弱、Ⅳ弱分別表示第Ⅰ、第Ⅱ、第Ⅲ、第Ⅳ弱透水層。圖2 研究區(qū)水文地質(zhì)剖面圖Fig.2 Hydrogeological profile of the study area

自然狀態(tài)下，深層地下水自西向東緩慢流動，接受西部地下水流的補(bǔ)給，并向東部海洋流動排泄；在大規(guī)模開采地下水后，人為開采成為主要排泄方式，地下水由四周向開采強(qiáng)烈的降落漏斗區(qū)流動。研究區(qū)北部基巖已侵入至Ⅱ含，故將Ⅱ含概化為隔水邊界，其余側(cè)向邊界在有觀測孔的部分設(shè)定為一類給定水頭邊界，其他設(shè)定為第二類流量邊界(圖3a)。此次研究中：將Ⅰ含作為模擬的三維含水系統(tǒng)的上部邊界，由于Ⅰ含水質(zhì)差，開采利用少，觀測數(shù)據(jù)顯示該層水位年變化幅度很小，所以Ⅰ含可概化為一類定水頭邊界；含水系統(tǒng)底部即Ⅳ含底部為封閉性良好的黏土層或基巖，故Ⅳ含概化為隔水邊界。大規(guī)模的人工開采為該區(qū)地下水的主要排泄方式，將各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的開采強(qiáng)度概化為大井[23]。各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的年開采量由實(shí)際統(tǒng)計(jì)獲得，Ⅲ含開采井的分布如圖3b所示。

2 數(shù)學(xué)模型

以連續(xù)性原理及達(dá)西定律為基礎(chǔ)，結(jié)合研究區(qū)的水文地質(zhì)條件，建立相應(yīng)的三維非穩(wěn)定流數(shù)學(xué)模型[32-34]：

式中：Ω為滲流區(qū)域；t為時(shí)間(s)；h為地下水位(m)；Kxx,Kyy為水平滲透系數(shù)(m/d)，Kzz為垂向滲透系數(shù)(m/d)；W為源匯項(xiàng)(d-1)；h0為初始水位(m)；h1為一類邊界上的水位(m)；SS為貯水率(m-1)；Γ1為一類邊界；Γ2為二類邊界；Kn為二類邊界法線方向滲透系數(shù)(m/d)；q為二類邊界上的流量(m/d)。

a．邊界條件； b．開采井分布。圖3 研究區(qū)Ⅲ含邊界條件及開采井分布Fig.3 Boundary conditions and wells of the third confined aquifer in the study area

3 數(shù)值模擬

研究區(qū)使用地下水模擬系統(tǒng)(groundwater modeling system，GMS)中的MODFLOW模塊來建立地下水?dāng)?shù)值模型。GMS是目前國際上通用的地下水模擬軟件，可用來模擬飽和、非飽和流條件下的地下水流和溶質(zhì)運(yùn)移等問題[35]。本次數(shù)值模型采用矩形剖分，垂向上剖分為6層，分別對應(yīng)含水系統(tǒng)的Ⅱ弱、Ⅱ含、Ⅲ弱、Ⅲ含、Ⅳ弱、Ⅳ含；平面上每層剖分成300行和300列(網(wǎng)格長1 292 m，寬1 146 m)，單元總數(shù)540 000，其中活動單元數(shù)128 510個(gè)(圖4)。模型采用有限差分法求解，并采用預(yù)處理共軛梯度迭代法(PCG)聯(lián)立迭代求解代數(shù)方程組。時(shí)間上，模型模擬時(shí)間為2005-01-01—2013-12-31，其中，2005-01-01—2010-12-31為模型識別期，2011-01-01—2013-12-31為模型驗(yàn)證期。一個(gè)季度為一個(gè)應(yīng)力期，共36個(gè)應(yīng)力期，每個(gè)應(yīng)力期90 d。各含水層的初始水位采用2004年末的實(shí)測水位，弱透水層的初始水位取上下相鄰含水層水位插值獲得[24]，初始流場見圖5，邊界條件設(shè)置見圖3(以Ⅲ含為例)。蘇北沿海三市地下水開采經(jīng)歷了開采、超采、壓縮3個(gè)階段，2000年開始全面實(shí)施地下水限采， 2005—2013年各個(gè)深層承壓水的開采量逐年減少，從2005年的2.03億m3減少至2013年的1.56億m3左右。

模型采用“試錯(cuò)法”(trial-and-error)來間接率定水流模型的相關(guān)參數(shù)[36]。對含水層和弱透水層進(jìn)行參數(shù)分區(qū)，給定初始值，然后根據(jù)實(shí)測水位與模擬計(jì)算水位的對比，不斷調(diào)整參數(shù)，直到誤差達(dá)到允許范圍。各含水層均具有一定數(shù)量的水位觀測孔來進(jìn)行水位擬合，其中Ⅱ含有72個(gè)水位觀測孔、Ⅲ含有122個(gè)水位觀測孔、Ⅳ含有67個(gè)水位觀測孔，基本控制全區(qū)(圖6)。除了觀測孔水位的擬合，還對識別期末和驗(yàn)證期末各含水層流場進(jìn)行了擬合。表1給出各含水層與弱透水層參數(shù)值范圍，表2、表3給出了第25應(yīng)力期(2011年)各含水層的流入量與流出量。各含水層部分觀測孔的水位擬合情況見圖7；所有觀測孔的模擬水位與觀測水位的對比關(guān)系見圖8。識別期末與驗(yàn)證期末各含水層的模擬流場與實(shí)測流場對比如圖9所示，識別及驗(yàn)證結(jié)果均表明，模型計(jì)算值與觀測值擬合良好，水位絕對誤差不超過1.00 m，且模型計(jì)算所得的含水系統(tǒng)的地下水流入量與流出量基本相等(表2、表3)，說明所建地下水值數(shù)學(xué)模型能夠刻畫研究區(qū)的地下水流問題。

a.平面剖分；b.橫向剖面(第165行)剖分；c.縱向剖面(第142列)剖分。圖4 研究區(qū)單元剖分Fig.4 Units division in the study area

圖5 研究區(qū)Ⅲ含、Ⅳ含初始水位Fig.5 Initial water levels of the confined aquifers Ⅲ and Ⅳ in the study area

a．所有觀測孔；b．本文中列舉的觀測孔。圖6 研究區(qū)含水層水位觀測孔分布Fig.6 Distribution of all water level observation hole in the study area

含水層/弱透水層Kxx /(m/d)Kyy /(m/d)Kzz /(m/d)Ss /m-1Ⅱ弱Ⅱ含3.00×10-7～8.00×10-50.08～40.003.00×10-7～8.00×10-50.08～40.001.00×10-8～8.50×10-60.01～4.001.00×10-5～2.50×10-32.00×10-6～8.50×10-4Ⅲ弱5.00×10-8～7.00×10-55.00×10-8～7.00×10-55.00×10-8～7.00×10-51.00×10-5～9.00×10-4Ⅲ含1.00～40.001.00～40.000.10～4.008.50×10-6～9.85×10-4Ⅳ弱1.00×10-8～1.00×10-51.00×10-8～1.00×10-51.00×10-8～1.00×10-51.00×10-5～8.00×10-4Ⅳ含0.45～45.000.45～45.000.05～4.505.50×10-7～8.60×10-4

表2 研究區(qū)2011年各層平均流入量

表3 研究區(qū)2011年各層平均流出量

識別期末及驗(yàn)證期末各個(gè)含水層整體擬合效果較好，2005—2013年研究區(qū)深層地下水開采量總體處于下降趨勢，Ⅱ含水位為-20.00～-5.00 m。由表2、表3經(jīng)計(jì)算可知：Ⅱ含接受的流入量小于流出量，儲存量在2011年日平均凈減少速率為48 419 m3/d；2005—2013年區(qū)域水位平均下降2.55 m，下降速率為0.28 m/a(表4)。

因Ⅱ含不是南通的目標(biāo)開采層，故南通大部分區(qū)域的水位在-10.00 m左右，水位變化幅度較小；但是南通地區(qū)Ⅱ含越流補(bǔ)給大規(guī)模開采的Ⅲ含，啟東、海門處的水位有一定程度的下降。在模型識別期，鹽城市北部水位下降5.00 m左右，部分地區(qū)的水位降幅接近10.00 m，如濱海縣0229觀測孔處水位從2005年初的-21.94 m下降至2010年底的-27.23 m，降幅為5.29 m(圖7b)；鹽城南部由于開采強(qiáng)度減少，水位回升，如鹽都區(qū)0221觀測孔處水位從2005年初的-32.73 m回升至2010年底的-28.70 m，水位回升4.03 m(圖7c)。模型驗(yàn)證期，北部水位持續(xù)下降，但降幅明顯減??；0229觀測孔處水位從2011年初的-27.23 m下降至2013年底的-28.30 m，降幅為1.07 m(圖7b)，濱?？h-25.00 m漏斗中心范圍擴(kuò)大較為明顯(圖9a、9b)；南部水位持續(xù)回升且升幅趨于平緩，0221觀測孔處的水位從2011年初的-28.90 m回升至2013年底的-28.70 m，升幅為0.20 m(圖7c)，-20.00 m水位漏斗消失，水位維持在-15.00～-20.00 m之間；連云港市東部燕尾港在識別期末形成-25.00 m降落漏斗，驗(yàn)證期漏斗中心水位持續(xù)下降，漏斗范圍擴(kuò)大(圖9a、9b)。

Ⅲ含是深層地下水開采的主要含水層，始終處于超采狀態(tài)，儲存量在2011年的日平均凈減少速率為240 500.6 m3/d(表2、表3)，因此研究區(qū)大部分地區(qū)水位處于持續(xù)下降狀態(tài)，2005—2013年區(qū)域水位平均下降4.14 m，下降速率為0.46 m/a(表4)。模型識別期：在鹽城市濱?？h、射陽縣、建湖縣及鹽都區(qū)形成4處-30.00 m水位漏斗，其中以建湖縣水位漏斗的降幅最大，水位從2005年初的-10.25 m下降至2010年末的-32.82 m，降幅達(dá)22.57 m(圖1，圖9c)；-25.00 m水位等值線覆蓋鹽城市大部分區(qū)域并向外擴(kuò)展與連云港市灌南縣相連，灌南縣大部分地區(qū)水位位于-20.00 m至-25.00 m之間(圖9c)；南通市如東漏斗處的平均水位從2005年初的-43.85 m回升至2010年底的-40.25 m，其余地區(qū)水位均在下降，水位平均下降5.10 m(圖9c)；海門市三廠鎮(zhèn)原有的-35.00 m水位漏斗發(fā)展形成-40.00 m的水位漏斗，漏斗中心水位從2005年初的-37.37 m下降至2010年末的-44.80 m，降幅為7.43 m(圖7i)，漏斗的范圍明顯擴(kuò)大(圖9c)。驗(yàn)證期開采量雖有下降但開采量仍然巨大：灌南縣大部分地區(qū)水位已低于-25.00 m(圖9d)；鹽城市各漏斗中心水位繼續(xù)下降，漏斗范圍繼續(xù)擴(kuò)大，鹽都區(qū)和建湖縣-30.00 m水位漏斗已擴(kuò)大連成一片(圖9d)；濱?？h漏斗范圍擴(kuò)大；南通如東漏斗平均水位繼續(xù)回升至2013年底的-38.85 m，海門市漏斗中心2013年底的水位為-44.84 m(圖7i)，變化不大，但兩處漏斗的范圍均有不同程度的擴(kuò)展。

a．東臺市Ⅱ含0113觀測孔；b．濱?？hⅡ含0229觀測孔；c．鹽都區(qū)Ⅱ含0221觀測孔；d．射陽縣Ⅱ含0232觀測孔；e．大豐市Ⅲ含0226觀測孔；f．濱海縣Ⅲ含0217觀測孔；g．阜寧縣Ⅲ含0090觀測孔；h．南通市Ⅲ含7020觀測孔；i．三廠鎮(zhèn)Ⅲ含3002觀測孔；j．東臺市Ⅳ含0187觀測孔；k．鹽城市Ⅳ含0197觀測孔；l．射陽縣Ⅳ含0224觀測孔。圖7 研究區(qū)部分觀測孔水位擬合圖Fig.7 Fitting graphs of partial water level observation holes in the study area

圖8 研究區(qū)觀測孔水位模擬值與觀測值對比圖Fig.8 Comparison graph of simulated and observed values of water level in observation holes in the study area

Ⅳ含水位的模擬值基本上與觀測值一致。該層在模擬期開采總量變化不大，2011年儲存量日平均凈減少速率為92 224.7 m3/d(表2、表3)，部分地區(qū)發(fā)生向上越流補(bǔ)給第Ⅲ承壓含水層，地下水位在-40.00～-20.00 m(圖9e、f)，除了原有的-40.00 m水位漏斗中心附近的水位從2005年初-49.81 m上升至2013年底-40.53 m(圖7k)，其余地區(qū)的水位均處于下降狀態(tài)，水位平均下降2.60 m，下降速率為0.29 m/a(表4)。

表4研究區(qū)2005--2013年各含水層區(qū)域水位平均變化量

Table4Averagewaterlevelvariationofeveryconfinedaquiferfrom2005to2013inthestudyarea

含水層平均下降量/m下降速率/(m/a)Ⅱ含2.550.28Ⅲ含4.140.46Ⅳ含2.600.29

4 模型預(yù)測

建立地下水模型的目的是為了預(yù)報(bào)在擬定的地下水開采方案下地下水位的發(fā)展，通過預(yù)報(bào)，可以了解未來地下水開采方案是否合理以及不同開采方案下地下水位的響應(yīng)情況。蘇北沿海三市從2000年開始全面實(shí)施地下水限采，并逐步實(shí)施地下水開采計(jì)劃制度，如2005年開采約2.03億m3，2013年已減少至1.56億m3(圖10)。運(yùn)用上文經(jīng)過識別驗(yàn)證后建立的研究區(qū)三維地下水流數(shù)值模型建立預(yù)測模型，初始條件為2013年末的地下流場，邊界條件則均為二類邊界，預(yù)報(bào)時(shí)間為2013-12-30—2020-12-30，共分28個(gè)應(yīng)力期。

采用兩種開采方案預(yù)測。

第1種方案，即現(xiàn)狀開采方案：在現(xiàn)狀開采條件下，保持現(xiàn)有2013年開采井的數(shù)量、開采量及位置不變，每年維持總開采量1.56億m3。

第2種方案，即限制開采方案：在蘇北三市2013年地下水開采方案的基礎(chǔ)上，規(guī)劃至2020年地下水壓縮開采方案(表5)(此方案由江蘇省水利廳及江蘇省地調(diào)院規(guī)劃制定)。其中：鹽城市2013年深層地下水開采量為8 718.39萬m3， 2020年開采目標(biāo)為4 365.78萬m3，減少開采4 352.61萬m3，減少49.92%；南通市2013年深層地下水開采量為

a．2010年12月Ⅱ含；b．2013年12月Ⅱ含；c．2010年12月Ⅲ含；d．2013年12月Ⅲ含；e．2010年12月Ⅳ含；f．2013年12月Ⅳ含。圖9 研究區(qū)含水層水位擬合圖Fig.9 Fitting graphs of water level in aquifers in the study area

柱狀圖表示各個(gè)城市3個(gè)含水層的地下水開采總量。圖10 研究區(qū)深層地下水歷年開采量圖Fig.10 Graph of total exploitation per year of deep groundwater in the study area

104m3

5 508.55萬m3，2020年開采目標(biāo)為4 168.89萬m3，減少開采1 339.66萬m3，減少24.32%；連云港市2013年深層地下水現(xiàn)狀開采量為1 426.60萬m3，2020年Ⅱ、Ⅲ含開采目標(biāo)為613.86萬m3，減少開采812.74萬m3，減少56.97%。開采總量從2013年的1.56億m3減少到2020年的0.91億m3。

現(xiàn)狀開采方案下，預(yù)報(bào)期間各承壓含水層最低地下水位變化見表6(均為各年份12月30日水位)，各承壓含水層在預(yù)測期末的流場如圖11所示。

在現(xiàn)狀開采條件下，各含水層水位總體繼續(xù)下降。2014—2020年：Ⅱ含區(qū)域水位平均下降1.59 m，下降速率為0.23 m/a(表7)；鹽城市濱?？h、響水縣與連云港灌南縣的-25.00 m水位漏斗連成一片，漏斗中心的水位降至-34.70 m，其余多個(gè)漏斗都有一定程度的發(fā)展，南部大豐市地區(qū)的水位有一定程度的回升，南通市在通州區(qū)形成-15.00 m的水位漏斗(圖11a)。Ⅲ含區(qū)域水位平均下降2.31 m，下降速率為0.33 m/a(表7)；原有的響水縣-35.00 m水位漏斗向外擴(kuò)展至灌南縣，鹽城市區(qū)附近的多個(gè)水位漏斗連成一片，形成-40.00 m的水位漏斗，漏斗中心的水位降幅超過5.00 m，南通市原有的如東縣-35.00 m水位漏斗和海門市-40.00 m水位漏斗因開采強(qiáng)度較歷史時(shí)期降低，漏斗范圍縮小，水位回升(圖11b、11d)。Ⅳ含區(qū)域水位平均下降1.57 m，下降速率為0.22 m/a(表7)；漏斗中心的最低水位下降至-46.50 m(表6)，各主要漏斗范圍均在緩慢增大(圖9e,9f,圖11c)。

表6 現(xiàn)狀及限采方案下研究區(qū)各含水層最低地下水水位

a．Ⅱ含水位；b．Ⅲ含水位； c．Ⅳ含水位；d．Ⅲ含水位變幅。圖11 現(xiàn)狀開采方案下研究區(qū)2020年底各含水層等水位線圖及水位變幅Fig.11 Water level contour map of every aquifer and the variation range map of every confined aquifer under current exploitation scheme in the end of 2020 in the study area

限制開采方案下，預(yù)報(bào)期間各承壓含水層最低地下水位變化見表5，各承壓含水層在預(yù)測期末的流場如圖12所示，預(yù)測期末(2020年)的水均衡分析見表8、表9，此時(shí)各含水層的開采量已降至最低。和現(xiàn)狀開采方案相比，限采方案效果明顯，水位持續(xù)下降得到有效控制，多個(gè)漏斗區(qū)水位有一定的回升，但是繼續(xù)開采及水流匯聚補(bǔ)給漏斗區(qū)導(dǎo)致漏斗相鄰近區(qū)域水位下降；總體來說，3個(gè)含水層的凈儲存量變化速率仍為負(fù)值(表8、表9)，說明地下水資源量處于進(jìn)一步消耗中。2014—2020年：Ⅱ含區(qū)域水位平均下降1.08 m，下降速率為0.15 m/a(表7)，水位降速減少34.78 %；連云港市和鹽城市部分地區(qū)水位回升比較明顯，燕尾港-25.00 m水位漏斗消失，阜寧縣、濱?？h-25.00 m水位漏斗水位回升明顯，鹽城市區(qū)-20.00 m漏斗消失，南通市因Ⅱ含越流補(bǔ)給Ⅲ含，水位有小幅度的下降(圖12a)。Ⅲ含各漏斗區(qū)水位回升，原有的水位持續(xù)下降、降落漏斗持續(xù)擴(kuò)大等現(xiàn)象得到控制，該含水層區(qū)域水位平均下降1.15 m，下降速率為0.16 m/a(表7)，水位降速減少51.52 %；鹽城市建湖縣、鹽都區(qū)漏斗中心水位回升超過5.00m，南通市如東漏斗區(qū)水位持續(xù)回升，海門市-40.00 m水位漏斗范圍縮小，漏斗中心水位從-44.84 m回升至-41.60 m，其余地區(qū)的水位也有一定程度的回升(圖12b、12d)。Ⅳ含總體水位處于下降狀態(tài)，區(qū)域水位平均下降1.07 m，下降速率為0.15 m/a(表7)，水位降速減少31.82 %；主要漏斗區(qū)水位有一定的回升，原來的漏斗中心處水位回升至-37.80 m(表6)?？偠灾?，實(shí)施地下水限制開采對減緩了蘇北沿海地區(qū)的地下水位的持續(xù)下降有一定的可行性，但為了徹底扭轉(zhuǎn)該區(qū)域的地下水位的下降，還需要進(jìn)一步加大地下水限制開采的力度。

表7現(xiàn)狀及限采方案下研究區(qū)2014--2020年各含水層區(qū)域水位平均變化量

Table7Averagewaterlevelvariationofeveryconfinedaquiferfrom2014to2020undercurrentandlimitexploitationschemeinthestudyarea

含水層平均下降量/m下降速率/(m/a)現(xiàn)狀限采現(xiàn)狀限采Ⅱ含1.591.080.230.15Ⅲ含2.311.150.330.16Ⅳ含1.571.070.220.15

表8 限制開采方案下研究區(qū)2020年各層平均流入量

表9 限制開采方案下2020年各層平均流出量

a．Ⅱ含；b．Ⅲ含；c．Ⅳ含；d．Ⅲ含。圖12 限制開采方案下研究區(qū)2020年底各含水層等水位線圖及水位變幅圖Fig.12 Water level contour map of every aquifer and the variation range map of the 3rd confined aquifer under limited exploitation scheme in the end of 2020 in the study area

5 結(jié)論

1)在充分研究所收集和整理的地質(zhì)、水文地質(zhì)、地下水開采、地下水位監(jiān)測、抽水試驗(yàn)等資料和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，建立了包括3個(gè)承壓含水層和3個(gè)弱透水層在內(nèi)的蘇北沿海三市深部地下水系統(tǒng)三維非穩(wěn)定流數(shù)值模型，模型通過識別和驗(yàn)證后，能很好地刻畫研究區(qū)的Ⅱ含以下深部地下水流系統(tǒng)，能正確模擬研究區(qū)地下水流，可用于預(yù)報(bào)擬定開采方案下地下水流場的變化。

2)模型模擬結(jié)果顯示：2005—2013年隨著總的地下水開采量逐年減少，地下水位下降幅度得到有效控制，地下水位下降速率較歷史峰值有明顯降低，甚至在局部區(qū)域出現(xiàn)水位回升。Ⅱ含區(qū)域水位平均下降2.55 m，下降速率為0.28 m/a，鹽城市南部地區(qū)水位有一定回升；Ⅲ含是深層地下水開采的主要含水層，始終處于超采狀態(tài)，2005—2013年區(qū)域水位平均下降4.14 m，下降速率為0.46 m/a，南通市如東漏斗處的平均水位從2005年初的-43.85 m回升至2013年底的-38.85 m；Ⅳ含區(qū)域水位平均下降2.60 m，下降速率為0.29 m/a；主要漏斗區(qū)水位則有一定的回升。

3)在現(xiàn)狀開采及限制開采方案下，2014—2020年進(jìn)行了預(yù)測。在現(xiàn)狀開采條件下：含水層水位繼續(xù)下降，但下降速率降低；3個(gè)含水層的區(qū)域水位平均分別下降1.59、2.31及1.57 m，水位下降速率分別為0.23、0.33及0.22 m/a，分別比模擬期減少了17.85 %、28.26 %和24.14 %。在限制開采條件下：隨著總的開采量從2013年的1.56億m3壓縮到2020年的0.91億m3，地下水水位下降趨勢明顯變緩，3個(gè)含水層的區(qū)域水位平均下降分別為1.08、1.15及1.07 m，水位下降速率分別為0.15、0.16及0.15 m/a，分別比模擬期減少了46.43%、65.21%和48.28%，水位下降得到有效控制，局部地區(qū)水位明顯回升，原有的主要水位漏斗均有很好的恢復(fù)，部分漏斗消失。但是為了徹底扭轉(zhuǎn)該區(qū)域的地下水位的下降，還需要進(jìn)一步加大地下水限制開采的力度。