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秦王川盆地南部地下水数值模拟研究

作　者: 朱锋
导　师: 魏国孝
学　校: 兰州大学
专　业: 水文学及水资源
关键词: 有限元地下水水流模型 FEFLOW
分类号: TV211.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

干旱半干旱区域水资源开发利用引起的环境变化是一个普遍性问题,随着我国经济建设战略重点的西移,经济开发对水资源的压力将进一步加大,由此引起的环境问题将更加突出。在详细分析研究区的地质和水文地质条件的基础上,建立了研究区的水文地质概念模型和地下水流模拟模型,采用基于有限元方法的FEFLOW软件对所建立的三维地下水流方程进行求解。究成果如下:(1)研究区含水层概化为单一的潜水含水层。在参考前人研究成果的基础上,确定了各水文地质参数初值和边界条件:南部盆地最北边,控制自整个灌区北面进入工作区的来水量,断面布置与地下水位等直线基本垂直,该断面作为第一类边界处理;东、西两侧为盆地周边的低山丘陵,属隔水边界;距离南侧出口较近处为封闭的隔水边界;南侧出口有地下水的排泄通道,且地下水出露,可作为第二类边界;构成了一个即封闭,又有排泄通道的提坝式汇水盆地。(2)建立了研究区地下水水流模型,带入初值,利用2003年的地下水观测资料对水流模型进行识别,经过多次调整,确定了能反映真实水文地质参数的渗透系数和给水度等参数值,牛路槽—下牛路槽一带,透水性较强,滲透系数13.46～27m/d,西槽以北到周家梁段含水层亦属强透水层,渗透系数达25～14.4m/d,西槽—当铺一带渗透系数为10～15.78m/d,渗透性较强,而东部的陈家梁—方家坡段含水层具中等透水性,渗透系数为5.55～11.95m/d。最后利用2004年地下水位观测值对地下水流模型进行验证;经验证表面:计算值与实测值吻合较好,相关系数均在大于0.8,模型的概化符合实际。(3)结合引大入秦灌溉工程实际情况,预测研究区在达到灌溉水平年条件下,地下水水位将持续上升,到2015年,模型运行的十年后,研究区北部由于地下水补排相对通畅,在实施引水灌溉工程后,补给量大于排泄量,北部区域地下水水位将上升3～5m,中部区域受弱透水介质的阻隔,排泄不畅,地下水水位将上升5～10m,南部排泄区域为两个排水通道,主要排水沟道区域位于东部,也是地下水水位发生变化最大的区域,经过十年的积累,地下水水位将上升10～15m。在地下水水位的持续上升前提下,加之蒸发相当强烈,不可避免的会将土壤中的盐分带至地表或接近地表处,引起土壤的次生盐渍化,盐渍化范围将进一步扩大。(4)结合秦王川灌区实施引水灌溉以来的实际情况,及当前国内科学发展水平,借鉴国际国内先进科学技术,因地制宜,开展相应科学研究,弄清秦王川灌区内的水盐运动规律,结合国际国内最新治理盐渍化相关成果,在秦王川灌区开展相应试验。建立完善的灌溉系统,构建现代化排水系统,适量开采地下水,排水洗盐,利用各类现实的化学,生物、物理办法,逐步建立相应的地下水水量、水质监测系统,改良土壤环境。待国民经济水平达到一定程度后,建立成本及科技含量较高的滴灌系统,这样既可以在相对缺水的干旱区尽可能的减少水资源利用量,节约水资源,又可以为干旱区盐渍化治理及防治储备相关技术基础,对我国实施科技兴农战略具有重要现实意义。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-17
  1.1 研究背景及意义  11-12
    1.1.1 研究背景  11-12
    1.1.2 研究意义  12
  1.2 国内外研究现状  12-15
    1.2.1 国外研究现状  13-14
    1.2.2 国内研究现状  14-15
  1.3 主要研究内容和技术路线  15-17
    1.3.1 研究内容  15
    1.3.2 技术路线  15-17
第二章研究方法介绍  17-27
  2.1 数值模拟法介绍  17-18
  2.2 数值模拟的基本过程  18-19
  2.3 数值方法  19-22
    2.3.1 有限差分法  20
    2.3.2 有限单元法  20-22
  2.4 数值模拟软件介绍  22-25
    2.4.1 GMS介绍  22-23
    2.4.2 Visual MODFELOW介绍  23-24
    2.4.3 FEFLOW介绍  24-25
  2.5 数值模拟软件发展前景  25-27
第三章研究区概况  27-35
  3.1 自然环境特征  27-28
    3.1.1 地理位置  27-28
    3.1.2 气象  28
    3.1.3 水文  28
  3.2 地形地貌  28-29
    3.2.1 地形  28-29
    3.2.2 地貌特征及地貌分区  29
  3.3 秦王川盆地南部水文地质特征  29-33
    3.3.1 地形及地层岩性  29-30
    3.3.2 水文地质条件  30-31
    3.3.3 地下水的补给、径流、排泄  31-32
    3.3.4 地下水化学特征  32-33
  3.4 水利灌溉工程  33-34
  3.5 社会经济概况  34-35
第四章地下水流数值模拟模型  35-72
  4.1 水文地质概念模型  35-39
    4.1.1 模拟范围  35-38
    4.1.2 含水层结构特征  38
    4.1.3 研究区边界条件概化  38-39
  4.2 地下水系统数学模型  39-40
  4.3 地下水数值模拟模型  40-56
    4.3.1 区域剖分  41-42
    4.3.2 时间离散  42
    4.3.3 水文地质参数分区和初始值确定  42-48
    4.3.4 源汇项的计算与处理  48-56
  4.4 模型的识别与验证及均衡分析  56-65
    4.4.1 模型的识别  57-62
    4.4.2 模型的验证  62-64
    4.4.3 地下水均衡分析  64-65
  4.5 预测及对策研究  65-72
    4.5.1 模型预测  65-67
    4.5.2 盐渍化相关概念及成因分析  67
    4.5.3 研究区土壤盐渍化现状及成因  67-70
    4.5.4 改良措施  70-72
第五章结论及建议  72-74
  5.1 结论  72-73
  5.2 建议  73-74
参考文献  74-77
致谢  77

秦王川盆地南部地下水数值模拟研究

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