泰安旧县水源地地下水位动态特征及可开采量研究

魏凯, 王延岭, 赵志伟, 吴亚楠, 翟代廷, 闫佰忠. 泰安旧县水源地地下水位动态特征及可开采量研究[J]. 中国岩溶, 2023, 42(5): 940-955. doi: 10.11932/karst20230507
引用本文: 魏凯, 王延岭, 赵志伟, 吴亚楠, 翟代廷, 闫佰忠. 泰安旧县水源地地下水位动态特征及可开采量研究[J]. 中国岩溶, 2023, 42(5): 940-955. doi: 10.11932/karst20230507
WEI Kai, WANG Yanling, ZHAO Zhiwei, WU Yanan, ZHAI Daiting, YAN Baizhong. Dynamic characteristics of groundwater level and exploitable amount of groundwater source in Jiuxian county, Tai'an[J]. Carsologica Sinica, 2023, 42(5): 940-955. doi: 10.11932/karst20230507
Citation: WEI Kai, WANG Yanling, ZHAO Zhiwei, WU Yanan, ZHAI Daiting, YAN Baizhong. Dynamic characteristics of groundwater level and exploitable amount of groundwater source in Jiuxian county, Tai'an[J]. Carsologica Sinica, 2023, 42(5): 940-955. doi: 10.11932/karst20230507

泰安旧县水源地地下水位动态特征及可开采量研究

  • 基金项目: 泰安市科技创新发展项目(2020NS291);国家自然科学基金项目(42002251)
详细信息
    作者简介: 魏凯(1986-),男,高级工程师,主要从事水工环地质工作。E-mail:183114050@163.com
    通讯作者: 王延岭(1978-),男,高级工程师,主要从事水工环地质工作。E-mail:728116520@qq.com
  • 中图分类号: P641.8

Dynamic characteristics of groundwater level and exploitable amount of groundwater source in Jiuxian county, Tai'an

More Information
  • 泰安市城区水资源供需矛盾突出,地下水资源开采引发了岩溶塌陷等地质环境问题,亟需查明岩溶塌陷生态水位约束下水源地的允许开采量,确定水源地最优取水方案。以旧县水源地1980—2021年的地下水位、年降水量、地下水开采量、岩溶塌陷等数据为基础,探讨人类活动对水源地地下水位的演变的影响因素,分析发生岩溶塌陷的地下水临界水位。基于Modflow-GWM软件构建泰安城区−旧县岩溶水系统流动与管理耦合模拟模型,探讨防止岩溶塌陷发生的地下水允许开采的资源量。结果表明:(1)孔隙水水位年内动态受降水影响明显,呈现“降水−补给”型特点;岩溶水水位变化呈“枯低丰高”的特征,水位动态变化属降水入渗−开采型;(2)旧县水源地地下水位自1980—1990年呈现大幅下降,1990—2003年岩溶地下水位基本呈现波动下降,2004年后水源地地下水位上升较为明显;(3)研究水位动态与岩溶塌陷关系得出,防止发生岩溶塌陷的水源地临界水位为108 m,处于岩溶含水层顶板以上2 m;(4)通过地下水管理模型,确定在临界水位时模拟区岩溶水可开采量为8.2~8.5 万md−1,其中旧县水源地可开采资源量为3.2~3.5万md−1

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  • 图 1  旧县水源地区域地质图

    Figure 1. 

    图 2  2021年旧县孔隙水296监测孔年内地下水位动态−降雨量曲线

    Figure 2. 

    图 3  旧县孔隙水296监测孔1990—2021年年际地下水位动态−降雨量曲线

    Figure 3. 

    图 4  2021年旧县岩溶水225监测孔年内地下水位动态−降雨量曲线

    Figure 4. 

    图 5  旧县水源地监测点岩溶水1991—2021年年际地下水位动态−降雨量曲线

    Figure 5. 

    图 6  旧县水源地岩溶塌陷发育特征与水位关系(吴亚楠,2017年)

    Figure 6. 

    图 7  模拟范围及边界条件概化

    Figure 7. 

    图 8  2016年6月孔隙水等水位线图

    Figure 8. 

    图 9  2016年6月岩溶水等水位线图

    Figure 9. 

    图 10  识别验证期孔隙水QS8观测孔实测地下水位与计算地下水位拟合曲线

    Figure 10. 

    图 11  识别验证期岩溶水225观测孔实测地下水位与计算地下水位拟合曲线

    Figure 11. 

    图 12  识别验证期(2021年12月)孔隙水流场拟合图

    Figure 12. 

    图 13  识别验证期(2021年12月)岩溶水流场拟合图

    Figure 13. 

    图 14  模拟区数值模拟结构示意图

    Figure 14. 

    图 15  模拟区大气降水入渗系数分区

    Figure 15. 

    图 16  模拟区孔隙水渗透系数和给水度分区

    Figure 16. 

    图 17  模拟区岩溶水渗透系数和储水系数分区

    Figure 17. 

    图 18  旧县水源地优化开采至2030年地下水流场预测图

    Figure 18. 

    图 19  旧县水源地14#水源井处水位预测曲线

    Figure 19. 

    图 20  旧县水源地4#水源井处水位预测曲线

    Figure 20. 

    图 21  旧县水源地9#水源井处水位预测曲线

    Figure 21. 

    图 22  旧县水源16#水源井处水位预测曲线

    Figure 22. 

    表 1  识别验证后模拟区降水入渗系数取值一览表

    Table 1.  Values for precipitation infiltration coefficient in the simulated area after identification and verification

    参数分区参数分区参数分区描述
    10.12山前基岩裸露区
    20.20丘陵山前地带,岩性为砂质黏土夹砾石粉砂,厚度薄
    30.30牟汶河河道两侧,岩性为砂含砾石
    40.14基岩裸露区
    50.25位于牟汶河西侧,土地类型主要为农耕地、林地,植被覆盖率较高
    60.22位于泰安城区及以西,岩性主要为粉质黏土夹中粗砂
    70.22分布于城区水源地周边
    80.21丘陵山前地带
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    表 2  识别验证后模拟区孔隙水渗透系数和给水度赋值

    Table 2.  Pore groundwater permeability coefficient and yield value in the simulated area after identification and verification

    分区水平K/m·d−1垂向/m·d−1给水度分区水平K/m·d−1垂向K/m·d−1给水度
    10.150.000 100.04083.000.000 300.23
    20.150.000 100.04090.850.000 150.30
    32.800.000 180.070100.750.000 150.30
    43.000.000 300.230113.000.000 500.35
    515.501.500 000.200120.500.000 100.25
    60.150.000 150.045135.000.000 500.35
    73.000.000 300.230
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    表 3  识别验证后模拟区岩溶水渗透系数和贮水系数赋值

    Table 3.  Values of permeability coefficient and storage coefficient of karst water in the simulated area after identification and verification

    分区水平K/m·d−1垂向K/m·d−1弹性储水率/m−1
    015.0104.006.0×10−4
    15.00.505.0×10−4
    24.50.453.0×10−4
    32.50.252.5×10−4
    42.80.283.0×10−5
    52.00.205.5×10−4
    62.30.213.5×10−5
    74.00.405.0×10−5
    84.50.809.5×10−5
    94.00.205.0×10−5
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    表 4  模拟开采10年地下水量均衡分析表

    Table 4.  Equilibrium analysis of groundwater amount in simulated mining for 10 years

    均衡项流入流出量/万m3·d−1流入流出量/万m3·年−1百分比/%
    补给项孔隙水降水入渗量6.802 482.0083.64
    河流入渗量0.28102.203.44
    灌溉入渗量0.85310.2510.46
    侧向流入量0.2073.002.46
    小计8.132 967.45100
    岩溶水降雨入渗量0.58211.706.61
    河道渗漏量2.55930.7529.04
    侧向径流量0.65237.257.40
    越流补给量5.001 825.0056.95
    小计8.783 204.70100
    排泄项孔隙水农业开采量1.50547.5023.08
    越流排泄量5.001 825.0076.92
    小计6.502 372.50100
    岩溶水水源地集中开采量3.501 277.5041.18
    分散开采量5.001 825.0058.82
    小 计8.503 102.50100
    孔隙水补排差1.63594.95/
    岩溶水补排差0.28102.20/
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出版历程
收稿日期:  2023-04-20
修回日期:  2023-07-28
录用日期:  2023-07-28
刊出日期:  2023-10-25

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