盆地地下水流系统形成与影响因素分析——以鄂尔多斯盆地北部白垩系水流系统为例

摘要

本文从地下水动力学角度，采用解析解方法和数值模拟方法，探讨了区域地下水位的形成与控制因素，并通过水头上边界与通量上边界地下水流系统模拟对比分析，讨论了两种方法的差异及各自适用条件，在此基础上，提出了改进后的变通量上边界模拟方法。然后，以鄂尔多斯盆地北部白垩系地下水流系统（Ordos水流系统）为典型实例进行剖析，通过深入对比Tóth水流系统与Ordos水流系统结构特征，建立了以鄂尔多斯盆地地下水系统特征为原型的Tóth型水流系统，并采用改进后的变通量上边界模拟方法，对Ordos盆地地下水流系统的形成与影响因素进行了分析，并通过不同补给强度下的模拟结果对比，探讨了气候变化和植被生态改变对Ordos水流系统的影响。结果表明：（1）Ordos盆地地下水流系统，与Tóth基于理论假设和数学推演得出的地下水流动模式十分一致，为地下水流系统的研究提供了难得的实例，对于地下水流系统的理论研究和实际应用具有重要的价值。（2）鄂尔多斯盆地北部白垩系水流系统特有的气候、地形和岩性组合，使地下水位受地形、补给排泄条件和渗透系数三者共同控制，形成Tóth型多级嵌套地下水流模式。（3）Ordos盆地地下水流系统与其上边界植被生态系统变化之间的相互影响作用密切，尤其是地表湖泊等地下水排泄点对上边界气候变化和区域植被生态变化的响应十分敏感。（4）本次研究对地下水系统模拟中上边界条件更准确全面的刻画进行了有益探索，后续研究可采用耦合模拟和随机模拟等技术对上边界条件和含水系统非均质性进行更准确地刻画，提高区域水流系统模拟的仿真度，更深刻认识区域地下水流系统形成演化机制，进一步揭示地下水系统与气候变化、植被生态变化三者之间的相互作用关系。