典型内陆湖区地下水数值模拟及其主控因子识别

于晓露, 宋健, 林锦, 吴剑锋, 吴吉春. 典型内陆湖区地下水数值模拟及其主控因子识别[J]. 水文地质工程地质, 2022, 49(6): 24-33. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202111044
引用本文: 于晓露, 宋健, 林锦, 吴剑锋, 吴吉春. 典型内陆湖区地下水数值模拟及其主控因子识别[J]. 水文地质工程地质, 2022, 49(6): 24-33. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202111044
YU Xiaolu, SONG Jian, LIN Jin, WU Jianfeng, WU Jichun. Controlling factors identification of groundwater system evolution based on numerical simulation in the typical arid-inland basin[J]. Hydrogeology & Engineering Geology, 2022, 49(6): 24-33. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202111044
Citation: YU Xiaolu, SONG Jian, LIN Jin, WU Jianfeng, WU Jichun. Controlling factors identification of groundwater system evolution based on numerical simulation in the typical arid-inland basin[J]. Hydrogeology & Engineering Geology, 2022, 49(6): 24-33. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202111044

典型内陆湖区地下水数值模拟及其主控因子识别

  • 基金项目: 国家自然科学基金项目(41772254)
详细信息
    作者简介: 于晓露(1997-),女,硕士研究生,主要从事水资源模拟优化研究。E-mail:xlyu@smail.nju.edu.cn
    通讯作者: 吴剑锋(1971-),男,博士,教授,主要从事地下水模拟优化管理方面的研究。E-mail:jfwu@nju.edu.cn
  • 中图分类号: P641.2

Controlling factors identification of groundwater system evolution based on numerical simulation in the typical arid-inland basin

More Information
  • 地下水资源是推动干旱区社会经济发展的基础动力,也是影响内陆湖泊及周边生态环境的关键因素。内蒙古黄旗海盆地作为干旱区内陆河流域的典型,近年来地下水水位不断下降,黄旗海湖区面积持续减小,甚至面临干涸的风险。为定量分析黄旗海盆地地下水资源时空演变及黄旗海湖水-地下水的转化关系,利用数值模拟技术构建黄旗海盆地地下水流数值模型,利用该区2010—2016年水位长观数据对模型进行识别和验证。模拟结果表明,模拟期黄旗海盆地地下水储量累计亏空达1.5×108 m3,地下水过度开采是该区水资源呈现负均衡的根本原因。在此基础上,采用Sobol全局敏感性分析方法进一步识别影响该区地下水资源演变的主要控制因素,分别利用湖水位、湖泊渗漏量、地下水储存量和地下水补给湖水量等4个目标函数对影响地下水系统演变的8个主要参数进行敏感性评估。结果显示,不同参数对不同目标的敏感性差异明显,前2个目标主要受渗透系数与湖床渗漏速率的影响,后2个目标主要受人工开采和降雨灌溉补给的影响,而超采地下水则是该区地下水资源枯竭及黄旗海湖泊面积萎缩的主控因素。本研究结果可为黄旗海盆地地下水资源可持续利用及周边生态环境保护提供技术支撑与决策依据。

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  • 图 1  黄旗海流域地形及典型水文地质剖面图

    Figure 1. 

    图 2  水文地质概念模型

    Figure 2. 

    图 3  黄旗海盆地渗透系数分区图

    Figure 3. 

    图 4  观测孔位置分布图

    Figure 4. 

    图 5  模拟水位与观测水位的相关性

    Figure 5. 

    图 6  典型井观测水位与模拟水位对比曲线图

    Figure 6. 

    图 7  黄旗海盆地模拟期始末流场对比图

    Figure 7. 

    图 8  黄旗海盆地地下水储量累计变化

    Figure 8. 

    图 9  黄旗海湖面面积年际变化

    Figure 9. 

    图 10  不同目标函数下参数敏感度结果及置信区间

    Figure 10. 

    表 1  模型源汇项参数取值范围

    Table 1.  Values assigned to the source and sink terms

    源汇项数值
    降雨入渗补给系数0.04~0.21
    最大蒸发速率/(m·d−10.0001~0.00082
    极限蒸发深度/m5
    田间灌溉补给系数0.288
    开采强度/(m3·d−10.2×104~58.3×104
    湖底垂向渗透系数/(cm·s−17×10−6
    湖面蒸发速率/(m·d−10.00321
    湖面降水速率/(m·d−10.0006
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    表 2  地下水均衡表

    Table 2.  Water budget of the aquifer system

    时间流入/(107 m3总流入
    /(107 m3
    流出/(107 m3总流出
    /(107 m3
    储变量
    /(107 m3
    降水灌溉补给侧向补给湖泊渗漏蒸散发地下水补给湖泊开采量
    2010年4月—2010年10月3.6251.9580.00735.5913.1370.5393.4497.125−1.535
    2010年10月—2011年4月1.4081.8730.00213.2841.0890.5860.8632.5380.746
    2011年4月—2011年10月1.8111.3780.00253.1922.5350.5784.1367.250−4.059
    2011年10月—2012年4月0.8841.3780.00182.2640.9010.5891.2842.774−0.510
    2012年4月—2012年10月4.3021.8320.00176.1362.8040.5874.0907.481−1.345
    2012年10月—2013年4月1.6371.8110.00033.4481.0190.6061.2302.8550.593
    2013年4月—2013年10月3.4861.5260.00075.0123.0900.5953.8307.515−2.503
    2013年10月—2014年4月1.0471.5100.00012.5571.0050.6091.0872.701−0.145
    2014年4月—2014年10月3.1641.3440.00044.5082.5030.5963.8016.90−2.391
    2014年10月—2015年4月0.8841.3350.00052.2200.8360.6021.3392.776−0.556
    2015年4月—2015年10月3.3501.3810.00134.7322.2230.5893.7876.599−1.867
    2015年10月—2016年4月1.5721.4050.00132.9780.7880.5991.0342.4210.557
    2016年4月—2016年10月3.9411.6130.00245.5562.8910.6854.0447.619−2.063
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    表 3  敏感性分析的模型参数与输入量

    Table 3.  Model parameters and their ranges of the input values for the sensitivity analysis

    模型参数或输入缩写代表水文过程取值范围
    地下水侧向补给流量/(m3·a−1LR边界条件1024~96000
    渗透系数/(m·d−1HK地下水流动4.4~92.8
    给水度SY地下水流动0.128~0.24
    地下水抽水量/(m3·d−1GE人工取水0~26525
    面状入渗补给速率/(m·d−1REC气象驱动/农业回灌2.1×10−6~4.7×10−4
    蒸发速率/(m·d−1ET蒸散发8×10−5~2.7×10−3
    最大蒸发深度/mED蒸散发4~6
    湖床渗流速率/(L·d−1LL湖床渗漏2.4×10−3~3.6×10−3
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出版历程
收稿日期:  2021-11-16
修回日期:  2021-12-25
刊出日期:  2022-11-15

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