北京市平原区地下水回灌数值模拟研究

论文摘要

随着城市化进程加快、人口数量剧增，北京市水资源紧缺问题日益突出。为满足用水需求，北京市对地下水的开采力度不断加大，导致地下水超采现象越来越严重。在南水北调中线工程将于2014年开始每年向京调水10×108m3的背景下，北京市的供水结构将迎来新变化，也为通过地下水回灌等措施来恢复北京市的地下水水位提供了可能。但是，南水北调来水过程与北京市消纳吸收能力的匹配情况，适宜的回灌地点、回灌形式、回灌效果等问题，尚需要开展相应的研究，也是本文的主要研究内容。本文对北京市平原区的水文地质特征作了详细阐述，通过对地质结构、含水层结构和边界条件的概化，利用地下水数值模拟软件FEFLOW建立了研究区域的三维潜水含水层地下水水流数值模型。利用1992年的地下水水文数据对模型进行了率定，确定了模型中的各项水文地质参数，利用2000年的地下水水文数据对模型进行了验证，模拟得到的潜水水位与实测值拟合较好。根据对北京市未来水资源供需量、地下水开采形势的分析预测，拟定了不同水平年下27种地下水回灌情景方案，利用水流数值模型对各方案进行水流模拟。在水量模拟分析基础上，建立溶质运移模型，进行典型方案的水质情景模拟。研究结果表明，在不超过回灌能力的情况下，各地下水水库的地下水回灌量越大，回灌影响面积越广、水位上升越高；永定河地下水库处的回灌对平原区地下水位的恢复效果最好；在丰水年、平水年和枯水年条件下的各回灌方案中分别分析得到三种回灌效果较好的方案，模拟得到2023年末潜水地下水相对无回灌的情况，最高水位分别提高了24.65m、29.79m和23.63m，最低水位分别提高了7.26m、5.47m和5.38m。典型回灌方案的水质模拟中，在无其他严重外来水质污染源的情况下，不考虑地下水中的吸附和生物降解作用，地下水回灌水质在一年内将对回灌处周围约58km2以内的潜水地下水产生影响；回灌水中的TDS和硝酸盐氮浓度会随地下水系统中的运移，通过对流扩散、水动力弥散作用逐渐降低，总硬度也会随着地下水系统中的运移降低临近区域的相应浓度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究目的和意义
• 1.3 文献综述
• 1.3.1 地下水回灌技术的国内外应用研究
• 1.3.2 地下水模拟技术和模型
• 1.4 研究内容和方法
• 1.5 研究技术路线
• 第2章 研究区域概况
• 2.1 地形地貌特征
• 2.2 气象水文特征
• 2.2.1 气象特征
• 2.2.2 水文特征
• 2.3 地质基础特征
• 2.3.1 地质构造
• 2.3.2 地层结构
• 2.4 第四系地质特征
• 2.5 地下水赋存特征
• 2.6 地下水的补排特征
• 2.6.1 地下水补给来源
• 2.6.2 地下水排泄途径
• 2.7 地下水水质
• 2.8 地下水动态特征
• 2.8.1 地下水水位的年内动态变化
• 2.8.2 地下水水位的年际动态变化
• 第3章 地下水数值模型建立
• 3.1 水文地质概念模型
• 3.1.1 含水层结构概化
• 3.1.2 地下水水力特征
• 3.1.3 含水层边界条件概化
• 3.2 地下水系统数学模型
• 3.3 地下水流数值模型
• 3.3.1 区域剖分及分层
• 3.3.2 初始条件
• 3.3.3 地下水补给
• 3.3.4 地下水消耗
• 3.3.5 水文地质参数
• 3.3.6 模型调试和验证
• 第4章 地下水系统回灌模拟
• 4.1 供需水量分析和预测
• 4.1.1 供需水量发展现状
• 4.1.2 未来供需水量预测
• 4.1.3 小结
• 4.2 地下水开采形势分析
• 4.2.1 总开采量变化
• 4.2.2 不同类型开采井变化
• 4.2.3 地下水超采和漏斗
• 4.3 未来地下水开采和回灌方案模拟
• 4.3.1 情景分析
• 4.3.2 丰水年方案
• 4.3.3 平水年方案
• 4.3.4 枯水年方案
• 4.4 地下水回灌方案分析和总结
• 4.4.1 回灌水量的影响分析
• 4.4.2 回灌位置的影响分析
• 4.4.3 回灌方案小结
• 第5章 地下水回灌的水质影响分析
• 5.1 回灌用水的水质分析
• 5.1.1 南水北调中线来水水质
• 5.1.2 再生水水质
• 5.1.3 小结
• 5.2 回灌方案的水质模拟
• 5.2.1 模拟条件设定
• 5.2.2 情景分析
• 5.3 小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果