河套灌区地下水资源合理开发利用研究

河套灌区地下水资源合理开发利用研究河套灌区解放闸灌域地下水数值模拟1 2旭忠,徐白()1 . 北京市水利水电技术中心 ,北京 100073 ;2 . 中国农业大学 ,北京100083摘要 :应用 MOD FL O W 软件 ,模拟分析了解放闸灌域地下水动态的变化特征 ,模拟结果表明河套灌区引黄水3 量减小到 40 亿 m后 ,在现有耗水结构条件下 ,解放闸灌域地下水位 6 年后的降幅为 0 . 5 m 左右 ,而 12 年后降幅为 1 m 左右 ,且下降主要发生在中部和东北部地区 ,南部相对较小。

为解放闸灌域治理土壤盐碱化 ,合理利用地下水资源提供重要的参考依据。

关键词 : MOD FL O W ;解放闸灌域 ;地下水动态中图分类号 : P641 . 8 文献标识码 : ANumer ical Simulation of the Ground water and Salt Dyna mics inJiefangzha Irriga tion Scheme of Heta o Irriga t ion District1 2BAI Zhong, XU Xu()1 . Beijing Water Technolo gy Cent re ,Beijing , 100073 , China ;2 . China A gricult ural univer sit y ,Beijing ,100083 ,Chi naAbstract :Ba sed t he sof t ware of MOD FL O W , we mo deled t he gro undwater dyna mic s. Re sult s indicated t hat wit h t he diverted water8 3 f ro m Yello w river decrea sed to a mo unt of 40 ×10m, t hegro undwater ta ble will decrea se by 0 . 5 m fo r 6 yea r s and 1 m fo r 12 year slater under t he cur rent st r uct ure of water co nsump tio n. Itco und have usef ul sugge stio ns fo r sol utio ns of t he soil seco nda r y sali niza2tio n and rea so na ble utilizatio n of t he gro undwater re so urce s in J ief a ngzha ir rigatio n scheme.Key words : J ief a ngzha ir rigatio n scheme ; gro undwater dynamics ; MOD FL O W积影响 ,按照埋藏条件和含水层的水文地质特点分为 : 第一含 1 灌域基本状况水层组和第二含水层组。

第一含水层组在成因类型和沉积相解放闸灌域地处东经106?43′, 107?27′, 北纬40?34′, 上以冲积湖积和冲积洪积相为主 , 包括第四系全新统含水层( ) ( ) ( ) 41?14′,海拔高程在 1 030,1 046 m 之间 ,灌域东南紧邻黄河 ,Q和上更新统含水层 Q。

全新统含水层 Q, 以粘性土 4 3 4西北地处乌拉山脚 ,灌域大部分地区位于内蒙古自治区杭锦后夹薄层粉细砂的弱含水层为主 ,靠近地表的部分 Q顶部具有4旗所辖境内。

灌域南北长 86 km , 东西长 81 km , 控制面积典型的二元结构特征 ,即上部为壤土弱透水层 ,厚度 2,20 m ,2 2 平均厚 7 . 4 m ,细粒土与粗粒土互层 ,水平方向不连续 ,含有潜 21 . 57万 hm,灌溉面积 15 . 43 万 hm,实际总灌溉面积14 . 21万2 hm,灌溉面积约占河套灌区总农田灌溉面积的 27 % ,是内蒙水 ;下部为粉细砂或者中粗砂强透水层 ,厚度分布不均 20,300() ( ) 古河套灌区中仅次于义长灌域的第二大灌域。

灌域共有乌拉 m 可以看作单一的含水层。

下部砂层与上更新统 Q往往 3连续沉积 ,构成了统一的含水体 , 形成区内广泛分布的上粗下河、杨家河、南一支、大套子、清惠渠、黄济渠、黄羊渠 7 条渠道3 自总干去引黄河水灌溉 , 年平均引水量 13 . 17 亿 m, 灌溉水细的二元结构 ,示意图见图 1 。

[ 1 ] 河套灌区的整个含水亚组厚度 :从东 60,80 m 到西 150,利用系数 0 .48 。

240 m ,南部潜伏乌山隆起区的 20, 60 m 到北部的 100, 200 2 水文地质条件 m 。

由于厚度较大 , 上下段在沉积相上有一定的差别 , 其间常解放闸灌域含水层主要受湖相沉积和上黄河泛滥改道冲有一定的粘土层分割 ,水文地质特征有明显不同 ,因此又分为收稿日期 :2007209210( ) 作者简介 :白忠 19732,男 ,工程师。

表 1 水文地质参数K /K /K/x y z μ 层号分区号 S - 1 - 1 - 1 S ( )( )( )m 〃d m 〃d m 〃d0 . 09 0 . 09 0 . 009 - 0 . 05 1 区2 区0 . 07 0 . 07 0 . 007 - 0 . 04 第一层3 区 0 . 05 0 . 05 0 . 05 - 0 . 03- 8 8 0 . 8 0 . 000 022 0 . 07 第二层- 8 8 0 . 8 0 . 000 022 0 . 07 第三层和非灌溉期的地下水位等值线图 ,绘制后发现各年的平均水位 [ 2 ]图 1 河套灌区水文地质简图等值线图变化趋势基本一致 ,这里以 1997 年地下水平均水位两个亚组 : ,见图 2 。

如图 2 所示东南和南部角边界受等值线图作为参考 () 1第一含水亚组 : 地表下的第一稳定含水层 ,埋藏浅 ,称到总干渠的侧向补给 , 由于此处含水层厚度很小 ,总干渠将截浅水层 ,分布稳定 ,水量大 ,再补给能力强 ,主要的开发利用含获黄河对较浅含水层的侧向补给 ,第一层和第二层均定义为河水层。

( ) 流边界 ,总干渠用河流子程序包 R IV 模拟 ; 西南边界基本与 ( ) ( ) 第二含水层组 Q包括中更新统 Q上下组 , 以下组为 2 2 水位等值线相垂直 ,流线基本与边界相平行 ,考虑到研究区水主要含水层。

() 力梯度很小 1 ?5000,1 ?8 000,即使某些单元有水流流入实际上通过边界的水流量也相对很小 , 故将其概化为隔水边模型设置3 界 ;西北边界 ,由于主排干的存在 ,切断了该层两侧地下水的水水平方向上灌域地势平坦 ,地下水位和地形变化相似 ,区力联系 ,且考虑地下水流动极为缓慢 ,乌拉山的地下径流补给内基本没有开采地下水 ,地下水水位变化较平缓 ,水力梯度小 , 也仅发生在山前 4,10 km 范围内 ,影响不会延伸到此处 ,因此故水平方向采用 1 000 m ×1 000 m 的单元格进行均匀剖分 ,行 ( ) 定义为排水沟边界 ,用排水沟渠子程序包 D RN 模拟主排干数和列数分别为 81 和86 。

并指定在第一层上 ,其余层均为隔水边界 ; 东部边界偏北区 ,边 ( ) ( ) 垂向分层时 ,顶层全新统 Q下部砂层与上更新统 Q4 3 界与等水位线相垂直 , 且由于四排干沟的存在 ,水平上定为隔往往连续沉积 ,构成了统一的含水体 ,形成区内广泛分布的上 ( ) 水边界 ,四排干沟用排水沟渠子程序包 D RN 进行模拟 ;偏南粗下细的二元结构 ,视为统一的潜水含水层。

Q含水层以下3 区边界 ,基本与等水位线垂直分布 , 基本上为隔水边界。

黄河为 Q含水层的上组 , Q层上组以淤泥质粘土沉积为主 ,沙层 2 2 可作为通用水头边界来考虑 ,但是考虑到灌溉期黄河接受主干少而薄 ,可以视为 Q层的隔水底板。

我们主要关注与地表水3 渠的补给 ,而非灌溉期黄河也处于枯水期 ,根据以往的研究其力联系密切的潜水层 ,这一过程均发生在 Q和 Q含水层内 ,4 3 [ 4 ] 补给量很小 ,故在此暂时不考虑黄河的影响。

因此在垂直方向上模拟的主要是包括 Q和 Q组成的潜水含 4 3水层 ,考虑到整个潜水层的水文地质条件和水力特性 ,在垂向上首先将含水层分为两层 , 分别对应 Q和 Q两强和弱含水 3 4( ) 层 ,即第一层定为顶部的潜水含水层 t yp e1,其余层定为非顶( ) 部潜水含水层 t yp e3。

对于 Q3 而言 ,厚度太大 ,考虑到计算精度 ,将其剖分为 2 层 ,故模型在垂直方向上共有 3 层。

模型的第一层厚度变化不大 ,故此层的厚度设臵为平均厚度 7 . 4 m 。

第二层从东 60,80 m 到西 150,240 m ,南部潜伏乌山隆起区的 20 , 60 m 到北部的 100 , 200 m , 厚度分布不[ 1 ] 均。

解放闸灌域第二层的平均厚度为 207 . 4 m 。

解放闸灌域2 两个含水层平均导水系数为 900 m/ d , 重力给水度为 0 .04 。

第一层主要为 Q4 时期的弱透水层 ,整个河套灌区平均渗透系数为 0 . 06 m/ d ,疏干给水度为 0 . 02,0 . 05 ,粉细砂潜水含水层的疏干给水度平均约为 0 . 07 ,本文解放闸灌域由南向北分为 3个区 ,且为了与实际相符 ,由南至北依次减小 ,渗透系数假定为0 . 09 m/ d ,0 . 07 m/ d 和 0 . 05 m/ d ,重力给水度取为 0 . 035 。

第二层为 Q3 时期的强透水层 ,河套灌区平均渗透系数约为 4 . 5m/ d ,本文解放闸灌域取 8 . 0 m/ d ,重力给水度为 0 . 05 ,弹性贮- 5 - 1 水率取为 2 . 2 ×10 m ,水力参数详见表 1 。

[ 3 ] 图 2 1997 年地下水年均水位等值线图 4 边界条件地下水的垂向补给包括 : 渠系入渗 Ch 、田间灌溉入渗 I r在边界设定时 ,可参考1997,2002年地下水年均、灌溉期降水入渗 R ; 排泄包括 :潜水蒸散量 E T 、排水沟排水 D r。

a在处理补给时 , 灌域渠系的组成 :干渠 - 分干渠 - 支渠 - E Tm 假设可以根据河套灌区潜水蒸发经验公式计算后结大的 [ 5 ] 合具体月份的埋深假定 ,极限埋深为 3 m,见表 2 。