Modflow 在长治盆地浅层地下水资源评价中的应用

摘 要：随着城市建设和农业发展，供水需求量越来越大，长期以来由于对地下水的科学开发缺乏统一规划和管理造成开采地下水布局不合理，由此引发的以采煤为中心的孔隙含水层被疏干，水井枯竭、水质变差等多种水环境问题。通过收集长治盆地多年地下水的水位观测资料，水文地质资料等，运用modflow、sufer等软件对盆地内的浅层地下水模拟研究，为盆地今后更合理的开发地下水提供了依据。

關键词：Modflow；长治盆地；浅层地下水；水资源评价

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

1 前言

长治盆地在长期的工业、农业、采矿等的不合理的开发地下水，引起了地面沉降、水资源枯竭、水质污染等问题。以往对长治盆地做过地下水资源的评价工作，但是在评价方面局限于在现有料的统计分析上。本次采用最为广泛的地下水数值模拟软件modflow对潜水进行模拟，[1]为今后长治盆地的合理利用地下水提供依据。

2 长治盆地浅层地下水资源开采现状

（1）水文地质条件。长治盆地位于山西省东南部，太行山西麓，地理坐标为东经112°46′59"～113°15′40"，北纬：36°00′24"～36°18′55"之间，盆地面积1169km2，盆地第四系松散冲积物、洪积物分布广泛，从西北到东南厚度逐渐增大，总厚度0～300m。径流区和排泄区不明显，以开采及潜水蒸发形式排泄，局部补给下部含水层，通过岩层中断裂破碎带。[2， 3]

（2）地下水开采现状。长治盆地浅层地下水是长治市盆地区主要供水来源，开发利用程度普遍较高，现状2010年盆地各类水井3747眼，已配套机电井3747眼，取水量为8303万m3，其中工业865万m3，城镇生活426万m3，农业灌溉5787万m3，农村人畜1225万m3。

3 数学模型的建立

潜水含水层在长治盆地分布较广泛、厚度上从西北到东南逐渐变厚，浅层地下水的流向主要以水平方向运动为主，垂向上的运动相对不明显。综上，长治盆地浅层地下水系统可概化为非均质水平各向同性、空间三维、非稳定的地下水流系统概念模型。用如下数学模型对定解问题描述[4]：

式中：Ω?研究区域；h?水位标高；Kx、Ky、Kz?分别为x、y、z方向的渗透系数；Kn?边界面渗透系数；S?储水系数；ε?源汇项；h0?初始水位分布；Γ1?侧向边界；q（x，y，t）?流量。

（1）模型的离散 空间离散：长治盆地在平面上剖分120行×100列，共12000个单元，每个单元大小为500m×500m。模型概化为120行×100列×1层的矩形（图1）。时间离散：模拟期从2011年1月至2012年12月，每月为一个应力期，总共24个应力期，时间步长为10天。

根据水文地质条件、包气带岩性、地下水开发利用条件，长治盆地分为4参数区如表1。

（2）定解条件 初始条件： 把2011年1月浅层含水层观测孔的水位值作为初始值。边界条件：长治盆地边界处接受山前侧向补给，补给的多少依据出山口的位置合理的分配到边界上各段处；绛河、岚水河、浊漳河南源与地下水的水利联系较弱，处理成变流量边界。

4 模型的求解

模型的运算结果如图2，从图2和图3可以看出潜水等水位线的变化规律，自盆地的南部、东部、西部向盆地的中北部呈现下降的趋势。

5 结论

（1）长治盆地浅层水资源量约为1.2×108m3/a，在盆地模拟中参数的识别，由于资料收集的限制以及研究区范围内地质条件的复杂，给模型的模拟带来一定的影响。

（2）MODFLOW在长治盆地浅层孔隙含水层的模拟应用中，对研究区的参数划分取得了较好的反演求参作用，对划分的四个参数区所得的参数与实际情况相符。

参考文献：

[1]周念清，朱蓉，朱学愚.MODFLOW在宿迁市地下水资源评价中的应用[J].水文地质工程地质，2000（06）：9-13.

[2]武强，朱斌，徐华等.MODFLOW在淮北地下水数值模拟中的应用[J].辽宁工程技术大学学报，2005（04）：500-503.

[3]高慧琴，杨明明，黑亮等.MODFLOW和FEFLOW在国内地下水数值模拟中的应用[J].地下水，2012（04）：13-15.

[4]薛禹群，谢春红，张志辉等.三维非稳定流含水层储能的数值模拟研究[J].地质论评，1994（01）：74-81.

作者信息：张海岛（1989-），在读研究生，研究方向：地下水。