基于地下水数值模拟的布哈河流域地下水可开采资源量评价

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.031

现代地质 ›› 2023, Vol. 37 ›› Issue (04): 943-953.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.031

基于地下水数值模拟的布哈河流域地下水可开采资源量评价

彭红明¹^,²(), 王占巍³, 罗银飞⁴(), 袁有靖¹^,², 王万平¹^,²

1.青海省环境地质勘查局,青海西宁 810007
2.青海省环境地质重点实验室,青海西宁 810007
3.青海省地质调查局,青海西宁 810007
4.中国地质调查局水文地质环境地质调查中心,河北保定 071051

收稿日期:2022-01-30 修回日期:2022-06-21 出版日期:2023-08-10 发布日期:2023-09-02
通讯作者: 罗银飞,男,正高级工程师,1976年出生,水文地质专业,主要从事水工环地质理论实践研究。Email:478967346@qq.com。
作者简介:罗银飞,男,正高级工程师,1976年出生,水文地质专业,主要从事水工环地质理论实践研究。Email:478967346@qq.com。
彭红明,男,正高级工程师,1985年出生,地下水科学专业,主要从事水工环地质理论实践研究。Email:hmpeng1985@163.com。
基金资助:
中国地质调查局“柴达木盆地循环经济试验区1：5万水文地质调查”项目(1212011140132);青海省环境地质重点实验室专项青海东部岩溶水资源研究项目(2021-kj-05)

Evaluation of Exploitable Groundwater Resources in the Buha River Basin Based on Groundwater Numerical Simulation

PENG Hongming¹^,²(), WANG Zhanwei³, LUO Yinfei⁴(), YUAN Youjin¹^,², WANG Wanping¹^,²

1. Bureau of Qinghai Environmental Geological Prospecting, Xining, Qinghai 810007, China
2. Key Laboratory of Geological Environment of Qinghai Province, Xining, Qinghai 810007, China
3. Qinghai Provincial Geological Survey Bureau, Xining, Qinghai 810007, China
4. Hydrogeological and Environmental Geological Survey Center of China Geological Survey, Baoding, Hebei 071051, China

Received:2022-01-30 Revised:2022-06-21 Online:2023-08-10 Published:2023-09-02

摘要/Abstract

摘要：

布哈河为青海湖流域最大的支流,其径流量达入湖流量的80%。为了维系青海湖流域生态地质环境的良性发展,需要科学提出布哈河流域的地下水可开采资源量。本次研究在开展流域水文地质调查的基础上,首先建立研究区的水文地质概念模型和地下水流数值模型,利用统测和长期观测数据对水流模型进行校正,通过Groundwater Vistas软件预测不同径流条件下拟建水源地的地下水水位降深及各项水资源量变化情况。预测结果表明在流域上中下游分别设置开采量为5万 m³/d、10万 m³/d、15万 m³/d的三处集中式水源地,连续30年平均径流条件下拟建水源地的最大降深为17.99 m,之后再经过5年枯水期水源地最大降深为20.26 m,地下水资源开采量主要来自于泉水及河流的隐伏排泄量的减少。最后结合流域规划提出布哈河地下水可开采资源量为30万 m³/d。

关键词: Groundwater Vistas, 布哈河, 地下水, 数值模拟

Abstract:

The Buha River is the largest tributary of the Qinghai Lake basin, and its runoff reaches 80% of the lake inflow. To ensure sustainable development of the ecological and geological environment in the Qinghai Lake Basin, it is necessary to exploit groundwater resources scientifically in the Buha River Basin. This study discussed the hydrogeological conditions of the Buha river, and establish the river basin mode concept, set up the numerical simulation based on Groundwater Vistas. Using the measured ground flow field to correct the identification model, the prediction results show that the maximum drop depth of the planned water source is 17.99 m (based on the average runoff for 30 years) in the basin with the water source of 50,000 m³/d, 100,000 m³/d and 150,000 m³/d; and after 5 years of dry season, the maximum drop depth of water source is 20.26 m. The groundwater resource exploitation mainly comes from the reduction of hidden excretion of springs and rivers. Finally, according to the watershed planning, the exploitable groundwater resources of Buha River is 300,000 m³/d.

Key words: Groundwater Vistas, Buha river, groundwater, numerical simulation

中图分类号:

P641.3

彭红明, 王占巍, 罗银飞, 袁有靖, 王万平. 基于地下水数值模拟的布哈河流域地下水可开采资源量评价[J]. 现代地质, 2023, 37(04): 943-953.

PENG Hongming, WANG Zhanwei, LUO Yinfei, YUAN Youjin, WANG Wanping. Evaluation of Exploitable Groundwater Resources in the Buha River Basin Based on Groundwater Numerical Simulation[J]. Geoscience, 2023, 37(04): 943-953.

图/表 14

图1 布哈河流域水文地质图

Fig.1 Hydrogeological map of the Buha river basin

图2 布哈河流域卫星影像及边界示意图

Fig.2 Satellite image and boundary of the Buha river basin

图3 布哈河河谷水文地质剖面

Fig.3 Hydrogeologic profile of the Buha river

图4 模型网格剖分及边界条件

Fig.4 Mesh generation and boundary condition

图5 初始给水度参数分区

Fig.5 Map showing the partition of initial water yield parameters

图6 模拟地下水等值线与观测等值线对比

Fig.6 Comparison between the simulated contour line and the observed isoline

图7 经Pilot Point方法识别后的渗透系数

Fig.7 Permeability coefficient distribution identified by the Pilot Point method

图8 观测点观测值与模拟计算值对比

Fig.8 Plot of the observed value versus the simulated value

表1 各主要补给量和排泄量的统计结果单位(万m3/d)

Table 1 Statistics of major supply and excretion (104m3/d)

补给/ 排泄量	水均衡要素	现状年		平水年
补给/ 排泄量	水均衡要素	计算值	模型识别值	计算值	模型识别值
补给量	降雨入渗	5.47	6.10	3.34	6.1
	模型上游边界地下水流入量	27.94	23.00	27.20	21.0
	支谷侧向流入量	11.27	11.20	11.20	12.2
	河流对地下水的补给量	42.09	45.20	33.90	33.3
	地下水总补给量	86.77	85.50	75.60	72.6
排泄量	下游边界地下水流出量	37.42	38.00	33.20	31.2
	河流与泉水排泄	29.52	31.00	25.40	28.3
	蒸发排泄量	17.88	15.60	13.60	12.0
	人工开采	0.95	0.95	0.95	0.95
	地下水总排泄量	85.77	85.55	73.20	72.4

表2 开采条件下水源地开采技术条件汇总

Table 2 Summary of technical conditions for water source exploitation under mining conditions

开采方案		方案一			方案二
水源地		快尔玛	新源镇	天棚	快尔玛	新源镇	天棚
开采量(10⁴ m³/d)		5	10	15	5	10	7+9+9
含水层厚度(m)		>100	>100	80 m	>100	>100	80 m
单井设计产量(m³/d)		5000	5000	5000	5000	5000	5000
初始水位埋深(m)		2~4	3~5	5~10	2~4	3~5	5~10
年内水位变幅(m)		1.6	2.0	3.0	1.6	2.0	3.0
连续30年平水期	降深(m)	1.72	10.55	17.99	1.72	10.55	26.43
	扬程(m)	7~9	18~20	29~34	7~9	18~20	37~42
	正常开采	可以	可以	可以	可以	可以	可以
连续30年平水期+5年枯水期	降深(m)	2.17	11.13	20.26	2.17	11.13	43.38
	扬程(m)	10~12	22~24	35~40	10~12	22~24	43~48
	正常开采	可以	可以	可以	可以	可以	不可以

图9 方案一地下水降深分布图

Fig.9 Distribution map of groundwater drawdown in scheme 1

图10 方案二地下水降深分布图

Fig.10 Distribution map of groundwater drawdown in scheme 2

图11 方案一各水源地中心降深随开采时间变化曲线

Fig.11 Curve of center drop of proposed water source with exploitation time in scheme 1

表3 多年平均径流条件下方案一地下水资源均衡表(104 m3/d)

Table 3 Groundwater resource balance table under the condition of annual average runoff (104 m3/d)

补给/ 排泄量	地下水循环要素	开采条件	天然条件	变化值
补给量	降雨入渗	6.10	6.10	0
	模型上边界地下水流入	21.00	21.00	0
	支谷侧向流入量	12.20	12.20	0
	河流对地下水补给量	35.10	33.30	1.80
	地下水总补给量	74.40	72.60	1.80
排泄量	下游边界地下水流出量	31.20	31.20	0
	河流与泉水排泄	7.62	28.30	-20.68
	蒸发排泄量	4.53	12.0	-7.47
	人工开采	30.95	0.95	30
	地下水总排泄量	74.30	72.50	1.80

参考文献 22

[1]	徐晓梅, 王军农. 青海湖流域水文要素初步分析[J]. 科学技术与工程, 2012, 12(29):7669-7673.
[2]	彭红明, 许伟林, 何青, 等. 布哈河流域中上游地区水文地球化学与同位素特征[J]. 干旱区研究, 2015, 32(5):1032-1038.
[3]	罗利川, 梁杏, 李扬, 等. 基于GMS的岩溶山区三维地下水流模式识别[J]. 中国岩溶, 2018, 37(5):680-689.
[4]	陈陆望, 何建东, 施小平, 等. 松散承压含水层水文地质参数分区及水流场数值模拟[J]. 现代地质, 2015, 29(4): 967-974.
[5]	孙倩, 邵景力, 崔亚莉, 等. 基于三维随机水文地质结构模型的地下水流数值模拟:以西辽河平原为例[J]. 现代地质, 2019, 33(2): 451-460.
[6]	周念清, 朱蓉, 朱学愚. MODFLOW在宿迁市地下水资源评价中的应用[J]. 水文地质工程地质, 2000, 27(6): 9-13.
[7]	王平, 黄爽兵, 韩占涛, 等. 基于溶质运移模拟的某化工场地污染物对拟建水库污染风险预测[J]. 现代地质, 2015, 29(2): 307-315.
[8]	单晓杰, 何江涛, 张小文, 等. 基于人为活动影响识别的区域地下水水质演化预测:以石家庄地区为例[J]. 现代地质, 2020, 34(1): 189-198.
[9]	崔瑜, 吴泰然, 周磊, 等. 基于数值模拟的再生水对地下水质影响实例[J]. 地质通报, 2018, 37(7):1365-1373.
[10]	郭帅, 周训, 吴旸, 等. 模拟温泉形成的一种管道渗流实验[J]. 现代地质, 2012, 26(3): 620-626.
[11]	左伟, 刘运涛, 李建林, 等. 基于Modflow和时间序列法的汝州市温泉镇地热可开采量预测[J]. 河南理工大学学报(自然科学版), 2021, 40(5):56-62.
[12]	魏永霞, 唐仲华, 左霖. 数值模拟在地热资源评价及优化开采方案的应用研究[J]. 安徽地质, 2019, 29(1):74-80.
[13]	豆惠萍, 陈新海, 周秋成, 等. 平衡采灌条件下热恢复及热可采模拟研究:以任丘地区馆陶组砂岩热储为例[J]. 工程勘察, 2021, 49(8):39-45.
[14]	RASHID H, AL-SHUKRI H, MAHDI H. Optimal management of groundwater pumping of the cache critical groundwater area, Arkansas[J]. Applied Water Science, 2015, 5(3):209-219. DOI URL
[15]	GOSWAMMI D, KALITA P, MEHNERT E. Modeling and simulation of baseflow to drainage ditches during low-flow periods[J]. Water Resources Management, 2009, 24(1):173-191. DOI URL
[16]	周一飞, 陈慧颖, 张淑兰, 等. 基于SWIM模型模拟气候变化对青海湖布哈河流域水文过程的影响[J]. 北京师范大学学报(自然科学版), 2017, 53(2):208-214.
[17]	龙银平, 张耀南, 赵国辉, 等. SWAT模型水文过程模拟的数据不确定性分析:以青海湖布哈河流域为例[J]. 冰川冻土, 2012, 34(3):660-667.
[18]	王海妹, 李东, 雷雨, 等. Topmodel在布哈河流域径流模拟中的应用[J]. 水利科技与经济, 2016, 22(9):8-12.
[19]	李近虎, 邵玉红, 汪青春. 青海省E601B型蒸发与小型蒸发观测资料的对比分析[J]. 青海科技, 2006, 13(3):52-55.
[20]	彭红明, 许伟林, 袁有靖, 等. 青藏高原柴达木盆地重点地区水文地质环境地质调查(天峻县)报告[R]. 西宁: 青海省环境地质勘查局, 2013.
[21]	赵家绪. 托素湖幅J-47-25 1/20万区域水文地质普查报告[R]. 格尔木: 青海省柴达木综合地质勘查大队, 1992.
[22]	水利部黄河水利委员会. 黄河流域及西北诸河水资源综合规划[R]. 郑州: 水利部黄河水利委员会, 2008.

基于地下水数值模拟的布哈河流域地下水可开采资源量评价

Evaluation of Exploitable Groundwater Resources in the Buha River Basin Based on Groundwater Numerical Simulation

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 14

参考文献 22

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	张卓, 陈社明, 柳富田, 高志鹏, 牛笑童. 滨海平原区深层高氟地下水富集机理:以滦河三角洲为例[J]. 现代地质, 2023, 37(04): 925-932.
[2]	闫佰忠, 孙剑, 陈佳琦, 孙丰博, 李晓萌, 付庆杰. 基于自适应BPNN-GIS耦合的地下水源热泵适宜性分区研究[J]. 现代地质, 2023, 37(04): 963-971.
[3]	聂琼, 聂治豹, 陈剑, 丁士君, 吴赛儿, 李多, 葛润泽, 陈瑞琛. 北京市门头沟区达摩沟泥石流发育特征与危险性评价[J]. 现代地质, 2023, 37(04): 1013-1022.
[4]	张莉, 刘菲, 袁慧卿, 梁凯旋. 地下水抽出处理技术研究进展与展望[J]. 现代地质, 2023, 37(04): 977-985.
[5]	胡新宇, 申媛媛, 褚婷雯, 贺巍, 魏炜, 申晓鹏. 生态补水下的永定河流域地下水水位变化规律[J]. 现代地质, 2023, 37(04): 986-993.
[6]	柳晨, 李江海, 王志琛. 南中国海形成演化的动力学模式分析[J]. 现代地质, 2023, 37(02): 259-269.
[7]	李泽岩, 曹文庚, 王卓然, 李谨丞, 任宇. 内蒙古河套灌区浅层地下水化学特征和灌溉适宜性分析[J]. 现代地质, 2022, 36(02): 418-426.
[8]	吴福贤, 李玮, 李水云, 陈晓丹, 谢林伸, 成功, 常旭, 陈纯兴, 韩龙. 牡蛎壳改性及联合释氧复合材料修复地下水氨氮污染实验研究[J]. 现代地质, 2022, 36(02): 583-590.
[9]	南天, 曹文庚, 王卓然, 张娟娟, 张栋. 利用趋势化随机参数场的地下水流数值模拟优化方法[J]. 现代地质, 2022, 36(02): 591-601.
[10]	胡景宏, 陈琦, 余国义, 吕杨. 致密油藏压裂双水平井参数优化研究[J]. 现代地质, 2021, 35(06): 1880-1890.
[11]	李波, 吴璇, 张翼飞, 徐聪聪, 刘春伟, 关琴, 罗斐. 山东柴汶河下游古近系朱家沟组含水岩组水文地质特征及地下水富集模式[J]. 现代地质, 2021, 35(03): 675-681.
[12]	李海学, 程旭学, 马岳昆, 刘伟坡, 周斌. 鄂尔多斯盆地南部马莲河流域地下水中锶富集特征及成因分析[J]. 现代地质, 2021, 35(03): 682-692.
[13]	黄先贵, 平建华, 禹言, 朱亚强, 张敏. 基于氚同位素的安阳河中下游流域地下水更新能力研究[J]. 现代地质, 2021, 35(03): 693-702.
[14]	权雪瑞, 黄靥欢, 刘春, 郭长宝. 川藏铁路线V形深切河谷地形地震放大效应数值模拟[J]. 现代地质, 2021, 35(01): 38-46.
[15]	赵志宏, 徐浩然, 刘峰, 魏帅超, 张薇, 王贵玲. 川藏铁路折多山段隧道温度场与热害初步预测[J]. 现代地质, 2021, 35(01): 180-187.