基于GMS的靖边县古山坑地下水源利用量研究

刘纪渊，刘丽萍

(西安工业大学建筑工程学院，陕西西安710032)

近几年，经济建设加快，工业生产规模扩大，区域内水资源需求增加，而人们对环境保护，水资源合理化利用的意识不强，导致了一系列环境问题，如河流断流、湖泊干涸、地下水位持续下降等。20世纪60年代中期以来，随着快速大容量计算机的出现和应用，地下水资源分析评价中数值计算方法得到逐步推广，具有明显的通用性和适用性，尤其近十几年，地下水数值模拟取得了长足进步[1]计算机技术的发展带动了数值模拟软件的发展，目前GMS、MODFLOW、FEFLOW、Visual MODFLOW等模拟软件应用越来越广泛[2]GMS是由美国军队排水工程工作站和美国Brigham Young大学的环境模型研究实验室开发的一个用于地下水模拟的图形界面软件[3]，它可以提供多种地下水数值模型的方法，并具有能准确的显示地层的空间结构等优点。因此，通过GMS软件对当地地下水资源开采进行模拟，对地下水合理开发和生态环境保护具有重要的现实意义。

1 基本概况

研究区炼油厂厂区一带黄土层富水性较差，地下水主要赋存在下部白垩系下统洛河砂岩中，地下水类型为白垩系洛河砂岩孔隙—裂隙承压水;厂区北部的平原区，赋存第四系孔隙潜水和洛河砂岩孔隙—裂隙承压水

根据本次实地调绘、结合《靖边县水资源调查评价报告》，厂区附近白垩系碎屑岩类孔隙—裂隙承压水的单井出水量500～1 000m3/d，属水量较丰富区，水质符合一般工业用水;县城及北部一带上部为第四系松散岩类孔隙潜水，水量较丰富区分布于双伙场—关路畔—芦河酒厂线以北，以南为水量中等区，下部为白垩系碎屑岩类孔隙—裂隙潜水和承压水，单井出水量＞1 000m3/d，属水量丰富区，除县城一带水质较差，北部其他地区均为好的工业用水和生活饮用水。

2 模型建立

2.1 水文地质概念模型

研究区的边界条件，因第四系潜水含水层与白垩系承压水含水层可视为无限含水层，所以将补给边界定为南边界和西边界，排泄边界定为北边界和东边界;本次模拟，因含水层的南边界径流补给量稳定，可视为定流量边界，而径流补给量较小西边界计算时以零流量边界处理，东边界和北边界则处理为变流量边界。区域内芦河在计算时分为上下两段，上段补给，但河水下渗补给很小所以忽略，下段则为排泄，为了模拟地下水的泄出量将其设置为排水沟。

2.2 地下水数值模拟

1)网格划分。利用GMS的3D GRID模块，实现网格剖分。计算区为包含整个研究区的长方形区域，剖分网格总数7904，其中有效计算网格5999。

2)网格高程插值。将所建模型运行后，通过统一坐标系，各层顶底板高程以x、y、z显示，然后输入到2D scatter points模块中，再内插到MODFLOW Layers中。插值过程中如果出现错误或者不合理的地方，可以运行Model Checker命令改正。研究区含水层顶底板标高。

3)初始流场。根据《靖边县西部地区1:5万供水水文地质详查》报告，得到计算区现状条件下的潜水与承压水等水位(头)线图。在此基础上，依据天然补排关系和补排量(不含现状开采量)，得到了天然状态下的地下水流场，天然状态吓得地下水流场可作为初始流场进行开采降深场的预测。主要供水目的层的地下水天然状态下初始流场。

2.3 模型的校验与识别

为检验所建立的数学模型和模型参数的可靠性，根据野外数据试验所获得的数据，选择2012年9月18日到9月30日作为检验时段，3天为一个步长。

通过把各项原始数据输入模型，计算出水头值并和实际观测值进行对比，发现拟合结果良好，误差在合理的范围内，所以该模型可以用于预报。拟合过程线图。验证后的参数见表1，表2。

表1 计算区水文地质参数分区与参数值表

表2 计算区大气降水入渗系数分区与参数值表

2.4 不同开采方案的水位预测

以炼油厂原油常压加工项目取用水量:0.84×104m3/d(即306.6×104m3/a)为保证，根据《靖边县水资源评价与规划报告》可知近远期规划研究区内农灌开采量不增加，现状开采量保持不变，从而设计以下开采方案表3。

古山坑水源炼油厂生产区现状开采井有14眼，全部开采洛河组承压水，井深均为300m，井间距为300～500m，单井出水量为900～1 200m3/d;

1)方案一地下水位预测计算。在现状开采的基础上，按照0.84×104m3/d(即306.6×104m3/a)进行开采，时长30年。该开采方案下地下水位(头)历时变化以及末流场与降深场的空间变化详。

表3 炼油厂水源地开采方案设计表

2)方案二地下水位预测计算。在现状开采的基础上，按照1.37×104m3/d(即500.05×104m3/a)进行开采，时长30年。该开采方案下地下水位(头)历时变化以及末流场与降深场的空间变化。

3)方案三地下水位预测计算。在现状开采的基础上，按照1.92×104m3/d(即700.8×104m3/a)进行开采，时长30年。该开采方案下地下水位(头)历时变化以及末流场与降深场的空间变化。

地下水流场与降深场:由以上结果可知，水源地开采30年末地下水径流方向依然由南西向北东方向径流，并无明显变化，而地下水水位(头)的降落扩大到边界附近，且随着开采量的增大，地下水水位(头)降落也在增大，水源地开采区内的降幅增大，其他区域的下降幅度的差异不大，趋近等幅下降。水源地还形成了以炼油厂开采区为中心的椭圆形封闭降落漏斗。

3 结语

(1)研究区补给主要依靠自然降水，现状年天然状态下，地下水总补给量为2.47×104m3/d，总排泄量为2.06×104m3/d，地下水处于正均衡状态;开采状态的地下水总补给量为2.47×104m3/d，地下水现状则处于负均衡状态，均衡差为－0.41×104m3/d，随着研究区内工业化生产规模的扩大，水资源呈负均衡状态，地下水位持续下降，如果过量开采必将引起生态环境破环等一系列问题。

(2)研究区区今后的发展应调整产业结构，发展低耗水工业和农业。同时加速污水资源化步伐，提高全民保护地下水资源的意识，走可持续发展道路。

[1]郝治福，康绍忠.地下水系统数值模拟的研究现状和发展趋势[J].水利水电科技进展，2006(01):77—81.

[2]丁继红，周德亮.国外地下水模拟软件的发展现状与趋势[J].勘察科学技术，2002(01):37－42.

[3]祝晓彬.地下水模拟系统(GMS)软件[J].水文地质工程地质，2003(05):53－55.

[4]毛旭阁.靖边北部风沙滩地区地下水开发及其环境效应分析[D〛.陕西:西北大学2008.