Modflow 在長治盆地淺層地下水資源評價中的應用

摘 要：隨著城市建設和農業發展，供水需求量越來越大，長期以來由于對地下水的科學開發缺乏統一規劃和管理造成開采地下水布局不合理，由此引發的以采煤為中心的孔隙含水層被疏干，水井枯竭、水質變差等多種水環境問題。通過收集長治盆地多年地下水的水位觀測資料，水文地質資料等，運用modflow、sufer等軟件對盆地內的淺層地下水模擬研究，為盆地今后更合理的開發地下水提供了依據。

關鍵詞：Modflow；長治盆地；淺層地下水；水資源評價

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.254

1 前言

長治盆地在長期的工業、農業、采礦等的不合理的開發地下水，引起了地面沉降、水資源枯竭、水質污染等問題。以往對長治盆地做過地下水資源的評價工作，但是在評價方面局限于在現有料的統計分析上。本次采用最為廣泛的地下水數值模擬軟件modflow對潛水進行模擬，[1]為今后長治盆地的合理利用地下水提供依據。

2 長治盆地淺層地下水資源開采現狀

（1）水文地質條件。長治盆地位于山西省東南部，太行山西麓，地理坐標為東經112°46′59"～113°15′40"，北緯：36°00′24"～36°18′55"之間，盆地面積1169km2，盆地第四系松散沖積物、洪積物分布廣泛，從西北到東南厚度逐漸增大，總厚度0～300m。徑流區和排泄區不明顯，以開采及潛水蒸發形式排泄，局部補給下部含水層，通過巖層中斷裂破碎帶。[2， 3]

（2）地下水開采現狀。長治盆地淺層地下水是長治市盆地區主要供水來源，開發利用程度普遍較高，現狀2010年盆地各類水井3747眼，已配套機電井3747眼，取水量為8303萬m3，其中工業865萬m3，城鎮生活426萬m3，農業灌溉5787萬m3，農村人畜1225萬m3。

3 數學模型的建立

潛水含水層在長治盆地分布較廣泛、厚度上從西北到東南逐漸變厚，淺層地下水的流向主要以水平方向運動為主，垂向上的運動相對不明顯。綜上，長治盆地淺層地下水系統可概化為非均質水平各向同性、空間三維、非穩定的地下水流系統概念模型。用如下數學模型對定解問題描述[4]：

式中：Ω?研究區域；h?水位標高；Kx、Ky、Kz?分別為x、y、z方向的滲透系數；Kn?邊界面滲透系數；S?儲水系數；ε?源匯項；h0?初始水位分布；Γ1?側向邊界；q（x，y，t）?流量。

（1）模型的離散 空間離散：長治盆地在平面上剖分120行×100列，共12000個單元，每個單元大小為500m×500m。模型概化為120行×100列×1層的矩形（圖1）。時間離散：模擬期從2011年1月至2012年12月，每月為一個應力期，總共24個應力期，時間步長為10天。

根據水文地質條件、包氣帶巖性、地下水開發利用條件，長治盆地分為4參數區如表1。

（2）定解條件 初始條件： 把2011年1月淺層含水層觀測孔的水位值作為初始值。邊界條件：長治盆地邊界處接受山前側向補給，補給的多少依據出山口的位置合理的分配到邊界上各段處；絳河、嵐水河、濁漳河南源與地下水的水利聯系較弱，處理成變流量邊界。

4 模型的求解

模型的運算結果如圖2，從圖2和圖3可以看出潛水等水位線的變化規律，自盆地的南部、東部、西部向盆地的中北部呈現下降的趨勢。

5 結論

（1）長治盆地淺層水資源量約為1.2×108m3/a，在盆地模擬中參數的識別，由于資料收集的限制以及研究區范圍內地質條件的復雜，給模型的模擬帶來一定的影響。

（2）MODFLOW在長治盆地淺層孔隙含水層的模擬應用中，對研究區的參數劃分取得了較好的反演求參作用，對劃分的四個參數區所得的參數與實際情況相符。

參考文獻：

[1]周念清，朱蓉，朱學愚.MODFLOW在宿遷市地下水資源評價中的應用[J].水文地質工程地質，2000（06）：9-13.

[2]武強，朱斌，徐華等.MODFLOW在淮北地下水數值模擬中的應用[J].遼寧工程技術大學學報，2005（04）：500-503.

[3]高慧琴，楊明明，黑亮等.MODFLOW和FEFLOW在國內地下水數值模擬中的應用[J].地下水，2012（04）：13-15.

[4]薛禹群，謝春紅，張志輝等.三維非穩定流含水層儲能的數值模擬研究[J].地質論評，1994（01）：74-81.

作者信息：張海島（1989-），在讀研究生，研究方向：地下水。