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酒泉盆地地下水系统数值模拟研究

王刚  
【摘要】: 酒泉盆地位于甘肃省黑河流域中游,是我国西北干旱内陆河流域的典型山前倾斜自流盆地之一。该盆地南以祁连山褶皱带北缘断层和祁连山褶皱带为界,北以冲断层前锋逆冲断层与前陆凹陷相邻,东、西分别终止于榆木山隆起(高台—南华基底隆起)和嘉峪关断层。东西长约250.0km,南北宽约10.0—15.0km,是甘肃省酒泉市重要的工业、农业生产基地,也是该市地下水资源富集区及主要生产生活用水供给区。自第四系以来,在特定的沉积环境下堆积了巨厚的松散冲洪积沉积物。受水流与地质的作用,沉积物颗粒由西南向东北由以砂砾石为主逐渐过渡为粘土及粉沙,厚度由厚逐渐变薄。形成了一个具有完整的补给、径流、排泄条件的由单层过渡为多层的独立的水文地质单元,为地下水的存储和运移提供了良好的空间。 近年来,为满足盆地内工农业的发展的需求,大量水利工程修建和人口大幅度的增加,使该区水资源处于一种严重过度利用状态,同时大量水利工程的兴建也在缓慢的改变着地下水系统的自身的补给—径流—排泄关系,影响着本区内区域尺度上的水文循环过程及气象、气候因素。造成了地下水位大幅度下降,生态植被大片死亡,土壤次生盐渍化,沙漠化面积迅速扩大,沙尘暴活动日趋频繁等严重的生态环境问题。因此,对该盆地水资源进行客观、合理的评价、规划、利用与管理,是促进该地区及黑河流域水资源可持续发展的关键所在。本文在收集酒泉盆地地质及水文地质基础资料的基础上,基于水流的连续性方程和能量守恒等基本理论,采用GIS数据处理技术与FEFLOW地下水数值模拟专业软件相结合,建立了酒泉盆地三维地下水含水系统模型,并利用率定后的模型对研究区地下水资源进行了定量评价,取得的主要成果有: (一)依据地质剖面和钻孔资料,建立了酒泉盆地三维水文地质概念模型和数学模型。并利用FEFLOW地下水有限元数值模拟软件建立了相应的数值模型,通过对模型进行多次调参、运行、识别,结果表明模型基本达到了对水文地质体的仿真,为酒泉盆地地下水资源的优化、管理、开采提供了科学的依据。 (二)为了提高模型的仿真度,在建模过程中选用了水文地质自然边界(如断层、地下水分水岭等)作为研究区的模型边界,模型计算总面积为4127.0km~2。研究表明酒泉盆地在现状水平年(2003年)地水资源总补给量为7.0562×10~8m~3,排泄量8.2146×10~8m~3。补给量按灌区计算,其中讨南讨北灌区为2.7464×10~8m~3、清水灌区0.5961×10~8m~3、临水灌区0.8253×10~8m~3、洪水灌区1.2626×10~8m~3、红山灌区0.3445×10~8m~3、观山0.0542×10~8m~3、丰乐灌区0.5938×10~8m~3、马营灌区0.6334×10~8m~3。 (三)利用建立的模型,预测了酒泉盆地地下水系统资源在P=50%、75%、95%不同地表径流保证率条件下的地下水资源补给、排泄量及潜水流场。预测表明在P=50%保证率下,总补给量为7.7346×10~8m~3,排泄量为8.7208×10~8m~3,地下水系统总均衡量为—0.9862×10~8m~3;P=75%条件下,总补给量为7.1663×10~8m~3,排泄量为8.3789×10~8m~3,地下水系统总均衡量为—1.2126×10~8m~3;P=95%条件下,总补给量为6.3610×10~8m~3,排泄量为7.8477×10~8m~3,地下水系统总均衡量为—1.4867×10~8m~3。


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