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地下水是大同盆地的主要供水来源,占总用水量的50%左右。随着工农业的发展,城市规模的扩大,地下水开采量与日俱增。特别是大同市区,由于地下水开采过量,地下水位大幅度下降,降落漏斗范围逐年扩大,含水层被逐渐疏干,造成水质恶化,地面沉降等地质环境方面的问题。因此,必须对大同盆地目前的水资源量进行合理规划和科学的管理。
过去对大同盆地地下水也做过一些研究,但由于方法和技术手段落后,研究中存在许多问题:
1.大部分勘察项目缺乏地下水系统思想的指导,造成了其调查研究以行政区为单元,而不是以盆地地下水系统为单元。导致了边界不好控制、水量重复计算、忽略了相邻地区的影响和边山地带裂隙水、岩溶水及地表水一地下水相互作用的调查;调查与评价工作仅局限于盆地浅部含水层,而忽略了深部含水层在整个含水系统中的功能与作用:
2.由于缺乏现代先进的数据处理手段,对于钻孔数据和水土样分析数据、地下水监测数据,开发利用程度很低,地下水系统三维空间结构并没有弄清;
3.在各类专题研究中,各种有关地下水的基础数据资料相互引用,对历史积累的各种数据的真实性和合理性缺乏深入求证,对由于天然及人为影响引起的水文地质条件改变、水文地质参数变化未进行深入的研究。
本文在对大同盆地现有资料进行深入分析的基础上,对研究区地下水系统进行概化,建立了大同盆地地下水系统三维流数值模拟模型,并利用GMS对大同盆地地下水系统做了水资源评价,对研究区地下水位动态进行了短期预报,分析了降落漏斗的发展趋势,为大同盆地地下水资源的合理规划和科学的管理提供一定的依据。主要研究内容、方法和结果如下:
1.总结和分析了大同盆地地下水方面的研究现状、地下水数值模拟技术和软件的国内外研究现状,结合大同盆地地下水系统的水资源开发现状及环境问题,提出了对大同盆地地下水资源进行评价的研究思路和技术方法:
2.对大同盆地的自然地理、地层、构造等进行了简单阐述,并从研究区边界条件、含水层及水动力场特征、补径排条件以及盆地区与边山岩溶水系统之间的关系等方面分析了研究区水文地质条件,为大同盆地地下水流系统概念模型的建立提供了依据。
3.根据前述水文地质条件的分析,研究区可概化为八个不同性质的含水层。地下水流动特征呈三维流动状态。在比较了有限差分法和有限元法之间的异同基础上,鉴于有限差分法具有物理意义比较明确,易于程序的普及和数据文件的规范等优点,而且网格差分法有在实践中经过检验的比较成熟的应用软件,因此,本次研究采用矩形网格差分法求解三维流动态数值模型。
4.应用GMS5.0建立了大同盆地的概念模型、数学模型、数值模型。
5.整理研究区与数值模型相关的基础数据,对模型进行识别,并运用该模型对大同盆地地下水系统进行了地下水位动态短期预测,分析得出:按现状开采,地下水降落漏斗将进一步扩大,因此必须对目前的地下水开采布局和开采量进行适当调整,并给出了初步的调整方案,使降落漏斗有逐渐恢复的可能,以避免一系列环境地质灾害的发生和发展。
6.模拟计算知,大同盆地地下水平均年总补给量约7.2亿m<3>,总排泄量为7.6亿m<3>,其中开采量4.7亿m<3>、蒸发排泄2.6亿m<3>。全系统采略大于补。但区域开采不平衡,特别是大同市区已经严重超采。大同盆地中部沿桑干河流域,地势低平,地下水流动缓慢,埋深浅,蒸发量大。导致大量盐碱地产生。通过控制地下水位,减少蒸发,不仅可以增加地下水可开采资源量,也可以控制土地质量的进一步恶化。
7.提出了开展进一步工作的建议。