南通地下水流、地面沉降与淡水咸化耦合数值模拟研究

发布时间：2017-07-16 19:11

  本文关键词：南通地下水流、地面沉降与淡水咸化耦合数值模拟研究

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【摘要】：南通位于江苏省东南部,面积8544km2。随着国民经济的飞速发展,人口的不断增加,该区域对地下水资源的需求量与日俱增。由于该地区潜水、第1、第Ⅱ承压含水层地下水水质较差,区内主要开采第Ⅲ、Ⅳ承压含水层地下水。由于多年不合理的开采布局和过量开采,已造成部分地区水位持续下降并导致第四纪松散沉积层的固结压缩,引发了地面沉降、淡水咸化等环境地质问题,严重制约了当地经济的可持续发展。为有效防控地下水开采引起地面沉降、淡水咸化等环境地质问题,构建南通地下水流、地面沉降与淡水咸化数学模型迫在眉睫。本文系统收集了南通地区现有地下水位、地面沉降及水质监测资料,对该地区2005年-2013年地下水位时空变化特征、地面沉降特征及水化学特征等进行了系统的梳理和总结。然后基于研究区地质、水文地质条件,构建南通地区地下水流、地面沉降和淡水咸化数学模型,利用2005年-2013年实测数据经对模型进行了识别和验证,最后根据南通地区前期调查工作,确定南通城市规划区为地下水应急水源地,并根据黄、橙、红三种应急预案划定了应急供水下可优先开采的靶区。从南通模型中嵌套出应急水源地模型,模拟了三种应急预案下的水位、沉降、水质变化。得到结论如下：1.第Ⅲ承压含水层为主开层,除海安市和如皋市部分地区水位小于-15m以外,其余大部分在-20-30m之间。并在南通市区、启东、海门、如东形成降落漏斗区。水位变幅最大,在5m左右。2.南通地区主要压缩层为第Ⅲ承压含水层、第1V弱透水层和第1V承压含水层,大部分呈现弹性变形特点,2005-2013年南通地区累积沉降量大部分区域在0-100mm之间,仅在南通市区及海门市区附近存在沉降大于100mm的沉降中心。年沉降速率小于8mm/a。3.在长期强烈开采下,水位大幅降低、咸—淡水界面失衡,第Ⅱ承压含水层咸水向下越流补给第Ⅲ承压含水层,造成第Ⅲ承压含水层局部淡水水质有逐于咸化的趋势。4.南通地下水流、地面沉降与淡水咸化数学模型模拟流场基本上反映了实际地下水流动趋势；累积地面沉降的计算值与观测值分布总体一致,地面沉降中心位置基本上与实测的地面沉降中心位置相吻合,即南通市区及海门市南部。但沉降量的大小存在一定差异；各观测井氯离子浓度监测值与模拟值整体拟合效果较好,显示模型能较好地反应南通地区地下水溶质浓度场的变化趋势,依据溶质运移模拟结果,南通地区的第Ⅱ、Ⅳ承压含水层的地下水溶质浓度场在模拟期内无明显变化,而第Ⅲ承压含水层在大规模开采的扰动下,引起了第Ⅱ承压含水层的水力响应,咸水向下越流补给使得水质朝着咸化趋势发展。5.运用应急水源地模型预报红、橙、黄预警级别下,应急供水5天、15天、30天及供水结束后第10天、30天、60天的地下水位,地面沉降和氯离子浓度,结果表明应急水源地在三种应急预案下应急供水,不会造成严重的地面沉降及淡水咸化等环境问题。
【关键词】：数值模拟 地面沉降 淡水咸化 耦合模型
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P641;P642.26
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究背景10
• 1.2 国内外研究历史及现状10-13
• 1.2.1 区域地面沉降模拟研究10-11
• 1.2.2 区域地下水溶质运移模拟研究11-12
• 1.2.3 南通地面沉降及水质咸化研究现状12-13
• 1.3 本文研究的主要内容13
• 1.4 本文研究的技术路线13-14
• 1.5 创新点14-16
• 第二章 研究区地下水、地面沉降与淡水咸化概况16-40
• 2.1 自然地理概况16-17
• 2.1.1 地理位置16
• 2.1.2 地形地貌16-17
• 2.1.3 气象水文17
• 2.2 区域地质概况17-18
• 2.2.1 前第四纪地层17
• 2.2.2 第四纪地层17-18
• 2.3 水文地质概况18-20
• 2.3.1 地下水类型及含水层组的划分18
• 2.3.2 地下水补给、径流、排泄特征18-20
• 2.4 地下水开采利用情况20-23
• 2.5 地下水水位动态23-31
• 2.5.1 潜水和第Ⅰ承压含水层23-24
• 2.5.2 第Ⅱ承压含水层24-25
• 2.5.3 第Ⅲ承压含水层25-29
• 2.5.4 第Ⅳ承压含水层29-30
• 2.5.5 第Ⅴ承压含水层30-31
• 2.6 地面沉降概况31-38
• 2.6.1 地面沉降历史和现状31-33
• 2.6.2 地面沉降特征33-36
• 2.6.3 地面沉降与地下水开采36-37
• 2.6.4. 土层变形特征37-38
• 2.7 淡水咸化概况38-40
• 2.7.1 淡水咸化历史及现状38-39
• 2.7.2 淡水咸化机理分析39-40
• 第三章 南通地下水流、地面沉降与淡水咸化耦合模型及模拟40-68
• 3.1 数学模型40-42
• 3.1.1 地下水流模型40
• 3.1.2 地下水流—地面沉降耦合数学模型40-42
• 3.2 研究区的三维空间结构构建42-45
• 3.2.1 软件平台及建模依据42
• 3.2.2 岩性概化和地层结构42-45
• 3.3 数值模型45-68
• 3.3.1 数值模型的建立45-51
• 3.3.2 模型识别和验证51-68
• 第四章 南通城市规划区地下水应急水源地的应急开发方案68-98
• 4.1 南通地下水应急水源地概况68-73
• 4.2 应急水源地地下水流、地面沉降和淡水咸化数值模拟73-98
• 4.2.1 初始条件和边界条件74-75
• 4.2.2 参数分区和参数值75-76
• 4.2.3 应急供水工况下的模拟预报76-98
• 第五章 结论与建议98-101
• 5.1 结论98-99
• 5.2 展望99-101
• 参考文献101-105
• 致谢105-106

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本文编号：550125