佳木斯市地下水資源補(bǔ)給量計(jì)算分析及水位預(yù)報(bào)研究

1、1圖2含水層結(jié)構(gòu)剖面圖第45卷第12期2009年12月甘肅水利水電技術(shù)GansuWaterConservancyHyowerTechnologyVol45，No12Dec，2009水文水資源佳木斯市地下水資源補(bǔ)給量計(jì)算分析及水位預(yù)報(bào)研究王延?xùn)|1，趙忠偉2，周彥章3，王鋼鋼2（1.廣東省電力設(shè)計(jì)研究院，廣東廣州510663；2.河海大學(xué)水利水電工程學(xué)院，江蘇南京210098；3.河海大學(xué)土木工程學(xué)院，江蘇南京210098）摘要：通過地下水

2、補(bǔ)給計(jì)算及數(shù)值模擬研究，可以進(jìn)行地下水位預(yù)報(bào)，從而提供水位預(yù)警，避免土壤沼澤化和鹽堿化等災(zāi)害性事故的發(fā)生。本次研究通過佳木斯市地下水補(bǔ)給計(jì)算及數(shù)值模擬，對(duì)該地區(qū)未來幾個(gè)月水位變化進(jìn)行了預(yù)報(bào)，并結(jié)合已有水文地質(zhì)資料對(duì)模型進(jìn)行識(shí)別和驗(yàn)證，具有較好模擬精度，預(yù)測結(jié)果較為準(zhǔn)確。預(yù)測結(jié)果顯示污水處理廠廠址處在50年一遇江水位情況下，地下水將溢出地表，不利于污水處理廠的運(yùn)行并可能造成較大破壞。關(guān)鍵詞：地下水補(bǔ)給；計(jì)算分析；數(shù)值模擬；地下水位預(yù)報(bào)中圖

3、分類號(hào)：P641.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A佳木斯城市生產(chǎn)和生活用水主要依靠地下水，合理開發(fā)和利用地下水資源是當(dāng)?shù)厮块T的一項(xiàng)重要課題，而數(shù)值模擬及水文預(yù)報(bào)技術(shù)為該地區(qū)地下水資源的合理規(guī)劃和有效管理提供了科學(xué)方法和依據(jù)。本次研究針對(duì)佳木斯城東污水處理廠廠址規(guī)劃項(xiàng)目，通過地下水補(bǔ)給計(jì)算分析該地區(qū)地下水位變動(dòng)規(guī)律，并對(duì)該地區(qū)進(jìn)行地下水水位預(yù)報(bào)，預(yù)測在該地區(qū)設(shè)立廠址的安全性。1研究區(qū)概況研究區(qū)內(nèi)含水系統(tǒng)整個(gè)分布于松花江南岸，海拔77～85m，地勢平坦

4、開闊，為城區(qū)和農(nóng)田所在地。由于人類耕作、挖砂、養(yǎng)魚等經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，局部出現(xiàn)坑沼。組成巖性上部為全新統(tǒng)早期沖積層，表層為薄層亞黏土或亞砂土（厚1.0～2.5m），下部為砂、砂礫石。根據(jù)區(qū)內(nèi)22個(gè)鉆孔資料，運(yùn)用GMS模擬研究區(qū)地質(zhì)概況如圖1所示，含水層結(jié)構(gòu)剖面圖如圖2所示。研究區(qū)為河岸漫灘區(qū)，總面積約195km2，北部和西部以河流為界，南部和東部以丘陵地區(qū)分水嶺為相對(duì)隔水邊界。該地區(qū)多年平均年降水量為540mm，大氣降水為該地區(qū)地下水主要補(bǔ)給水

5、源，降水量年內(nèi)分配不均勻，7、8、9三個(gè)月圖1研究區(qū)地質(zhì)概況降水量約占年降水量的59.5%，是地下水的主要補(bǔ)給期。根據(jù)鉆孔資料及野外觀測，按巖層的透水、儲(chǔ)水性可以將該區(qū)域含水層分為3層，上層部分覆蓋較薄的黏土覆蓋層，往下第2層為厚度可達(dá)20～40m的砂土和亞黏土層，再往下為亞黏土層，坐落在白堊紀(jì)砂巖上。研究區(qū)的地下水埋深受地形、地貌、氣象、水文因素和人為因素的影響，埋深介于2.50～8.50m之間，年平均埋深5.50m。2補(bǔ)給計(jì)算原理及

6、數(shù)學(xué)模型潛水地下水庫主要補(bǔ)給方式包括降雨入滲補(bǔ)給、側(cè)向補(bǔ)給、地表水體滲漏補(bǔ)給、灌溉補(bǔ)給和人工回灌補(bǔ)給，主要排泄方式包括蒸騰蒸發(fā)、側(cè)向排泄和地下水開采，其主要影響因素包括地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造等，補(bǔ)給效果主要通過補(bǔ)給水量、補(bǔ)給速率和補(bǔ)給時(shí)間等因子來衡量。根據(jù)水量平衡原理，建立水量平衡方程SWB模型如下［1］：Δs=PrWiQiQsRETQrW（1）式中：Pr——降雨入滲補(bǔ)給量；Wi——灌溉補(bǔ)給水量；Qi——側(cè)向補(bǔ)給量；Qs——地表水體滲漏補(bǔ)給

7、量；R——人工回灌水量；收稿日期：20091125基金項(xiàng)目：2008教育部博士點(diǎn)基金資助項(xiàng)目（200802940012）作者簡介：王延?xùn)|（1979），男，碩士，工程師。3下水開采用2003年實(shí)際開采量。圖7水位預(yù)報(bào)點(diǎn)位置圖圖5模型識(shí)別結(jié)果圖6模型驗(yàn)證結(jié)果第12期王延?xùn)|，等：佳木斯市地下水資源補(bǔ)給量計(jì)算分析及水位預(yù)報(bào)研究第45卷側(cè)向徑流補(bǔ)給量主要考慮大頭山、三連村南、四豐山水庫、音達(dá)木河上游斷面以及研究區(qū)東部邊界的側(cè)向流量。依據(jù)動(dòng)態(tài)觀測資

8、料確定邊界流量隨時(shí)間段的變化趨勢，根據(jù)不同時(shí)期各段的水力梯度和水文地質(zhì)參數(shù)初值，計(jì)算給定隨時(shí)間變化的側(cè)向補(bǔ)給（排泄）量。研究區(qū)內(nèi)主要水系有松花江及其支流英格吐河、音達(dá)木河，天然條件下，河流側(cè)向補(bǔ)給量隨年份和豐枯季節(jié)變化。四合屯至松江鄉(xiāng)地段，地下水位常年低于松花江水位，因此，這一地段江水常年補(bǔ)給地下水。松江鄉(xiāng)至宏力地段地下水在年內(nèi)部分時(shí)間補(bǔ)給江水，洪水季節(jié)江水回滲補(bǔ)給地下水。研究區(qū)內(nèi)松花江在枯水期成為地下水的排泄通道，豐水期又成為地下水的

9、補(bǔ)給源。在模型處理時(shí)將其概化為RIVER邊界，水位根據(jù)佳木斯水位觀測站觀測值確定。研究區(qū)內(nèi)的主要灌區(qū)有大頭山灌區(qū)、長青灌區(qū)、松江灌區(qū)和四豐山灌區(qū)，分布在研究區(qū)的東、西兩側(cè)。在作物生長時(shí)期存在灌溉回歸水補(bǔ)給地下水，在模型中按面狀補(bǔ)給處理，采用REGE進(jìn)行處理。研究區(qū)域內(nèi)潛水蒸發(fā)量根據(jù)地下水位埋深和水面蒸發(fā)強(qiáng)度等因素確定。MODFLOW根據(jù)輸入的不同地下水埋深、蒸發(fā)極限深度、水面蒸發(fā)強(qiáng)度等因素，自動(dòng)計(jì)算潛水蒸發(fā)值，計(jì)算結(jié)果通過已有水量平衡計(jì)

10、算數(shù)據(jù)進(jìn)行校核。3.2模型的識(shí)別和驗(yàn)證如圖5所示，由于對(duì)目的層的水文地質(zhì)條件有比較清楚的認(rèn)識(shí)，各水文地質(zhì)參數(shù)初值也比較客觀，通過細(xì)致的調(diào)參，模型識(shí)別取得了較好的結(jié)果，計(jì)算流場與實(shí)測流場也基本相同，擬合結(jié)果初步說明了所建立的水文地質(zhì)概念模型和數(shù)學(xué)模型是正確的。所取的各源匯項(xiàng)是正確的。3.3地下水位預(yù)報(bào)本次研究分別在杏林路、音達(dá)木泵站及污水處理場場址建立地下水位預(yù)報(bào)點(diǎn)（圖7）進(jìn)行定點(diǎn)預(yù)報(bào)。預(yù)報(bào)期內(nèi)松花江水位采用50年一遇，佳木斯市大氣降水采

11、用50年一遇，地N污水處理廠廠址松音達(dá)木泵站花江杏林路口為進(jìn)一步驗(yàn)證所建立的數(shù)學(xué)模型和模型參數(shù)的可靠性，利用20030516～20030916豐水時(shí)段的地下水位動(dòng)態(tài)觀測資料對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行驗(yàn)證。模型驗(yàn)證時(shí)段的主要補(bǔ)給來源為降水入滲和側(cè)向徑流補(bǔ)給等，河流邊界取多年豐水時(shí)段平均水位；排泄主要為人工開采。模型驗(yàn)證末刻水位擬合結(jié)果如圖6所示，水位擬合最大誤差絕對(duì)值為1.395m，平均值為0.24m，計(jì)算流場與實(shí)測流場也基本吻合，說明驗(yàn)證時(shí)段根據(jù)研

12、究區(qū)地下水動(dòng)態(tài)變化特征，地下水水位預(yù)報(bào)的初始流場采用驗(yàn)證模型，即初始流場模擬期為2003年1月16日到2003年9月16日，外推至2003年12月16日流場。3預(yù)報(bào)點(diǎn)的水位預(yù)報(bào)結(jié)果如圖8～10所示。由圖8～10可知（圖中圖示較大的獨(dú)立點(diǎn)為觀測值），杏林路泵站、音達(dá)木泵站及污水處理廠的地下水位在預(yù)報(bào)期內(nèi)逐漸升高，最高地下水位分別出現(xiàn)在第639、638、632d，即均發(fā)生在9月末，水位分別為78.45m、77.14m和77.87m。（下轉(zhuǎn)第