地下水开采及人工回灌对地下水响应关系的研究——以西安市为例

摘要

西安是西部大开发战略的重点发展城市之一，丝绸之路经济带起点重点建设城市，随着“大西安”城市建设的发展，水资源开发利用以及地下水人工补给等因素，使地下水补、径、排关系发生了改变，城市水循环系统发生了深刻的变化，同时也带来了一系列水资源、水环境和地质环境问题。本文通过收集西安市自然地理、水文气象、水文地质条件、地下水开发利用情况及地下水监测数据等资料，以灞河水源地为研究对象，分析了1956-2010年开采条件下地下水流场、区域降落漏斗、代表井年内、年际变化规律；运用modflow建立了水源地地下水数值模拟模型，刻画了水源地水文地质模型，对不同开采条件下地下水位进行预测；分析了西安市人工回灌现状，并以西安工程技术学院人工回灌示范点为研究对象，运用解析法对回灌量与地下水位之间的关系进行定量分析，并对回灌过程中可能存在的问题进行分析解答。主要研究成果如下：
　　1.灞河水源地开采动态分为四个阶段，1958-1966年为早期开采阶段，年开采量较小；1967-1977年为扩大开采阶段，并在1976年达到历史开采最大值，为7595万m3；1978-1989年为稳定开采阶段；1990年至今为开采量衰减阶段，平均开采量为1453万m3。
　　2.利用等值线图绘制分析软件Arcgis10绘制了1957-2010年灞河水源地地下水位等值线图，区内地下水位总体表现为区域地下水位下降，1987年形成封闭水位降落漏斗。在水平方向上，降落漏斗在1957-1987年以向北和东北方向发展为主，1988-2010年以向北和西北方向发展为主，漏斗中心由东渠村迁移至读书村；漏斗面积先扩大后缩减，370m等值线漏斗区面积在1995年达到历史最大值17.7km2，2010年缩减至2.01万m3。垂向方向上，降落漏斗中心水位在1995年降至历史最低值345.69m，水位下降速率达到1.96m/a，2010年中心水位回升至364.32m，水位上升速率为0.96m/a。
　　3.对灞河水源地4眼代表性长期观测井选取开采初期1965年、历史开采最大年份1995年做年内动态分析。1965年代表井年内变化主要受自然条件影响，人工开采影响强度较弱，地下水位总体缓慢下降，但6-9月受降雨及径流影响水位均有大幅回升；1995年代表井年内变化主要受开采影响，年内动态呈现反季节特征，且年末地下水位始终低于年初。对水源地5眼代表性观测井进行1965-2010年际水位变化分析，总体呈现缓慢下降—波动下降—急速下降—缓慢波动上升趋势。
　　4.运用modflow建立了灞河水源地水文地质概念模型和地下水流数值模拟模型，模拟区水量均衡整体为正均衡，拟合期均衡差为722.27万m3，与研究区地下水平均水位缓慢上升相符合。对不同开采条件下地下水流场演化的趋势进行预测，通过制定不同方案，预测未来2010-2020年地下水位流场、降落漏斗、水位恢复等指标变化趋势，为地下水评价与管理提供科学依据。
　　5.以西安工程技术学院人工回灌示范点为研究对象，依据回灌试验资料，采用数学模型解析法分析了回灌量分别为10m3/h、15 m3/h、20 m3/h、25 m3/h、30 m3/h条件下，回灌井与观测井的水位变化历时曲线基本相似，初期迅速上升，后期速度减缓并趋于稳定；回灌量较小时，对观测井水位影响较小，且观测井水位上升存在一定的滞后时间。根据线性回归模型，回灌过程可视为抽水的逆过程，符合泰斯公式的应用条件，并对回灌过程中可能存在的问题进行分析解答。

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第一章 绪论

1.1 研究背景、目的和意义

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1.3 研究内容和技术路线

第二章 研究区概况

2.1 自然地理概况

2.2 地下水开采引起的环境地质问题

第三章 开采条件下地下水系统响应研究

3.1 灞河水源地基本概况

3.2 灞河水源地补径排特征

3.3 灞河水源地潜水流场演化特征

3.4 灞河水源地年内变化特征

3.5 灞河水源地年际变化特征

3.6 本章小结

第四章 开采条件下地下水系统响应的数值模拟研究

4.1 水文地质概念模型

4.2 地下水流数值模拟模型

4.3 模型的拟合与检验

4.4 区域水均衡分析

4.5 开采条件下地下水系统响应预测

4.6 本章小结

第五章 人工回灌与地下水的响应关系

5.1西安市地下水人工回灌概况

5.2人工回灌与地下水位响应关系

5.3回灌过程中可能存在的问题分析及解决途径

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢