基于FEFLOW与GIS技术的山西工矿区地下水动态研究

发布时间：2017-08-15 08:15

  本文关键词：基于FEFLOW与GIS技术的山西工矿区地下水动态研究

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【摘要】：山西之长在煤,山西之短在水,作为煤炭大省,山西长期以来饱受水问题困扰。如何应对缺水问题,是山西当下迫切需要解决的问题之一,其中工矿区地下水文过程机理仍是尚待解决的关键科学问题。工矿区地下水系统由于长期以来受采矿活动的干扰,以及水资源的过度开发,其地下水水量大幅减少和水位持续下降,地下水自然赋存环境遭到严重破坏,并改变了其补径排规律,造成水体污染严重与地面塌陷等生态环境问题日渐突出。针对工矿区水资源短缺与水环境恶化等问题,本研究以典型工矿区—山西晋祠泉域为研究区,通过解析气象、水文、地貌等自然条件,以及土地利用类型、开采现状、灌溉水平、地下水开采等社会经济条件,以降水量、地下水水位等监测数据为数据源,结合地下水变化对其含水层结构进行概化,建立工矿区水文地质概念模型及数学模型。在此基础上,联合应用GIS技术和FEFLOW模型,实现对源汇项及水文地质参数的数值输入,构建工矿区地下水三维数值模型,并进行预设四种不同情境下工矿区地下水动态的模拟预测,从而定量评价采矿活动对其所产生的影响,揭示采矿活动对地下水系统的影响机制。研究得出：(1)以2008年地下水监测水位值作为初始水位,进行模型识别校验与参数微调。校验后研究区模拟与监测水位拟合效果较好,参数赋值和模型结构均合理,模拟结果相对准确,所构建的工矿区三维模型精度满足研究需要,且符合实际情况,可进行工矿区地下水动态变化模拟预测等工作。(2)运用因子变换法对开采强度进行参数灵敏性分析,定量评价地下水水量水位对于采矿活动的敏感程度。各监测井敏感系数绝对值多位于0.2-1.2之间,平均敏感系数高达0.82,根据敏感性分级,可判定敏感等级为第Ⅲ级,地下水水位水量对采矿活动具有很高的敏感性,甚至是极为敏感,开采强度对研究区地下水动态影响较大。(3)将2008-2018年作为预测期,对预设四种不同情境下地下水动态进行模拟。结果表明,当开采强度降低10%、30%、50%时,地下水整体流场和运动趋势没有大的变化,在研究区中西部地区仍然存在明显的地下水位低值中心,形成地下水降落漏斗,但在开采强度下降30%、50%时,漏斗中心水位值明显出现回升趋势。均衡分析结果表明,当开采强度保持现状或降低10%时,地下水系统仍然处于负均衡状态,补给量小于排泄量；当开采强度降低30%时,系统转为正均衡状态,且正均衡状态随着开采强度降低而持续发展,地下水水量大幅度增加,水位明显回升。本研究揭示了矿区地下水动态变化规律,解析了采矿活动对地下水系统的影响,可为有效遏制工矿区水环境恶化、确保工矿区水安全提供强大的科技支撑,为山西工矿区乃至类似矿区的生态环境可持续发展提供借鉴与参考。
【关键词】：工矿区 地下水 FEFLOW模型 流场 水位
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P641.8;P208
【目录】：

• 中文摘要8-10
• ABSTRACT10-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 目的意义13-14
• 1.2 国内外研究进展14-20
• 1.2.1 水文过程模拟进展14
• 1.2.2 地下水模拟研究进展14-16
• 1.2.3 FEFLOW地下水数值模拟研究进展16-19
• 1.2.4 工矿区地下水模拟研究进展19-20
• 1.3 研究内容20
• 1.4 研究方法20-23
• 第二章 研究区概况23-27
• 2.1 自然地理概况23-26
• 2.1.1 地理位置23
• 2.1.2 地形地貌23
• 2.1.3 气象气候23
• 2.1.4 河流水系23-24
• 2.1.5 区域水文地质条件24-26
• 2.2 社会经济概况26-27
• 第三章 工矿区地下水数值模型构建27-43
• 3.1 水文地质概念模型的构建27-28
• 3.1.1 含水层结构27
• 3.1.2 边界条件27-28
• 3.2 数学模型28
• 3.3 工矿区地下水数值模型构建28-35
• 3.3.1 网格剖分28-29
• 3.3.2 3D模型构建29-30
• 3.3.3 时间离散30
• 3.3.4 初始条件30-31
• 3.3.5 水文地质参数分析31-32
• 3.3.6 源汇项赋值32-35
• 3.4 模型校验35-43
• 3.4.1 地下水流场拟合36-37
• 3.4.2 监测井水位分析37-41
• 3.4.3 均衡分析41
• 3.4.4 参数赋值41-43
• 第四章 工矿区地下水模型参数敏感性分析43-49
• 4.1 地下水水位敏感程度分析44-46
• 4.2 地下水水量敏感程度分析46-49
• 第五章 不同情境下工矿区地下水动态模拟预测49-57
• 5.1 地下水流场预测50-53
• 5.2 地下水水位预测53-56
• 5.3 地下水均衡预测56-57
• 第六章 结论57-59
• 6.1 结论57
• 6.2 创新点57-59
• 第七章 存在问题与展望59-61
• 参考文献61-67
• 攻读学位期间取得的研究成果67-68
• 致谢68-69
• 个人简况及联系方式69-70
• 承诺书70-71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

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2 李雪艳;梁立章;聂大鹏;;基于FEFLOW傍河水源地地下水数值模拟[J];东北水利水电;2012年08期

3 王赫生;李燕;龚健师;徐智敏;孙亚军;;基于大型放水试验的矿区流场演化规律模拟研究[J];煤炭工程;2012年12期

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中国硕士学位论文全文数据库 前2条

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本文编号：677111