日照市付疃河流域地下水资源均衡法计算及其水位情势预测仿真研究 - 图文

朱伟

Table 3. Calculation results of lateral seepage recharge 表3. 河流侧渗补给量计算结果表

区名 上游 下游 合计

K (m/d) 48.00 25.00

I 0.000025 0.0006

L (m) 90977.25 59854.24

H (m) 4.00 15.00

河流侧渗补给量(m3/d)

436.69 13467.20 13903.89

3.3. 地下水消耗量计算

傅疃河流域地下水消耗包括：蒸发量、人工开采量、断面流出量、河流基流量。 (1) 蒸发量

傅疃河流域面积1066.4 km2，多年平均水面蒸发量为1468.0 mm，该区地下水位埋深普遍较浅，因此蒸发为该研究区地下水的主要排泄方式之一。蒸发量计算公式：

Q燕=α2?F?D365 (4)

式中：Q燕—地下水蒸发量(m3/d)；α2—蒸发系数，对傅疃河中下游河谷盆地、山间凹地及沿海岸边地下水蒸发系数采用0.035，对基岩区蒸发系数按0.01；D—液面蒸发量(m/a)；F—计算区段面积(m2)。

(2) 人工开采量

傅疃河作为日照市海岸带最大的河流，上游主要用于农业灌溉和生活用水；中上游建有日照水库及马陵水库，承担下游大面积农田和东部沿海区域大工业项目供水；中下游段目前分布有三个地下水水源地，分别为鹅庄水源地20,164.38 m3/d、曲河口水源地17,616.44 m3/d，丁家楼水源地14,109.59 m3/d，为日照市主要城市饮用水水源地。根据现在开采现状分析，每天从水源地取出水量51,890.41 m3/d。傅疃河流域中每个村庄的平均取水量为500~600 m3/d。

傅疃河流域地下水消耗中的断面流出量可由达西公式计算得，如式(3)所示；河流基流量取64,100 m3/d。 综上可得：均衡法在傅疃河地下水资源计算结果如表4所示。

Table 4. Calculation results of groundwater resources equilibrium method in Futuan River 表4. 傅疃河地下水资源均衡法计算结果

其中

源汇项

降水入渗补给

补给项

河流侧渗补给 河流基流量 蒸发量

消耗项

断面流出量 人工开采量

12,792.29 139,660.00

12,792.29 60,667.37

/ 78,992.63

13,903.89 64,100.00 44,341.00

13,903.89 64,100 11,895.22

/ / 32,445.78

260,893.29

水量(m3/d)

孔隙水

264,067.3

137,895.21

裂隙水 125,941.63

合计 277,740.7

由表4可得：傅疃河流域地下水总补给量(277,740.7 m3/d)≈总排泄量(260,893.29 m3/d)，符合水均衡的条件。进而采用地下水资源潜力指数法[12]，可分别计算出孔隙水的开采潜力指数为1.04，裂隙水的开采潜力指数为1.18。开采潜力指数显示傅疃河流域现状开采条件下，地下水资源总体处于采补平衡状态，全区地下水自然循环基本保持较好的态势。

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4. 水位情势预测仿真

4.1. 仿真模型构建

GSM软件具有良好的操作界面，强大的前后处理功能及优良的三维可视化效果，目前已成为国际上广泛应用的地下水模拟软件之一[13]，其仿真模型构建主要分为：水文地质模型构建、仿真系数选择、模型校正识别三步。在上述均衡法计算傅疃河地下水资源显示该流域采补平衡状态前提下，通过GSM软件[14] [15]仿真预测步骤对其水位情势进行仿真研究，从而为该流域的持续发展提供数据支持。首先，水文地质模型构建。傅疃河流域仿真模拟区初始水位分布和地形接近，地下水流向和河流流向基本一致，傅疃河干流附近地下水大致为从西北流向东南，崮河及其支流附近大致为从北流向南，全区水位埋深约1~9 m，如图3所示。其次，仿真系数选择。仿真计算中主要补给项包括：降水，河流侧渗；主要消耗项包括：蒸发、开采、河流基流、断面流出。仿真模拟区降水入渗系数人为划分为三个区域：松散沉积物区，降水入渗系数0.24；山前山间坡洪积物区，降水入渗系数0.18；基岩区，降水入渗系数0.08。最后：模型校正识别。仿真模拟区内主要地下水开采为供水厂开采和沿海地区海产养殖场等开采，三个水厂年供水量分别为：丁家楼水厂400万m3、前鹅庄水厂680万m3、曲河水厂600万m3，开采地下水比例约30%。东南沿海海水养殖场等地下水开采量累计约45,000 m3/d。仿真模型识别验证阶段用观测水位与仿真计算水位对比，反复调试各项输入参数，直至观测水位与计算水位拟合结果较好。

Figure 3. Distribution of initial water level 图3. 初始水位分布图

4.2. 水位情势预测

以地下水资源量计算模型为基础，分三个方案进行傅疃河地下水资源水位的预测预报仿真研究。方案一：现状开采条件下1年、5年、10年、20年后的地下水位；方案二：飞机场水场和河套水厂开采地下水后1年、5年、10年、20年后的地下水位；方案三：在崮河汇入傅疃河处设置拦河坝后运行1年、5年、10年、20年的地下水位。水位情势仿真预测结果如图4所示。

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(a) 方案一

(b) 方案二

(c) 方案三

Figure 4. Simulation and prediction results of water level situation 图4. 水位情势仿真预测结果

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图4可得：在现状开采条件下的地下水20年内总补给(降水，河流侧渗)量大于总排泄(蒸发、开采、河流基流、断面流出)量，且总补给与总排泄量之间差值略有增大趋势，但在10~20年间差值相对于前10年的差值有所减少，地下水系统处于正均衡，区内除地下水开采区外水位存在不同程度的缓慢抬升，如图4(a)所示；在飞机场水场和河套水厂开采地下水条件下的地下水20年内总补给量大于总排泄量，且总补给与总排泄量之间差值略有增大趋势，但在10~20年间差值相对于前10年的差值有所减少，地下水系统处于正均衡，区内除地下水开采区外水位存在不同程度的缓慢抬升，如图4(b)所示；在在崮河汇入傅疃河处设置拦河坝后地下水20年内总补给量大于总排泄量，且总补给与总排泄量之间差值前10年基本保持不变，但在10~20年间差值相对于前10年的差值有所减少，即总排泄量随着时间延长有所增加，但地下水系统整体还处于正均衡，区内除地下水开采区外水位存在不同程度的缓慢抬升，如图4(c)所示。综上，在现状开采条件、飞机场水场和河套水厂开采地下水及崮河汇入傅疃河处设置拦河坝条件下，日照市付疃河流域地下水总补给量大于总排泄量，系统整体还处于正均衡。这为该区地下水资源的合理开发和利用提供量化的数据支持，具有重要的实践应用价值。

5. 结论

为实现日照市付疃河流域地下水资源合理开发及持续利用，本文在采用均衡法计算傅疃河流域地下水资源量的基础上，运用GMS软件模拟3种开采方案下预测其地下水资源水位变化情势。均衡法计算结果显示：综合考虑地下水补给量、排泄量后付疃河流域地下水资源总补给量(277,740.7 m3/d)≈总排泄量(260,893.29 m3/d)，其出孔隙水的开采潜力指数为1.04及裂隙水的开采潜力指数为1.18，即该区域地下水资源总体处于采补平衡状态，全区地下水自然循环基本保持较好的态势。GMS软件模拟结果显示：针对现状开采条件下的地下水位、飞机场水场和河套水厂开采地下水后的地下水位、在崮河汇入傅疃河处设置拦河坝后的地下水位三种方案仿真后，仿真区地下水系统处于正均衡，区内除地下水开采区外水位存在不同程度的缓慢抬升，即该区域地下水资源总补给量大于总排泄量。本文对日照市付疃河流域地下水资源现状及其未来20年水位情势进行研究，为其实现其可持续合理开发提供了科学性的、数值化的依据，具有一定的实际应用价值。

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