石嘴山市地下水水质模型的研究及应用
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摘要
本文在对宁夏石嘴山市的水文地质和地下水资源及污染进行系统分析的基础上，建立了石嘴山市地下水水质模型。并采用有限差分法，利用Processing Modflow软件对石嘴山市浅层地下水中污染物的运动进行数值模拟研究。研究成果为预测中水长期灌溉绿化带对地下水质的影响提供了依据。这对缓解城市水资源短缺矛盾，保护地下水水源，改善生态环境具有重要意义。研究成果如下：
(1)将研究区单一潜水和“双层结构”区统一概化成潜水层。并针对研究区水文地质结构复杂的情况，将研究区划分为五个计算亚区。在参考以前研究的基础上，分别计算出各亚区水文地质参数初值并确定边界条件。
(2)建立了石嘴山市地下水水流模型，代入参数初值，利用1992年～1995年地下水位观测值对水流模型进行识别，通过多次调试，反求出反映水文地质参数的渗透系数K和给水度μ。并利用1996年～1999年地下水位观测值对水流模型进行了验证。
(3)建立了石嘴山市地下水水质模型，以氯离子作为模拟离子，利用PMWIN软件中的MT3D对水质模型进行模拟计算，反求出弥散度。通过与实测资料的拟合，对模型进行了校正。
通过对水流模型和水质模型的拟合和检验结果表明，计算值与实测值吻合较好，模型的概化符合实际，各亚区有关参数的取值是合理的。
On the basis of systematical analysis of the conditions of hydrogeology and groundwater pollution and resources in Shizuishan city, Ningxia province, the groundwater quality models were proposed in this paper. The finite difference method was applied to simulate the movement of contaminant in the shallow ground water in Shizuishan city by means of the Processing Modflow software. The research results provided the base for predicting the effect of irrigating the greenwood by using middle-water for a long time. It is of a great significance to protect groundwater resource areas and improve the bio-environ conditions. The main research results are summarized as following:
1. The research area consisted of a single phreatic aquifer and "double-layer structure" aquifer was simplified as a phreatic aquifer, which was divided into five subregions owing to the complexities of hydrogeological structure of the research area. On the foundation of reference researches, the original values of hydrogeological parameter of each subregion were calculated respectively and the boundary conditions were identified.
2. The groundwater flow model in Shizuishan city was presented in this paper. The groundwater flow model into which the initial values of hydrogeological parameters were inputted was calibrated according to the comparison between the calculated values and the observed values of groundwater hydraulic heads from 1992 to 1995, and through much trialing the
hydrogeological parameters such as hydraulic conductivity and storage coefficient were calibrated. At last the groundwater flow model was tested by means of the observed data of groundwater level from 1996 to 1999.
3. The mathematical model of contaminant transportation in groundwater was proposed in this paper. The chlorine ion was used as simulated ion, and using the MT3D package of PMWIN software to simulate the way of the contaminant movement in groundwater to get the diffusive degree. By comparison between the computed data and observed data this model was modified.
The results of numerical simulation show that the calculated values are in good agreement with the observed data, the simplified assumptions are practical, and that some values of hydrogeological parameters in each subregion are rational.
(1)将研究区单一潜水和“双层结构”区统一概化成潜水层。并针对研究区水文地质结构复杂的情况，将研究区划分为五个计算亚区。在参考以前研究的基础上，分别计算出各亚区水文地质参数初值并确定边界条件。
(2)建立了石嘴山市地下水水流模型，代入参数初值，利用1992年～1995年地下水位观测值对水流模型进行识别，通过多次调试，反求出反映水文地质参数的渗透系数K和给水度μ。并利用1996年～1999年地下水位观测值对水流模型进行了验证。
(3)建立了石嘴山市地下水水质模型，以氯离子作为模拟离子，利用PMWIN软件中的MT3D对水质模型进行模拟计算，反求出弥散度。通过与实测资料的拟合，对模型进行了校正。
通过对水流模型和水质模型的拟合和检验结果表明，计算值与实测值吻合较好，模型的概化符合实际，各亚区有关参数的取值是合理的。
On the basis of systematical analysis of the conditions of hydrogeology and groundwater pollution and resources in Shizuishan city, Ningxia province, the groundwater quality models were proposed in this paper. The finite difference method was applied to simulate the movement of contaminant in the shallow ground water in Shizuishan city by means of the Processing Modflow software. The research results provided the base for predicting the effect of irrigating the greenwood by using middle-water for a long time. It is of a great significance to protect groundwater resource areas and improve the bio-environ conditions. The main research results are summarized as following:
1. The research area consisted of a single phreatic aquifer and "double-layer structure" aquifer was simplified as a phreatic aquifer, which was divided into five subregions owing to the complexities of hydrogeological structure of the research area. On the foundation of reference researches, the original values of hydrogeological parameter of each subregion were calculated respectively and the boundary conditions were identified.
2. The groundwater flow model in Shizuishan city was presented in this paper. The groundwater flow model into which the initial values of hydrogeological parameters were inputted was calibrated according to the comparison between the calculated values and the observed values of groundwater hydraulic heads from 1992 to 1995, and through much trialing the
hydrogeological parameters such as hydraulic conductivity and storage coefficient were calibrated. At last the groundwater flow model was tested by means of the observed data of groundwater level from 1996 to 1999.
3. The mathematical model of contaminant transportation in groundwater was proposed in this paper. The chlorine ion was used as simulated ion, and using the MT3D package of PMWIN software to simulate the way of the contaminant movement in groundwater to get the diffusive degree. By comparison between the computed data and observed data this model was modified.
The results of numerical simulation show that the calculated values are in good agreement with the observed data, the simplified assumptions are practical, and that some values of hydrogeological parameters in each subregion are rational.
引文
[1] 西安理工大学，石嘴山市水务局．《石嘴山市水资源可持续利用关键技术研究》2002年．
[2] 宁夏地质环境监测总站．《宁夏回族自治区石嘴山市大武口地区地下水动态观测五年总结报告》1992年．
[3] 石嘴山市城市地下水资源开发利用办公室．《石嘴山市城市地下水资源开发利用管理模式的确立及实践结果评价报告》1993年．
[4] 周彤．污水回用决策与技术．北京：化学工业出版社，2001．
[5] 潘乃礼．地下水水质现状和预测评价的理论与方法．北京：原子能出版社，1995．
[6] 孙衲正．地下水污染—数学模型和数值方法．北京：地质出版社，1989．
[7] 杨金忠等．多孔介质中水分及溶质运移的随机理论．北京：科学出版社，2000．
[8] 孙衲正．地下水流的数学模型和数值方法．北京：地质出版社，1981．
[9] 薛禹群．地下水动力学原理．北京：地质出版社，1986．
[10] 石振华，李传尧等．城市地下水工程与管理手册．北京：中国建筑工业出版社，1993．
[11] 王秉忱，杨天行等．地下水污染—地下水水质模拟方法，北京：北京师范学院出版社，1985
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