酒泉盆地地下水资源演变规律研究

地下水作为水资源的重要组成部分，是生产、生活用水的主要来源。地下水的不合理开发与利用造成的生态环境问题给人类的生存和发展带来重要的影响，因此，对地下水资源的科学管理具有重要的意义［1-2］，用数值模拟的技术从定量的角度对地下水资源进行管理是十分必要的［3］。酒泉盆地地处西北干旱区黑河流域的中游，是甘肃省酒泉市地下水资源的主要生产生活用水供给区，该区干旱少雨，生态环境极其脆弱，因此，对本区域地下水动态的研究具有重要的意义［4］。本文在系统分析酒泉盆地地质、水文地质条件的基础上，通过对地下水含水系统定解条件进行确定，选择和利用地下水三维数值模拟软件Feflow求解地下水动力过程，分析酒泉盆地地下水均衡和地下水动态。1研究区概况酒泉盆地位于N39°10′9″～39°59′7″、E98°21′19″～99°19′6″之间，地处河西走廊中段，黑河流域的中游。该盆地行政区划属于甘肃省酒泉市肃州区，南以祁连山褶皱带及其北缘断层为界，北以冲断层前锋逆冲断层与前陆凹陷为邻，东止于榆木山隆起，西止于嘉峪关断层。研究区属大陆干旱气候，降水稀少，蒸发强烈，日温差大。从南至北多年平均降水量从149.7mm逐渐减少到85.3mm，降水量年内分配不均，年平均气温5.8～10.0℃［5］。区内有较大水系6条，均发源于祁连山。2研究方法研究中利用Feflow软件进行地下水模拟。Feflow是德国WASY水资源规划和系统研究所开发的基于有限单元法的地下水系统模拟软件包。以质量守恒定律和能量守恒定律为基本理论依据，通过一组数学关系式刻化地下水数量、空间和运动的基本特征［6］。该模型分为潜水和承压水数学模块，潜水含水层和承压水含水层的基本公式见（1）和（2）。（1）式中：kxx，kyy，kzz———为含水层沿主轴方向上的渗透系数；h（x，y，z）———潜水含水层厚度；h0———初始流场水头分布；h1———第一类边界水头分布；w———源、汇项的代数和；μ———含水层给水度；t———时间变量；Ω———研究区渗流空间；Γ1、Γ2———第一、第二类研究区边界；q———第二类边界流量；kn———边界面法线方向的渗透系数。（2）·水文水资源·酒泉盆地地下水资源演变规律研究收稿日期：2014-03-20作者简介：朱中华（1972-），女，甘肃静宁人，高级讲师，硕士，主要从事水利水电工程教学与研究。朱中华1，王雄师2（1.甘肃省水利水电学校，甘肃兰州730021；2.甘肃省科学院地质自然灾害防治研究所,甘肃兰州730000）摘要：以酒泉盆地为研究区，在已有观测（井）资料的基础上，采用地下水数值模拟软件Feflow，建立研究区地下水数值模拟模型，分析酒泉盆地地下水均衡和地下水动态，得到酒泉盆地区域地下水在灌区之间的空间数量构成，得出酒泉盆地地下水年代尺度的动态特征。关键词：酒泉盆地；Feflow；地下水均衡；地下水动态中图分类号：P641.8文献标志码：A文章编号：2095-0144（2014）03-0001-04ΩΩμΓ1Γ2ΩΓ1ΩΓ2第50卷第3期2014年3月甘肃水利水电技术GANSUWATERRESOURCESANDHYDROPOWERTECHNOLOGYVol．50，No．3Mar.，20141··式中：Ss———贮水率；其他符号同上。利用Feflow软件进行地下水模拟，按有限元方法对酒泉盆地进行空间剖分，以2003-2005年为模拟时段，时间步长由模型自动控制，源、汇项包括降水入渗、渠系渗漏、降水入渗、农灌开采量回归、蒸发、边界侧向流入（出）等，利用Feflow系统的地理信息系统接口，直接利用GIS空间矢量模块进行地下水系统源汇相面域输入，基于模型识别和检验，进行地下水均衡计算。2.1初始条件初始流场根据2003年1月实测地下水位确定，基于区内18个长观井水位资料，由模型经空间差值形成潜水初始流场。2.2边界条件地下水模型南部以祁连山北麓断裂为界，北部以低山丘陵南缘作为北部边界，该边界主要以隔水边界条件处理。嘉峪关断层将作为模型的西隔水边界；盆地东边与张掖盆地之间存在元山子隆起，该区地下水系统受地下分水岭所隔开，属计算区的东边界（图1）。垂向上，模型以潜水含水层自由水面为上边界条件，该边界地下水流系统与外界发生降水入渗补给、潜水蒸发、田间灌溉回归水补给等垂向水量交换。研究区内，下水阴、道湖间、稻房子以及鸳鸯峡4条沟谷截蓄和排泄着酒泉盆地地表及地下水。模型的其余边界均为零通量面，鸳鸯峡边界为定水位边界。2.3源、汇项根据盆地的实际情况，地下水补给来源主要包括有效降水入渗、河道、水库、渠系或海子入渗、灌溉水回归补给以及南部沟谷潜流补给等6项内容；地下水排泄以潜水蒸发、井灌作物耗水、北山地带沟谷潜流排泄量等为主。3结果3.1模拟精度分析将Feflow模型的输出水位值与实测水位