关停自备井对城市地下水动态的影响及适应性对策研究 ——以宝鸡市区为例

论文摘要

关停自备井是城市涵养地下水源和保护水文地质环境的必然选择。然而,不合理地关停自备井也会产生新的水文地质环境问题,并影响到城市应急水源的供水和经济社会的可持续发展。因此,分析自备井关停的后效应、研究合理的关井压采方案对保障城市供水安全、涵养地下水源,促进城市的可持续发展具有重要的理论意义与实用价值。本文以陕西省宝鸡市为例,运用理论分析与模拟计算相结合的方法,分析了城市自备井关停对市区浅层承压水水位动态的影响,探讨研究了合理的自备井关停方案及适应性管理对策。主要研究结论如下:(1)通过对市区1990～2004年浅层承压水年内、年际水位动态的分析,发现在其他补排量变化不大的情况下,浅层承压水水位动态受自备井关停的影响非常明显,不同观测井的水位曲线均以2000年初为拐点,关停自备井前,水位逐年下降,2000年初最大埋深达到27.55 m～89.10m;关停自备井之后,水位则逐年上升,2004年底最大埋深达到16.65 m～72.34m,局部地区最小埋深仅为3.88 m,,说明自备井关停所引起的开采量变化直接影响着浅层承压水水位的升降。基于地统计学的水位插值结果表明,市区内浅层承压水水位的空间分布也受开采强度变化的控制。(2)构建了宝鸡市区水文地质概念模型及数学模型,运用FEFLOW软件并结合GIS技术,对模型进行了求解。模型参数识别过程中,模拟曲线和实测曲线吻合较好,各井均方根误差都控制在水位变幅的10%以内,模拟值与实测值之间的相关系数均在0.95以上;模型检验误差也比较小,相关系数较高。模型识别和检验结果表明所建立的地下水流模型是正确的,对各类边界条件的概化是恰当的,参数的选取及参数的分区是合理的,客观地刻画了区的水文地质条件,数值模拟计算结果较为真实可靠,能够为市区地下水调控提供可行的方法。(3)设置了两种地下水位调控情景。情景一以市区地下水位埋深控制在25m～35m为目标,通过关停自备井,减小各水源地开采量,对市区地下水位进行了模拟,结果表明,通过科学有序地关停自备井,合理控制地下水开采量(2575万m~3/a)及开采布局,可以实现将地下水位埋深控制在35m以内的目标,达到涵养地下水源与保护水文地质环境的双重目的。情景二模拟市区在未来遭遇特大干旱年份时,地表水不能完全满足城市用水需求,选择地下水作为应急水源,开启应急水源井,以增大地下水开采量。在此种情景下,模拟了地下水位动态变化过程,结果表明,在特大干旱年份开采地下水6293万m~3的情况下,市区开采点水位会急剧下降40～50m,并形成大面积的降落漏斗,但通过停采或限采地下水措施,在平水年补给条件下,市区地下水位在未来1～2年内可恢复到应急开采前的水平。这说明,只要在丰水及平水年份,积极涵养地下水源,在枯水年份,则可以将地下水作为宝鸡市区应急水源予以开采。(4)基于市区地下水调控要求,将自备井分为开采自备井、应急自备井和关停自备井三种类型。根据第五章不同地下水调控情景下的地下水开采量,计算了市区各水源地开采自备井和应急自备井的数量,提出了各种类型自备井管理的适应性对策。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 关停自备井对城市地下水动态影响研究
• 1.2.2 自备井关停后运行管理研究
• 1.3 存在的问题与不足
• 1.4 研究内容
• 1.5 研究方法及技术路线
• 1.5.1 研究方法
• 1.5.2 技术路线
• 第二章 研究区概况
• 2.1 自然地理概况
• 2.1.1 地理位置
• 2.1.2 地质地貌
• 2.1.3 水文气象
• 2.1.4 河流水系
• 2.2 社会经济状况
• 2.3 水资源开发利用现状
• 2.3.1 水资源概况
• 2.3.2 水资源开发利用工程
• 2.3.3 自备井关停及后效应
• 第三章 关停自备井对地下水位动态的影响分析
• 3.1 市区地质背景
• 3.1.1 地层岩性
• 3.1.2 地质构造
• 3.2 水文地质条件
• 3.3 地下水的循环
• 3.3.1 地下水的补给
• 3.3.2 地下水的径流
• 3.3.3 地下水的排泄
• 3.4 地下水位动态特征
• 3.4.1 年内水位动态
• 3.4.2 年际水位动态
• 3.5 地下水位空间变异分析
• 3.5.1 研究方法
• 3.5.2 结果与分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 市区地下水位动态数值模拟
• 4.1 地下水数值模拟的理论基础
• 4.2 水文地质概念模型的建立
• 4.2.1 含水层系统的概化
• 4.2.2 含水层系统边界条件的概化
• 4.2.3 源汇项的概化
• 4.3 地下水系统数学模型
• 4.4 地下水流数学模型的求解
• 4.4.1 计算域的剖分
• 4.4.2 计算时限及步长
• 4.4.3 初始条件的确定
• 4.4.4 边界条件的确定
• 4.4.5 含水层参数初值的确定
• 4.4.6 模型识别与检验
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于FEFLOW 的市区地下水调控方案研究
• 5.1 地下水位调控的原则与目的
• 5.1.1 调控原则
• 5.1.2 调控目的
• 5.2 调控方案的设置
• 5.2.1 供水能力预测
• 5.2.2 需水量预测
• 5.2.3 供需平衡分析
• 5.2.4 调控方案设置
• 5.3 调控方案的模拟计算
• 5.4 本章小结
• 第六章 自备井关停方案及其适应性对策研究
• 6.1 自备井运行现状
• 6.2 自备井关停方案
• 6.2.1 自备井分类
• 6.2.2 自备井关停方案
• 6.3 自备井运行管理适应性对策
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 研究中存在的不足及其建议
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介