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山东省德州市位于鲁西北平原中部,黄河下游北岸,地理坐标为北纬36°24′25″-38°0′40″,东经115°46′-117°36′。
德州市年平均降水量为585.2mm,东部多于西部,南部多于北部。降水量的时间分配以7月最多,降水190mm,1月最少只有3~4mm。按季节分,春季占12.8%,夏季高达67.7%,秋季占16.9%,冬季占2.6%。
德州市水资源短缺,当地水资源总量为1315亿m3,人均占有量272m3,仅为全国人均占有量的10%,全省人均占有量的61%。近年来,德州市一方面城市化及国民经济的迅猛发展,工农业及城镇人口用水大幅度增加,另一方面地表水和引黄水量不足。几年来,该市城区及引黄灌区下游地区浅层地下水逐年超采,漏斗区范围以每年30多km2的速度向周边延伸,现己达到1850km2,漏斗中心井水埋深达18m,造成区域水资源不足,浅层水源面临枯竭。
引黄灌溉对于缓解本地区水资源紧张的压力发挥了巨大的作用。其境内的潘庄灌区位黄河下游第二大灌区,范围涉及齐河、禹城、夏津、武成、平原、陵县、德城、宁津8个县市。设计灌溉面积33.33万公顷,现有效灌溉面积达22万公顷。每年从黄河引水近10.0×108m3,对于缓解本地区水资源紧缺局面发挥了巨大作用。然而,即使在灌区内部,由于地理区位不同,对引水资源的利用亦存在机会不等的现象。在灌区的上游,由于引水条件得天独厚,地下水资源利用不充分;而在灌区下游,引水条件相对薄弱,地表水资源相对匮乏,地下水利用存在超采现象;这样,在灌区之内,存在地表水、地下水资源利用不平衡现象。另一方面,本地区引水灌溉、降水是浅层地下水最重要的补给来源,对于维护浅层地下水可持续开采利用具有重要意义。
本地区水资源仍然紧缺,如何合理利用引水、降水、地下水,仍然是本地区需要解决的问题。在引水-地表水-地下水联合应用当中,地下水扮演十分重要的作用。为了了解降水、灌溉补给对地下水的影响,本文采用地下水模拟软件GMS中的MODFLOW模型模拟不同灌溉制度影响下地下水运动和地下水位变化,旨在对农田灌溉对本地区地下水影响获得一些规律性认识,以期对本地区水资源管理有所裨益。初步研究取得如下进展:
1.建立了潘庄灌区地下水动态模拟的MODFLOW模型。模型中含潜水含水层、潜水-微承压水含水层、承压水含水层,各含水层厚度空间分布不均一;研究区剖分为2×2km的单元格;概化了区内河流水系于地下水的联系,考虑到极微弱的侧向径流且缺乏观测数据,研究区域周边采用无通量边界条件处理;对降水、灌溉入渗补给进行了较细致的分区。
2.对模型参数进行了初步率定和验证。除了在宁津、陵县等局部地区模拟地下水位与实测地下水位有较为显著的差异外,总体较合理。局部差异可能是因为对可蒸发量或者河流排水量定量不准确造成的。
3、利用建立的模型,设置了地表水、地下水与三种灌溉制度组合的情景模式,以及无地下水开采、无灌溉的模式,研究灌溉和地下水开采对地下水位的影响。可以合理的建立区域模型,能够反映潘庄灌区地下水动态的实际情况和在不同地表水-地下水利用方式、气象因素等外界条件影响下地下水动态情况的变化。
4.通过对本地区多年地下水动态变化的模拟,认为降水和灌溉补给是影响地下水运动的重要因素,除临近河流的地区外,补给的强弱决定了地下水位的高低,临近河流的区域地下水位动态受河流控制,开采地下水灌溉应控制在一定限度内。
同时,初步研究中认识到,数值模型模拟研究应该建立在翔实的数据资料的基础之上。例如,边界条件要结合水文地质资料和实地勘察来确定;水文地质参数率定和验证除了以已有的水文地质资料为基础外,还应该有大量的区域地下水动态监测网数据作为依据来进行;降水、灌水入渗补给系数,潜水蒸发等也应该有相应的实验观测数据的支持。灌溉制度,地表水-地下水联合应用方案也值得进一步推敲。