基于Visual MODFLOW的亳州市地下水流场分析与预测*

蒋 玲 徐 振

(1安徽职业技术学院；2安徽省水利水电勘测设计院 安徽合肥 230000)

1 引言

安徽省亳州市位于淮北平原西北，由于地表水体污染严重[1-2]，城区现状供水水源为地下水，以中深、深层地下水为主，开采以市自来水公司的供水水源井和各企事业单位的自备水源井为主。随着亳州市经济的发展，用水需求的增长，该区域水资源开发利用出现水资源调蓄能力不足，水源单一、承压水超采严重的情况[3-5]。水资源已成为制约该地区发展的一个主要因素。

安徽佳华糖业有限公司日加工甜菜4 000吨工程，该项目最大日补水量为5 196.96m3/d、年取水总量73.39万m3，属高耗能水项目。该项目用水均由亳州市自来水厂供给。依据对当地自来水厂的供水情况调查，自来水公司的现状供水能力为8.2万m3/d，扣除自来水公司实际供水量5.65万m3/d，自来水公司尚有 2.55万 m3/d的供水潜力。就目前来看，水量可以满足生产需要，但随着亳州市用水总量的不断增长，仅依靠地下水的开采能否足以供给城市用水，对地下水系统会有什么样的影响，文章采用地下水模拟软件Visual MODFLOW对该问题做进一步的分析和预测。

2 模型的建立

2.1 概念模型的建立

依据项目地质勘测收集到的 21 个钻孔资料，进行水文地质概念模型的构建，该钻孔分布范围广，涵盖整个研究区，具有一定的代表性，见图 1。模拟区范围以谯城区为界，其边界均概化为通用水头边界。

图1 论证区水文地质钻孔分布图

根据区域地质及水文地质条件，结合地下水埋藏条件和水力性质，研究区可概化为 3 个含水层和 2 个隔水层。分别为上部浅层潜水含水层组(底埋深 30-50m)、第一粘土层(埋深 50-90m)和第一承压含水层组(埋深90-100m)、第二粘土层(埋深 100-200m)和第二承压含水层(埋深 200-1000m)，见图 2。

图2 研究区水文地质概念模型图

根据计算区的水文地质条件及水力性质，将模拟区概化为非均质各向同性，同一参数分区内可视为均质，水流服从达西定律，地下水流态为二维非稳定流，将计算区边界设定为通用水头边界。潜水含水层与外界水力联系密切，将其设为给定水头边界。

2.2 数学模型

根据水文地质概念模型，将模拟区地下水流概化为非均质各向异性、有越流的非稳定二维地下水流模型，相应的数学模型如式[6]：

式中：K—含水层渗透系数(m/d)；H—地下水水位(m)；M—承压含水层厚度(m)；W—单位体积流量，用以代表流进源或流出汇的水量(m3)；μ*—弹性释水系数；Г1—类边界；H0—地下水初始水位(m)；H1—模拟期边界处的地下水水位(m)；t—时间(d)；D—模拟区范围。

2.3 模型的识别

模拟区内有5个观测孔，其中，第一承压含水层观测孔2个，第二承压含水层观测孔3个，如图3。利用水位动态观测资料，进行模型识别、率定水文地质参数。将计算区在平面上剖分为 100 行×100 列， 共计 10 000个单元格；时间上，模拟期为 2000年-2020年，计算步长为 365 天。

经调试，监测孔 BZ003、BZ010 等的拟合结果如图3。由图3可知，地下水水位模拟效果较好，表明所建立的模型能基本反映水文地质条件，可用于地下水水位预测。

图3 孔隙承压水观测孔分布示意图

2.4 地下水流场的预测与评价

依据已经建立的地下水流场模型，运用软件计算，可以预测得到规划年2020年， 论证区2个承压含水层的水位等值线如图4所示。

图4 承压水位拟合过程线

根据预测结果，可以发现，第一承压含水层(中深层)谯城区已存在以城区为中心的较大范围的地下水降落漏斗，城区一带为最低水位-5m；其他区域的水位在 0-20m之间。由图5可见，2020 年最低水位-5m，出现在城区一带；其他区域水位在0-15m之间。而第二承压含水层(深层)，2014 年在古井镇和城区，已存在一定范围的降落漏斗，城区一带最低水位-30m，其他区域的水位在-25～10m 之间。由图5可以发现，2020 年第二承压含水层(深层)在谯城区最低水位-40m，其他区域水位在-35-5m 之间。

第一承压含水层

第二承压含水层

图5 研究区2020年承压含水层水位等值线

3 结论与建议

3.1 项目取水影响分析

该项目用水通过自来水厂开采井开采地下水，对地下水系统等将产生间接影响。城区地下水开采和农饮工程地下水开采的共同作用下，承压水水位将持续下降，其中中深层(第一承压含水层)，区域下降速率约为 1米/年；深层(第二承压含水层)，区域下降速率约为2米/年。由此，地下水开采形成的环境水文地质问题，将越来越严重。

3.2 建议

(1) 积极推动实施“引淮济亳”工程。水资源短缺，现已成为亳州市经济社会发展的制约瓶颈，而过度采用地下水所带来的环境水文地质问题将会带来更大的隐患[6-7]，因此外调水是必然途径[8]。近些年开始实施的“引淮入亳”工程，应积极加快推进实施，用“引淮入亳”水源替代孔隙承压水。

(2) 改造供水管网。2014 年市区自来水管网漏失水量1.3万m3/d，漏失率高达23%，远超12%的国家控制标准。如能通过管网改造，将漏失率减少到国家控制标准，由此节省的水就可满足该项目用水，减轻采用地下水的负担。

参考文献：

[1]常士骠，张苏民．工程地质手册[M]．北京：中国建筑工业出版社，2009.79.

[2]徐凤勇，刘毅．淮北平原地下水资源的利用与对策[J]. 工程与建设，2013，27(5)：587.

[3]邓坤，王式成．人类活动对安徽淮北地区地下水资源影响研究[J]. 水资源研究，2010，31(6)：6.

[4]刘平，王良超．安徽省淮北平原地下水环境与工作方向[J]. 安徽地质，2007，17(3)：198.

[5]薛禹群，谢春红．地下水数值模拟[M]．北京：科学出版社，2007．121.

[7]李砚阁，雷志栋，苏小四，等．地下水系统保护研究[M]. 北京：中国环境科学出版社，2008.66.

[8]潘元伯，左其亭．安徽淮北市区岩溶地下水位动态变化及预测[J]. 水文地质工程地质，1995，22(1)：28.

[9]安徽省水利部淮委水利科学研究院. 亳州市水资源及开发利用调查评价淮河流域地下水资源调查报告[R].2008.