陕西省渭北东部岩溶水开采动态预测——裂隙—孔隙双重介质三维流模型

发布时间：2020-06-26 20:38

【摘要】： 本文建立地下水三维流模型，对陕西省渭北东部的岩溶地下水开采条件下的动态进行预测。模型的建立，必须符合研究区的实际情况，否则，将导致模型的失真。文章突出研究区基本概况对模型建立的重要地位。前人认为，研究区岩溶水系统边界即为渭北东部的“铜蒲合子系统”边界。区内第三系(N)隔水。西、中部山区得到大气降水入渗补给后，一部分径直向东运动；一部分向南向下绕过地堑继而向东运动。这股东流的地下水，在洛河袁家坡和温汤泉排泄一部分地下水，最终全部排泄到本区最低排泄点——黄河及其附近的马瀵泉和处女泉等。第二章从研究区自然地理条件入手，结合前人研究区岩溶水系统边界的研究观点，对研究区的地质、水文地质条件进行了深入分析之后，提出如下问题：第三系(N)地层是否为隔水?地下水是否都从西部补给区向东径流?岩溶地下水主要的排泄点是否只有中、东部的泉和黄河?并且提出，关于对系统南界的认识，是否存在另一可能：即在西部碳酸盐岩裸露区大气降水入渗后，沿碳酸盐岩向南向深部运动，然后，并非在极小的水力坡度驱动下长距离地向东部黄河、泉群径流排泄，而是通过上覆厚度约400m的第三系向上运动，继而主要在第四系黄土层中转为向南水平排泄到卤泊滩。如此，可以解释卤泊滩高矿化水的来源——地下水溶滤第三系岩层中的石膏等。文章明确了本研究的主要对象是寒武-奥陶系的碳酸盐岩含水系统，该含水系为统被多条断层切穿的多层含水系统。继而，根据有关资料，并考虑大面积建模的需要，文章对该区的含水系统作出如下分层：强透水层分别是O_2f~(2-4。，O_2m和∈_2，其中O_2m透水性最强，O_2f~(2-4)中强，∈_2次之；O_2f~1，O_1，∈_3，∈_1为不同等级的弱透水层，第三系为极弱透水层。在充分分析研究区补给、径流和排泄规律的基础上，文章通过比较降雨历时曲线、部分观测孔观测水头曲线得出开采量可能是影响水头下降的主要因素。第三章，确定研究区概念模型如下：在平面上，模型范围与铜蒲合岩溶水系统范围一致。铜蒲合岩溶水系统的边界就是该模型的边界。在垂向上，上至潜水面，下至寒武系底面。模型顶面是有降雨和河流、水库入渗补给，以及泉水排泄的潜水面边界。模型东界上部以黄河水位为第一类水头已知边界，下部必存在一个分流面，分流面东西两侧分别是黄河东西两块岩溶水的排泄区，该分流面可视为零流量边界。南、西、北边界初拟为隔水边界，是否存在部分地段的流量进出，需经模型识别而定。源汇项主要是抽水井。本区的断裂十分发育，明显地增大沿断裂面方向的导水能力，为此，本文将含水系统视为裂隙-孔隙双重含水介质。从而确立本区的基本模型为裂隙-孔隙双重介质地下水三维流模型。由于断层两侧一般并非两个自然层刚好对接，而是某一层厚的自然层与另一侧的几个自然层对接，本研究采用两侧模拟层一一对应关系，将层厚的自然层细分为几层模拟层以符合上述条件，最终，本区总共被分为20层模拟层。模拟区范围在平面上剖分为715个结点，13巧个三角单元。20层模拟层的总结点数为715x20二14300个，总的单元数为1315x20=26300个。在模型的建立过程中，文章抓住影响本区岩溶发育的两个区域性的要素—岩性和埋藏深度，对参数分区采用同一地层岩性的渗透系数随埋深的负指数衰减的方法;从研究混合井筒中水流的机理出发，以“渗流一管流祸合模型”来刻画混合井:用降雨入渗补给权系数法，来刻画研究区的降雨入渗:采用“参数一初始水头迭代法”〔p一氏法)来解决研究区初始水头的分布问题。在此基础上，文章提出了数学模型，对其进行离散化，采用任意多边形网格有限差分法。第四章主要介绍模型的识别过程，即通过输入剖分网格结点信息，运行模型，反复迭代、拟合，对模型进行识别、校正;根据最佳拟合误差分析，进行优选求参;最后，运用优选出来的参数，反馈到模型，从运算结果分析地下水流场补给、径流和排泄以及水均衡情况，重新认识研究区的水文地质条件。对比分析表明，第三系为极弱透水层，地下水在模型区西部向南边界卤泊滩的排泄量，占相当大的比例。第五章运用己求出的参数，设计开采方案，对三种方案下研究区的地下水动态成功地进行了预测。整个模型建立、识别的过程，遇到了诸如如何对模型分层，如何处理混合井，断层，泉等新问题。第六章，详述了对这些新问题的认识和处理方法上的进展。最后提出对模型建立中的一些问题，提出了建设性意见。
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：P641.8
【图文】：

剖分图,平面,模拟层,三角单元

后期采用的方法详见前述章节。)按照上述原则及研究区的基础资料，将计算区范围在平面上(即每一个模拟层)剖分为715个结点，1315个三角单元(图4一1)。20层模拟层的总结点数为715X20=14300个，总

剖面线,裸露区,降雨入渗补给,碳酸盐岩

尹OCUCUn000‘比八曰nUO64，二从图4一n等值线形态反映出模型区的补给、径流和排泄情况如下:1、从平面上看(图4一11)，水头最高值出现在模型区的西部，且与碳酸盐岩裸露区的范围基本一致，在碳酸盐岩强透水岩层，水力梯度较小，在第三系，水力梯度大，水流滞缓。模型区地下水主要在西部碳酸盐岩裸露区(中、东部有小范围的裸露区)接受降雨入渗补给，一部分地下水就近向南部鲁泊滩径流，排泄到鲁泊滩，一部分向中东部地区径流，且在东部分水岭处发生流向改变，直接排泄到洛河泉群。在东部碳酸盐岩裸露区附近，存在明显的分水岭，主要降雨入渗补给量排泄到黄河和附近泉域，另外小部分降雨入渗补给量排泄到洛河及其附近泉域。由此可以推断，西部地区的地下水，并没有直接沿着长距离的径流途径，排泄到黄河。2、从剖面上看(图4一12)

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