GWMS在地下水系统数值模拟中的应用_以秦王川盆地南部灌区为例

GWMS在地下水系统数值模拟中的应用_以秦王川盆地南部灌区为例 2012-07-19################2012-07-19###2#0#1#2#-#07-19######## GWMS在地下水系统数值模拟中的应用 以秦王川盆地南部灌区为例— 123周秀霞 , 朱 锋 , 薛景伟 ( 1.丽水市水利发展有限公司, 浙江 丽水 323000; 2.兰州大学 资源环境学院, 甘肃 兰州 730000; 3.山东高速股 份 平阴黄河大桥管理处, 山东 平阴 252218) 摘要: 通过对研究区地质及水文地质条件的分析, 在建立概念模型的基础上, 利用 GWMS 地下水系统数值模拟软件可 视化特征和功能强大的数值算法, 对秦王川盆地南部灌区地下水系统水资源进行了模拟和。研究结果表明: 研究 ,地下水位呈现上升趋势, 在达到设计水平年( 2010 年) 条件后, 5 a 内地下水位将 区内随着灌溉配套工程的逐步实施 平均上升 1.0 m 左右, 局部可达 1.5 m, 盐渍化范围将进一步扩大。 关键词: 秦王川盆地; 地下水系统; 非稳定流; GWMS +中图分类号: TP399:TV211.12 文献标识码: B 秦王川盆地是引大入秦工程的主要灌区之一, 灌区内灌 有统一水力联系的双层或多层结构的潜水- 承压含水层。由 于沉积环境的变化交替, 黏性土的分布在水平方向上都有较 溉面积逐年增加,相应灌溉引水量也在不断增加,经济效益和 ,隔水层呈断续状或透镜体分布,很难在区域内找到 社会效益也日益明显。但是由于灌溉回归水不断地入渗补给 大的变化 ,再加上地下水在自北向南渗流的过程中,局部受到基 , 故承压水和潜水在区域上有不 一层分布比较稳定的隔水层地下水 ,地下水排泄不畅,使得灌区内局部区 ,构成了统一的含水层系统,可视为统一的 底隆起与黏土层的阻隔可分割的水力联系 ,并在局部出现了沼泽和湿地,严 域地下水位呈显著上升趋势多层介质的潜水含水系统。本次研究将研究区概化成非均质 重影响了灌区农作物的生长和灌区工程效益的正常发挥。实,本 各向同性二维非稳定流潜水含水层。根据已有的观测资料 联 系 的 不 次模拟将研究区划分为一个既独立而与外界又有2完整的水文地质单元地下水系统,评价总面积约 28.0 km。 践证明, 利用 GWMS 建立的研究区地下水资源评价系统, 对 研究区北部边界根据区内已有的研究资料, 选择在具有 灌区内农作物灌溉的制订及灌溉渠系的规划、布设起到地下水动态观测孔的 1- 1 地质剖面作为模型的北边界条件。 了指导性的作用和依据。 , 该边界 北部灌区所形成的地下潜流通过该断面进入模拟区 研究区概况1 确定为给定流量边界的二类边界。东、西两侧为盆地周边的 秦王川盆地位于兰州市西北部, 行政上主要隶属于永登 ,为隔水边界,确定为零通量边界,内部边界以基岩隆 低山丘陵县和皋兰县,地理坐标为东经 103?30′,103?45′, 北纬 36?20′, ,从多年的观 起区为隔水边界。南部边界为地下水的排泄通道 测资料来看, 水位动态变化很小,因此可以概划为第一类边界 36?50′。研究区内气候干燥,降雨量稀少,蒸发强烈,多年平均 降雨量为 265 mm, 多年平均蒸发量为 1879.0 mm, 属 典 型 干 ( 图 1) 。研究区顶边界潜水面,接受大气降水、田间灌溉回归 水、潜水蒸发等。底边界为基岩面,根据 1987 年甘肃省水利水 旱大陆性气候。从地形地貌上看属于乌鞘岭褶皱山岭南侧的 电勘测设计研究院第一分院完成的《甘肃省引大入秦工程电 边缘低山区,其东、西、南三面被低缓的黄土丘陵所环抱,相对 干渠工程地质勘察》中基岩等值线图确定。 出 盆 地 40.0,60.0 m, 自 北 向 南 倾 斜, 地 面 总 体 坡 降 1/80, 高3 数学模型 1/100。盆地内主要为冲洪积平原所占据。盆地南部( 西槽- 陈 根据上述分析,对研究区建立的概念模型,可用如下数学 ) 为该区域的主体地层,为第四 家梁子一线以南的盆地汇水区: 模型描述地下水流的运动系松散堆积层, 根据岩性结构特征及相对关系和所处的地貌 ,主要为上更新统冲洪积砂砾石层和全新统冲洪积物。 部位划分 2 水文地质条件及概念模型 研究区内的主体地层为第四系上 更 新 统 冲 洪 积 砂 砾 石 , 构成了研究区内主要的含 层和全新统冲洪积物松散堆积层 ,含水层为砂 水层。研究区内广泛分布第四系松散层孔隙潜水 碎石及中细砂层。由于受地质构造、地形地貌和沉积条件的 制约,自北而南沉积物颗粒渐细,地下水位埋深逐渐变浅,富水 2012-07-19################2012-07-19###2#0#1#2#-#07-19########性渐弱,含水层由北部单一的潜水含水层,向南逐渐过渡为具 二类边界ZK0206 ZK0208 ZK0209 ZK0210 ZK0207 MJ18 ZK0211 MJ19 ZK0212 MJ17 ZK0214 ZK0213 J8 隔MJ26 水 边 ZK0215 ZK0217 隔界 水 隔ZK0218 MJ23 ZK0219 水边 边 界界 ZK0224 ZK0220 ZK0205 ZK0216 一类 边界 研究区内观测井位置分布研究区边界条件与有限元网格剖分图 2 图 1 式中: H; —水头—1896.3 H—水头初始值; —01896.2 H——第一类边界上的水头; B—11896.1 —潜水含水层隔水底板高程; K— 1896.0 ; —渗透系数 1895.9 /mD——研究区域; 1895.8 水位——给水度;μ1895.7 Γ—研究区第一类边界; —1观测值 1895.6 计算值 1895.5 Γ—研究区第二类边界; —2 1895.4 q—边界上单宽流量; — 1895.3 δ—各补给、排泄项综合强度。—1895.2 4 模型的求解及识别 50 40 0 10 20 30 60 70 80 90 根据研究区的实际情况, 本次模拟在垂向上把研究区剖 t/d 分成 1 层, 平面上离散为由 401 个节点构成的 771 个三角形 ( 1) ZK0207 观测井 有限单元网格( 图 1) , 模型的求解采用由 GWMS 提供的牛顿 ( 渗透系数和重力给 迭代求解。含水层各个单元的参数初值 1897.0 水度) 均按抽水试验及前人资料给出初始值, 然后经模型计 ,最终确定。降雨入渗、灌溉回归、蒸发系数等 算、调试、验证后 1896.8 ,再分配到相应的含水 依据该区的试验资料、灌溉制度叠加后 1896.6 ,其流量值 层单元或节点上。二类边界节点作为汇源项来处理 /m , 借助达西定律来确定, 一类边界节 根据断面水文地质条件1896.4 水 位点根据多年的水位观测赋值为 1849.5 m。 1896.2 观测值 研究区内有长观资料的起止时间是 2003 年 12 月,2005 计算值 1896.0 年 3 月, 根据秦王川灌区农作物需水特点及灌溉制度, 选取 2004 年 11 月 30 日至 2005 年 2 月 28 日作为模型的识别时 1895.8 段。初始水位值利用研究区内布设的 24 眼观测井( 图 2) 同时 1895.6,形成初始流场。 刻的水位观测值50 40 10 20 30 60 70 80 90 0 经过多次运行模拟、调参、优选,最终使得各观测井水位 t/d 值与实测值达到最佳拟合状态。图 3、图 4 分别给出了观测井 ( 2) ZK0209 观测井 ,地下水水 的水位动态拟合曲线和拟合流场图。从总体上来看 , 观测井 位动态变化趋势及流场趋势基本一致。经统计分析 模型识别期观测井水位动态拟合曲线图 3 的变化趋势和与实测的拟和程度来看, 本次建立的模型基本 达到了对含水层系统的仿真,可以用来对地下水位的预报。识 告》到达设计水平年 2010 年,秦王川设计灌溉面积将达 47.4 33万亩,灌溉用水量 11 138.97 万 m。毛灌溉定额 392.00 m/亩, 3净灌溉定额 261.76 m/亩,渠系利用系数为 0.7,田间水利用系 数 0.8,灌溉水利用系数 0.6。研究区内,渠道的入渗、降水的入 , 可以近似视为定值, 采用模 渗、潜水的蒸发年际间变化不大 型识别后的数值。变化的是通过北部边界进入研究区的潜流 ,根据历年的观测资料预测到达设计水平年,从北部灌区通 量3过北部二类边界进入研究区的潜流量将达 998.64 万 m/a。把 制 度 以 汇 该水量根据研究区水文地质断面实际情况和灌溉 ,带入模型。利用识 项的形式分配到二类边界流量边界节点上 条 件 下 的 别后的模型对研究区地下水位在达到设计水平年 ( 图 6、7) 。 地下水流场进行了预测 实测等值线 插值等值线 模型识别期流场拟合图 4 1877 图 6 2010 年 3 月流场预测 分区区号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 识别后水文地质参数分区图 5 识别后的水文地质参数表 1 - 1- 1 分区号分区号 μμK/m?s K/m?s - 5- 55.8×10 7.8×10 1 0.08 2 0.09 - 4- 41.2×10 1.1×10 3 0.06 4 0.15 - 4- 41.1×10 1.6×10 5 0.09 6 0.16 - 4- 41.8×10 2.1×10 7 0.14 8 0.14 - 4- 42.1×10 2.2×10 9 0.22 10 0.20 - 4- 43.1×10 3.1×10 - 4- 411 0.21 12 0.22 3.2×10 3.4×10 - 44.0×10 13 0.25 14 0.25 15 图 7 2010 年 12 月流场预测 模型的应用结论5 6 2 因对工程量度量方法的不同而造成分歧。各工程 度 量 法 大例 如 , 大 理 石 100 m, 指 定 单 价 人 民 币 300 元 , 最 后 定 2致一致, 但针对每个工程的 特点和特别的要求, 也可以添加 案是人民币 250 元, 工程变更价是 100m×( 人民币 250 元- 特别条款。人民币 300 元) =人 民 币- 5 000 元 。 最 终 结 算 将 会 是 工 程 ( 2) 开办费用作为一个参与竞争的项目, 考虑得比较周 价节省人民币 5 000 元。 , 又能使工程中少起纠纷。例 全。既方便了工程实施和结算 如图纸未完备, 则需要在工程量清单内开列暂 定 工 程如, 其中承包商员工的工资指的是承包商投标和管理该工程 量, 但其数量不应太少或太多。如 数量太少, 则其单价对标 的工资, 但工程施工实施过程中每个分部分项工程项目的现 3 , 暂定混凝土工程量只有 1 m时, 而 价完全没有影响。例如, 如 场管理费在单价中开支。承包商为工程所做的首尾工作投标单位填写 10 倍于正常单价, 则如在议标期间没 有 察 觉 工地临时供电及照明、工地临时供水、工地临时通道、清理工 3 此项单价不合理, 当实际数量 是 100 m时, 根据合同 单 价 , , 在开办费用中, 都提供报价的平台, 地积水、清除工地垃圾业主将被迫以 10 倍正常的混凝土单价支付给承包商。反过 并参与竞争。而在《计价》中这些价格以一费率的形式给 来说, 如果暂定数量太多, 而实际数量比原来数量 大 大 偏 出, 即为变数, 以后容易发生纠纷。 低, 则承包商有可能根据合同文件要求调整单价。 ( 3) 单价说明中, 明确了人工及一切有 关 的 费 用 , 材 料 ( 6) 价格总计 及一切有关的费用, 征收费及一切政府部门规定的有关费用 此部分将各章节的合价汇总后列出工程总价。 全部含在单价中。这就将完成单位分部分项项目所需的一切 费用完全地综合, 不留活口。《计价规范》中的单价, 是综合单 价, 不是完全单价。不完全单价并不完全表示主要工序和辅 样本, 挖土项目( ) 分部分项助工序及相关费用的全部组价。例如 中包括支撑费( 应属费) , 而混凝土项目中的模板反而列 人民币( $) 入措施费, 且部分措施项目又不是计量结算而是按清单费的 第一章开办项目1 SR/1/ 百分比计算, 那么它就 成了一个变数, 分部分项计量的工程 单价说明 第二章 2 - - 量发生变化时, 该费用也发生变化, 但其费用与分 部分项并 土方工程 第三章 3 SR/3/ 不一定同步, 这就给工程竣工结算带来诸多不同 意 见 的 争 混凝土工程 , 会给 议。国际工程量清单招标方式为完全单价的计价方式第四章 SR/4/ 4 砌砖工程 , 并与国际接轨。 工程招标、实施、结算带来方便第五章 SR/5/ 2 ( 4) 工程量部分, 要求对工程项目详细描述。描述得越 木作工程 第六章 SR/6/ 3 详细, 越有利于合同的管理。这点《计价规范》中也在项目特 钢铁及金属工程 第七章 SR/7/ 4 , 请对照图纸, 将项目特征尽量 扩 征提供了平台。在操作时抹灰及装饰工程 充, 使之更翔实。认为需要说明而《计价规范》中项目特征没 第八章 SR/8/ 2 油漆工程 有述及的部分, 可以扩充为“其它”项。 第九章 SR/9/ 3 暂定金额 ( 5) 要特别注意的是较为全面的指定金额的列项, 为工 第十章 SR/10/ 4 , 还 程分包的管理提供了方便。不但列明了指定金额的数量SR/11/ 4 第十一章 日工价格, 从而增强了分包的透明度, 方 有总承包商的照管费和利润 , 包括协调招 综合总计( 转至议标书) 便分包的管理。《计价规范》中的总承包服务费 , 也就是说分包项目的 标人工程分包和材料采购所需的费用 , 使得业主不清楚承包商将哪 部分和金额是没有单独列出的 结语4 些部分分包出去, 有没有低价转包。 从香港地区工程量清单的组成, 可以看出 其 成 熟 性 、先 进性和可操作性。我国正式加入 WTO 以后, 建设市场逐渐 开放, 建设工程计价及招投标必将普及国际通用的 工 程 量 : 清单计价方法。作者认为可以得到以下几点借鉴 ( 1) 建 筑 工 程/机 械 及 电 气 设 备 标 准 量 度 法 翔 实 而 具 体, 为统一工程中工程量的度量提供 了依据, 防止甲乙双方 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 参考文献: ( 上接第 107 页) 设计水平年 2010 年灌区内的地下水位呈上 升趋势。5 a 平均上升 1.0 m 左右,最大处可上升 1.5 m。从预 薛禹群, 吴吉春.面临 21 世纪的中国地下水模拟问题[ J] .水文地 [ 1] 测期内预测流场的变化趋势和变化程度 来 看, 流 场 基 本 趋 于 质工程地质, 1999, ( 5) : 1- 3. 吴剑峰, 朱学愚.由 MODFLOW 浅谈地下水数值模拟软件的发展 稳定, 即 2010 年后在规划条件下水位变动不大基本保持在 [ 2] 趋势[ J] .工程勘察, 2002, ( 2) : 12- 15. 2010 年末的水平。水位的持续上升将加剧灌区局部土壤盐 化 的 程 度 和 范 围, 并 有 部 分 区 域 出 现 地 下 水 溢 出 带, 尚 需 渍 .秦王川盆地南部地下水流场数值模拟 [ J] .兰州 魏国孝, 王刚[ 3] ,可以对灌 要做进一步的研究。通过建立的地下水动态模型大学学报( 自然科学版) , 2006, ( 6) : 16- 20. ,为灌区地下水资源的调 区的地下水位进行实时观测与预报薛禹群.地下水动力学原理[ M] .北京: 地质出版社, 1986. [ 4] 控与优化提供管理服务。杨悦所, 林学钰.适用地下水管理模型[ M] .长春: 东北师范大学 [ 5] 出版社, 1992. Your requestcould not be processed becauseof a configurationerror: "Could not connect to LDAPserver." For assistance,contact your network support team. file:///C|/Users/Administrator/Desktop/新建文本文档.txt 涵盖各行业最丰富完备的资料文献,最前瞻权威的行业动态,是专业人士的不二选择。 file:///C|/Users/Administrator/Desktop/新建文本文档.txt2012/8/26 12:19:58