稳定流河间地块地下水资源评价

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　　摘要：根据河间地块研究区的模型，运用PMWIN和Modflow软件进行该区的地下水资源均衡分析，并建立合理的开采方案，确定可开采量。
　　关键词：河间地块均衡分析
　　中图分类号：F470.1 文献标识码：A 文章编号：
　　水文地质条件简要分析
　　研究区为河间地块，全区总长度和宽度都为2000m，并且为稳定流。左右两边的河流和渠道都为定水头边界，右边水头值为53m，左边水头值为52m，南北两侧边界均为隔水边界。根据该地区上下岩层渗透性的差异，可将本区分为上下两部分，上部为潜水含水层，下部为承压含水层，并且两个含水层之间水力联系密切。
　　 本区主要的补给项是大气降水的入渗补给，降水量为445mm/a，入渗系数为0.35，因此，大气降水的入渗补给量为0.00043m/d。而且地下水与河间地块两侧河流和渠道具有密切的水力联系，天然条件下，地下水向两侧地表水排泄；在开采条件下，随着开采量的变化，其补排关系会发生很大的变化。
　　水文地质概念模型
　　水文地质概念模型的边界，左右两边的河流和渠道都为定水头边界，南北两侧边界均为隔水边界。
　　水文地质概念模型的空间结构，根据该地区上下岩层渗透性的差异，将本区分为上下两部分，上部为潜水含水层，下部为承压含水层。由下表可知含水层的空间结构。
　　
　　
　　水文地质概念模型中地下水的流动特征，地下水与河间地块两侧河流和渠道具有密切的水力联系，天然条件下，地下水向两侧地表水排泄；开采条件下，地下水的流动特征会发生变化。
　　地下水流数值模型的建立
　　数学模型:由控制方程和边界条件组成。
　　
　　—降水入渗补给量 T1—左边界 T2—右边界
　　（2）进行软件的选取，利用PMWIN软件进行稳定流条件下河间地块地下水资源评价工作。PMWIN是美国地址调查局开发的用于模拟和预报地下水系统的一个应用软件，它是一个以Modflow为核心的可以用来处理三维模型的软件。其数值方法采用的是有限差分法。他可以模拟井、河流、排水、水头边界、补给和政法。也可以用来模拟和示踪污染分布的范围等。
　　（3）然后进行网格剖分，将单元剖分成20行，20列，共两层。网格大小为100*100m。模型区域的总长度和宽度定为2000m。应力期的长度为365d。
　　（4）网格剖分工作结束后，进行各项参数的赋值。
　　天然条件下地下水资源评价
　　天然条件，全区全部的补给量来自于大气降水的入渗补给。
　　天然条件下地下水均衡表
　　
　　
　　由上面表中数据可以看出，两层的补给项和排泄项，及两层之间的补排关系。上下两层主要是通过越流进行水量交换的，越流量主要来自于大气降水的入渗补给。地下水向两侧河渠排泄量主要来自于降雨入渗补给量。
　　
　　
　　图一天然条件下第一层等水位线图
　　
　　由上面两张图可以看出，地下水流场在第16竖行处存在分水岭，分水岭处水位大致为53.11m。再根据上面的均衡表格可知，天然条件下，地下水的补给资源量全部来自于大气降水的入渗补给，排泄量主要是向两侧河流和渠道排泄，所以，初步判断可开采量在1400m³/d。
　　
　　
　　图二天然条件下第二层等水位线图
　　不同开采条件下地下水可开采量评价
　　开采井方案一：
　　（1）开采井的确定原则：
　　考虑采用单层抽水的方式，减少成本，对开采的效果影响不是很大。由于上层的含水层厚度较小，因此这次决定采用下层抽水的方式，抽水量为1000 m³/d。充分利用了降水入渗量，维持下部地下水环境的均衡。
　　（2）方案设计：
　　在坐标（8，10）处设置一口开采井，进行单层开采，开采第二层的抽水量为1000 m³/d。
　　（3）地下水均衡分析：
　　第一开采方案条件下地下水均衡情况
　　
　　
　　开采一情况下，由于抽水井的存在，袭夺了一部分河水的水量，同时也向河渠中排泄了一部分水量，排泄量大于袭夺量。说明井的开采量主要来自于大气降水的入渗补给量。
　　另外，由于开采层位位于第二层，因此上下两层之间有明显的越流交换量，上层对下层有大量的补给，所以下层抽水量的来源主要是通过与上层的交换获得的，来自于大气降水的入渗补给量，进而为抽水量提供来源。
　　③开采量组成分析:
　　与天然条件下的均衡进行对比，如下表：
　　
　　
　　从上面的与天然条件下对比的表可以看出，在开采条件下补给项增加了侧向补给量，排泄项增加了井开采量。天然条件下，降水入渗补给量基本都通过侧向排出了；而在开采一条件下，开采量主要来自于大气降水的入渗补给量，说明由于开采井的存在，减少了大气降水入渗补给量向两侧河渠的排泄。
　　④可开采量评价:
　　由上面的分析可以知道，总的补给量大致为1.4322632E+03，而目前地下水的开采量为1.0000000E+03，仍有一部分的补给量通过侧向流出了，说明此时的开采量是合理的，还可以适当的增加开采量，在增大开采量的同时还要考虑降落漏斗的大小，不能低至承压含水层，降落漏斗过低时，应考虑降低开采量。还要考虑两侧河渠的季节性水量变化和河流水质的特点。
　　因此我认为可开采量应该维持在1400 m³/d左右，若外界环境因素较好，则可以考虑适当增加开采量，以便利用河水水量。从可持续发展的角度，应以利用降水入渗量为原则进行开采。
　　开采井方案二：
　　（1）开采井的确定原则：
　　 由于前一个方案是靠近同一侧进行抽水的，所以下面的方案考虑在河渠两侧同时抽水，以便能充分袭夺两侧河渠的水量。这样，既可以利用大气降水的入渗补给，还能利用两侧河渠的水，提高抽水量。由于水源地需要扩大开采，所以要设置比较大的水流量。该方案设计的抽水量为1600 m³/d，左右两口井，分别抽800 m³/d，抽水量比较大。
　　假设河渠的水量比较稳定，水质较好，可以长期利用。所以设计的抽水量略大于降水入渗补给量。
　　（2）方案设计：
　　在坐标（6，10）和（14,10）处分别设置一口开采井，进行单层开采，左边第二层的抽水量为800 m³/d，右边第二层的抽水量也为800 m³/d，两井间距离为700m。
　　（3）地下水均衡分析：
　　第二开采方案条件下地下水均衡情况
　　
　　
　　开采二情况下，由于抽水井的存在，袭夺了一部分河水和渠水的水量，同时也向河渠中排泄了一部分水量。说明井的开采量主要来自于大气降水的入渗补给量和河渠的补给量，但是大部分来自于降水入渗。
　　 另外，由于开采层位位于第二层，而且有两口开采井，因此上下两层之间有明显的越流交换量，上层对下层有大量的补给，所以下层抽水量的来源主要是通过与上层的交换获得的，来自于大气降水的入渗补给量，进而为抽水量提供来源。
　　（4）开采量组成分析:
　　与天然条件下的均衡进行对比，如下表：
　　
　　
　　从上面的与天然条件下对比的表可以看出，在开采条件下补给项增加了侧向补给量，排泄项增加了井开采量。天然条件下，降水入渗补给量基本都通过侧向排出到了河流和渠；而在开采二条件下，开采量主要来自于大气降水的入渗补给量和部分的侧向补给量，说明由于开采井的存在，很好的激发了两侧河渠的补给。
　　（5）可开采量评价:
　　由上面的分析可以知道，仍有一部分的补给量通过侧向流出了，说明此时的开采量是合理的，还可以适当的增加开采量。还要考虑两侧河渠的季节性水量变化，在河流和河渠水流量稳定的情况下，可以使用该种方案，不足之处就是造成的漏斗面积较大。在枯水季节，降雨量减少，河渠水量减少的时候，该方案不能实施。可开采量组成为补给增量和天然排泄减量组成，因此我认为在1400 m³/d。
　　六、综合评价上述开采方案，确定合理的地下水开采方案和可开采量
　　从上面的方案设计和分析中，可以了解到两种方案的地下水流场特点、均衡状况等。
　　开采方案一和开采方案二的区别较大，方案一的开采量是1000 m³/d，方案二的总的开采量为1600 m³/d，开采量相差较大。两种方案的降深都较小，水位较高，但是方案二漏斗的面积较大，更多的激发了两侧河流的侧向补给和上部含水层的补给，不利于长远的发展。
　　从方案的合理性角度出发，方案一比较合理，抽水量没有超过大气降水的入渗补给量。在外部条件比较理想的情况下，方案二也能很好的利用地下水资源，获得更大的可开采量，设计的开采量为1600 m³/d，若两侧的河渠水位稳定，不会出现很大的丰枯季节性变化，可适当的增大开采量，更好的利用傍河这一特征，另外还要考虑降水的影响，降水出现季节性或年季性变化，则要考虑调整抽水量，枯水年适当降低抽水量，丰水年适当提高抽水量，更好的利用大气降水这一补给资源。但是方案二中由于要打两口井，因此需要的资金较多。
　　若外部条件不太稳定，河流和河渠的流量不定，降水量变化很大，则方案一更合理一些，因为不仅节省资金，并且漏斗的面积相对较小，对地下水的流场影响更小一些，是比较保守的做法。设计中采用的抽水量为1000 m³/d，在降水稳定，河渠水量稳定情况下，保证降落漏斗不达到承压含水层，还可以适当的增加。
　　综上，可开采量组成为补给增量和天然排泄减量组成，我认为在外部环境条件接近设计的区域条件时，可开采资源量可以达到1400 m³/d，还可做适当的增加。但若遇到外部条件不稳定的情况，还应适当的进行减少。
　　参考文献：
　　[1]尹承怀等.《地下水资源管理》.北京市,中国水利水电出版社.2001年
　　[2]李霄,都基众,崔健,柴璐,杨泽,马宏伟.浑河冲洪积扇浅层地下水资源评价与可开采潜力分析.中国农村水利水电.2012年，第12期，49-54，58

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