基于生态约束的萨拉乌苏组地下水优化管理

收稿日期:2013－02－27;修回日期:2013－04－23基金项目:国家自然科学基金资助项目(41101562;41102159)作者简介:王化齐(1980－)，女，陕西户县人，助理研究员，博士后，主要从事水文水资源、水文地质等方面研究工作，(电话)13709126925(电子信箱)whqi321@163．com。DOI:10．3969/j．issn．1001－5485．2014．04．0052014，31(04):21－25基于生态约束的萨拉乌苏组地下水优化管理模型研究王化齐1a，1b，1c，张茂省1a，1b，党学亚1a，1b，郑春苗2，董英1a，1b，1c，常亮1a，1b，1c，贺帅军1a，1b，1c(1．中国地质调查局a．西安地质调查中心;b．陕西省水资源与环境工程技术研究中心;c．干旱半干旱区地下水与生态重点实验室，西安710054;2．北京大学水资源研究中心，北京100871)摘要:萨拉乌苏组地下水广泛分布于生态环境脆弱的毛乌素沙地，规避地下水开发过程中的生态风险是一个亟需解决的关键技术问题。以ArcGIS为平台，采用VisualModflow模拟软件，利用通用的优化模型软件GWM，以开采量最大化为目标，以对生态环境最小化为约束条件，研发了陕北能源化工基地地下水优化管理模型。结果表明，考虑了风沙滩地区地表植被生态约束后，全区开采量为70．44×104m3/d，其蒸发量较现状减少28．10×104m3/d，引起的河流排泄减少量仅占现状河流排泄量的4．09%，优化方案既保护了生态环境的完整性，又保证了河流基流量不明显减少，增加的开采资源量均来自减少蒸发量，优化开采方案合理可行，为陕北能源基地水资源利用提供技术支撑。关键词:水流数值模拟;地下水优化开采;萨拉乌苏组;陕北能源化工基地中图分类号:P967文献标志码:A文章编号:1001－5485(2014)04－00213－051研究背景水资源管理模型的研究，在国内外已有成功实例和模拟模型，如美国德克萨斯州的流域水资源管理模型、澳大利亚半干旱流域水量平衡模型等［1］，另外，MartinVolka等人提出的水资源管理系统模型，并且以FLUMAGIS生态经济模块作为的重要模块来进行模拟［2］。国内的研究成果主要有:水资源系统模拟模型、黄河流域水资源规划模拟模型、鉴江流域水资源供需平衡优化决策模型等。区域地表水和地下水的开发利用格局与方式会对水循环过程产生深刻的影响，从而引起地表水产汇流机制和地下水补排关系发生明显的变化。然而，传统的水资源管理模型在没有深入地考虑地下水补给与利用问题，很少从地下水系统结构的角度详细探究水资源管理模型。因此，为了使水资源评价成果能真正应用于水资源开发利用规划和动态管理，必须考虑地表水与地下水相互转化问题，从不同的地下水系统结构出发进行水资源的统一管理。在对地下水赋存特征和规律详细分析的基础上，进行三维数值模拟评价，进一步开展水资源优化开采设计研究就显得尤为重要。目前，众多学者，例如霍传英等［3－6］从水流数值模拟的角度开展水资源可持续利用方面的研究。面向生态的水资源管理问题，是一个涉及到多学科、多层次、多目标和复杂理论结构的综合专业领域［7］。把水循环过程和水资源的优化配置有机结合起来，权衡水资源利用的生态价值和经济价值，以水资源的生态经济综合效益最大为目标，研究内陆河流域水资源合理配置的目标、原则与机制。左其亭等［8－9］在做了不同程度的基于生态的水资源优化配置研究，并取得了一系列的成果。陕北能源化工基地风沙滩地区生态环境脆弱，萨拉乌苏组含水层地下水资源丰富，本次选择萨拉乌苏组地下水分布区建立地下水优化开采管理模型。在萨拉乌苏组地下水流数值模型的基础上，以水源地详细勘查资料和植被－地下水关系研究为基础，开发构建面向生态安全的水源地开采量优化设计模型。2陕北能源化工基地萨拉乌苏组地下水概况萨拉乌苏组含水层地下水是陕北能源化工基地最主要的地下水类型之一，分布于榆林市榆阳区以及神木县西北部沙漠滩地区，面积7868km2，含水层厚度一般为40～90m，平均52m，呈现从东向西、从北向南递增的变化规律［10］。萨拉乌苏组地下水第31卷第4期长江科学院院报Vol．31No．42014年4月JournalofYangtzeＲiverScientificＲesearchInstituteApr．2014赋存条件受现代地貌、古地理环境、含水层厚度、岩性特征等因素控制，富水性受含水层厚度、补给条件及河流水文网控制。在沙漠滩地区腹地和古河道中心部位，由于地形较为平坦，上覆大面积的现代风积沙，极利于大气降水入渗补给，加之四周地势较高、中间低洼，含水层厚度大，储水条件好，地下水丰富，单井涌水量一般在1000m3/d以上，最大可达4000m3/d左右。萨拉乌苏组含水层被切