枣庄市地下水动态数值模拟分析

李晓娟

（枣庄市水资源试验站，山东 枣庄 277800）

枣庄市地下水动态数值模拟分析

李晓娟

（枣庄市水资源试验站，山东 枣庄 277800）

通过对枣庄市的水文、地质、地下水动态监测和特征值等资料进行分析，建立了水文地质概念模型，采用FEFLOW软件对研究区不同开采方案下的潜水含水层地下水水位的变化情况进行了模拟，并对枣庄市2017年的地下水位变化进行了预测。

枣庄市；地下水位；动态变化；数值分析

枣庄市位于山东省南部，属鲁中南低山丘陵区和黄淮冲积平原，地势东北高西南低，辖47个乡（镇）、17个街道办事处，总面积4 563 km2，总人口383.24万。随着枣庄市城市规模的不断扩大和工农业生产的发展，对地下水资源的开采程度越来越高，用量持续增大，造成地下水位不断下降，甚至出现漏斗区。为了研究本区地下水动态变化，首先对该区的水文、地质、地下水动态监测等资料和地下水特征进行分析，建立了水文地质概念模型，利用FEFLOW软件建立了地下水动态变化数值模型，对该区2008—2009年地下水动态进行了数值模拟，并对2017年的地下水动态变化趋势进行了预测，为该区及其他类似地区的地下水资源可持续利用提供科学依据。

1 地下水模型的建立

1.1 水文地质概念模型

根据研究区水文气象、水文地质条件的分析结果，结合该区地下水开采现状，并参照潜水含水层的渗透性能、地下水的动态特征等，对实际的水文地质条件进行概化，建立水文地质概念模型。模拟区的北部为丘陵山区，地势较高，定为补给边界；东、西部有河流深切沟谷，南部为低阶河流阶地，定为排泄边界，均为二类定流量边界。潜水面为上部边界，基岩为底部边界。

1.2 数学模型

实际地下水流概化的数学模型用下式表述：式中：Kx、Ky、Kz为渗透系数；h为水头；ε为源汇项；μ为给水度；h0为初始水头；Γ0为边界；Γ1为第二类边界；Kn为法向渗透系数；Ω为研究区范围；p为入渗和蒸发；n→为外法线。

1.3 数值模型结构及其识别与检验

1）数值模型结构。根据研究区水文地质概念模型和数学模型，采用FEFLOW构建数值模型并进行求解。研究区东、南、西、北各边界分别长约45 km、85 km、20 km和60 km。计算前先对研究区进行网格剖分，共剖分6 686个节点，总网格共4 359个（图1）。根据地下水的长期观测资料，选取2008年1月～2009年12月的水位资料，时间步长定为1个月。采用2008年1月的地下水位统一观测资料，利用Kriking插值法获得初始水位等值线。

图1研究区三角有限元网格剖分图

2）模型的识别与检验。采用试估—校正法对数值模型进行识别与检验，将参数的估计值等输入软件中，根据模拟计算的水位值与实际观测值进行对比，若误差不能满足模拟的精度要求，则对输入的参数进行反复调整，直到结果符合精度要求。根据研究区内的水位观测的位置，本次选取027-1#、061-1#、069-2#、408#等4个观测井的地下水位观测值与模拟值进行对比 （图2），分别计算各观测点的模拟水位与实测水位之间的误差，均满足要求，拟合结果较好。

图2观测孔地下水位的拟合曲线

3）识别检验后的水文地质参数。通过对研究区实测水位与模拟水位的拟合，识别和检验了数值模型，反复调节水文地质参数和边界条件，最终确定了水文地质参数，如表1所示。

表1 研究区识别检验后的水文地质参数

2 地下水动态模拟结果及分析

本次根据研究区的实际情况和规划，假设不同开采方案下参数代入到地下水数值模型中，对开采后的潜水含水层地下水水位的变化情况进行模拟，并对研究区2017年的地下水位变化进行了分析预测。方案1：地下水开采量逐年增加，预计2017年地下水开采量为2 470万m3，新增开采量为520万m3；方案2：灌溉面积保持2009年的面积，增加节水灌溉等技术，预计2017年农业灌溉用水量为4 700万m3，节水量为558万m3。结果表明：不同开采方案下地下水位在同一年内呈现先下降再回升后整体下降趋势，地下水的上升比每年集中降雨的时间稍微滞后，两者差别不大；地下水位在不同年份也呈现下降的趋势；区别在于不同的开采方案，地下水位变化幅度不同，方案1的模拟期末地下水位的平均埋深为29.70 m，地下水位降幅为2.05 m；方案2的模拟期末地下水位的平均埋深为26.40 m，地下水位降幅为1.35 m。

[1] 韩鹏,孔桂芹.山东省枣庄市农业节水灌溉发展模式及建议[J].水利发展研究,2013,(5)：85-87.

[2] 李振,刘罡,李萌.枣庄市水资源可持续开发利用研究[J].治淮,2009(6)：13-14.

[3] 曹广祝,强毅,李峰,等.李官堡水源地地下水流场数值模拟及预测[J].中国水能及电气化,2011,79(8)：7-13.

（责任编辑崔春梅）

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2016-11-17

李晓娟（1974—），女，工程师