银北井渠结合灌区地表水地下水耦合模拟及优化配置研究

发布时间：2020-03-30 07:18

【摘要】：本文针对宁夏银北渠井用水比例失调,导致地下水越过适宜埋深造成次生盐渍化的问题,选取惠农区李岗村为试验区,采用田间试验与数值模拟相结合的方式,对井渠结合灌区土壤水与地下水变化规律、水资源均衡、地下水-地表水耦合模拟、地表水与地下水优化配置进行了较为系统的研究,为银北灌区节水技术改造提供了理论依据。研究结果如下：(1)运用地下水均衡原理对井渠结合灌区地下水资源的补给项和排泄项进行了分析和计算。结果表明：灌区补给量为16.08万m3,排泄量为13.91万m3,地下水处于正均衡状态,均衡差△V=2.17万m3,相对均衡差为15.60%。补给量大于排泄量,使得灌区地下水位上升,地下水埋深越过地下水临界深度。并且灌区蒸发强烈,地下水的盐分随毛管水上升到地表,水分蒸发后,使盐分积累在表层土壤中,容易使土壤发生次生盐碱化。(2)对井渠结合灌区地下水与地表水系统作为一个整体进行模拟分析,在综合考虑灌区水文地质条件基础上,建立地下水-地表水耦合模拟模型,采用双重节点方式对地表水地下水模型进行耦合,率定和验证水文地质参数,并通过HydroGeoSphere软件对模型进行求解,对试验灌区的水流运动做出模拟分析与预测。经过率定和验证,得到地下水地表水耦合模型的参数,渗透系数K为1.03m/d,孔隙率为0.38,曼宁系数n为0.03s/m1/3,空气压力倒数α为4.07m-1,孔隙大小分布指数β为1.19,残余饱和度Swr,为0.056。经过率定之后的模型在验证期内计算出的地下水水位与实测值变化趋势较为接近,观测期内地下水计算水位与实测水位满足误差统计量指标要求。表明含水层结构、边界条件的概化、水文地质参数选取合理。所建立的数学模型能较真实地描述研究区地下水系统特征,可以用来对灌区地下水埋深进行预测。(3)全面分析了井渠结合灌区生育期地下水系统输入输出的转化关系,在3、4月以井灌为主时期,地下水开采程度较高,且处于集中开采期,地下水水位下降幅度大,地下水埋深在2m左右,土壤表层饱和度在0.69～0.76之间变化。7、8月份为渠灌水量最大时期,地下水水位明显升高,地下水埋深最高达到1m,超过生态安全水位,部分水位较高地区土壤表层饱和度上升到0.94～0.96。当9、10月份渠首停止引水后,地下水位又重新下降,最低达到2.2m左右,饱和度下降到0.68以下。(4)提出了地表水-地下水优化配置模型,并与地表水地下水数值模拟模型进行了耦合,建立了灌区地表水和地下水联合评价耦合模型。耦合模型从调节地表水地下水配水比例,以确定地下水开采量和地表水引水量入手,以优化配置模型中的目标函数和约束条件为依据,以合理的地下水埋深为控制原则,输出最优的渠井供水比例,达到提高水资源利用率,改善生态环境的目的。
【学位授予单位】：宁夏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S273

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