黄河三角洲湿地生态系统地下水运动的数值模拟

论文摘要

黄河三角洲湿地内自然资源丰富,具有重大的科研价值和生态意义。当前,受人口不断增长、工农业发展等人为因素和自然因素的影响,黄河三角洲湿地生态环境日益恶化,湿地面积持续萎缩、质量下降,湿地的生态服务功能退化十分明显。为给黄河三角洲湿地的合理开发利用和科学管理提供依据。本文中采用数值模拟方法建立黄河三角洲湿地系统的浅层地下水运动模型。进行数值模拟前首先对黄河三角洲湿地地区进行了水文地质调查工作,建立黄河三角洲湿地系统的浅层地下水运动概念模型,进而构建代表该地区地下水运动的数学模型。本文中使用地下水模拟系统(GMS)中的Modflow模块对所建立的数学模型求解。在对所建立模型进行识别和验证后建立了研究区水质模型,并进行了模型的预测。本次工作所建立的数学模型与其他科学工作者所建模型相比,研究区范围更广,所考虑的影响因素也较全面。模型经过校正和验证,计算误差符合国家标准,可以反映研究区地下水系统运动特征,通过参数识别,可以将研究区水文地质参数分为10个区。研究区计算期内水量达到均衡,其中降水和蒸腾蒸发是研究区地下水系统主要的源汇项。针对黄河三角洲湿地系统地下水质的特点,应用MT3D建立研究区氯离子运移模型,模拟了氯离子的变化规律。结果表明研究区内氯离子浓度在空间上的变化是从内陆向海边愈来愈高,时间上变化是随着时间的推移呈现升高趋势,造成上述情况的主要原因是海水入侵和蒸腾蒸发作用。模型预测中首先做了5年的长期预测,然后预测黄河水量、降水变化后以及风暴潮影响下研究区地下水体的变化。其中,黄河持续断流和风暴潮对地下水位的影响比较明显,容易破坏黄河三角洲湿地的生态环境。在同等水文变化条件下,降水增加会使研究区域内氯离子浓度减小,风暴潮会造成沿海一线氯离子浓度的增加。最后,针对可能会对黄河三角洲湿地生态系统造成破坏的影响因素提出了相应的防范措施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的意义
• 1.1.1 黄河三角洲湿地的生态重要性
• 1.1.2 黄河三角洲湿地面临的问题
• 1.1.3 研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究动态
• 1.2.1 国内研究动态
• 1.2.2 国外研究动态
• 1.3 地下水流数值模拟
• 1.3.1 地下水流数值模拟的发展
• 1.3.2 建立地下水系统数学模型的基本步骤
• 1.3.3 主要数值方法
• 1.4 研究内容
• 1.5 地下水模拟系统（G MS）
• 第二章 研究区概况
• 2.1 自然地理概况
• 2.1.1 研究区地理位置
• 2.1.2 气候条件
• 2.1.3 降水
• 2.1.4 蒸发
• 2.2 研究区水文地质概述
• 2.2.1 地貌特征
• 2.2.2 研究区水文地质条件概述
• 2.2.3 研究区地下水系统特征
• 小结
• 第三章 黄河三角洲湿地地下水流数值模拟
• 3.1 研究区概念模型
• 3.1.1 含水层结构
• 3.1.2 研究区边界概化
• 3.1.3 研究区源汇项概化
• 3.2 数学模型的建立及求解
• 3.2.1 地下水系统数学模型
• 3.2.2 求解
• 3.3 黄河三角洲地下水运动的数值模拟
• 3.3.1 初始条件
• 3.3.2 边界条件的输入
• 3.3.3 水文地质参数
• 3.3.4 源汇项处理
• 3.3.5 时间离散
• 3.3.6 模型网格剖分
• 3.3.7 子程序包选择
• 3.3.8 算法选择
• 3.4 模型的识别校证
• 3.4.1 拟合流场分析
• 3.4.2 地下水流场分析
• 3.4.3 模型的校证
• 3.4.4 误差分析
• 3.5 水均衡分析
• 小结
• 第四章 黄河三角洲湿地地下水水质模型
• 4.1 模块化的三维运移模型（MT3DMS）
• 4.1.1 MT3DMS的基本方程
• 4.1.2 对流弥散方程的求解
• 4.1.3 MT3DMS的模块结构
• 4.2 黄河三角洲湿地水质模型的概化
• 4.3 水质模型的数据输入
• 4.3.1 应力期的选择
• 4.3.2 定义溶质
• 4.3.3 子程序包的选择
• 4.3.4 初始条件
• 4.3.5 边界条件
• 4.3.6 模型参数
• 4.4 水质模型的识别和验证
• 4.5 氯离子变化趋势
• 小结
• 第五章 模型预测
• 5.1 长期预测
• 5.2 气象条件变化下的地下水变化趋势
• 5.2.1 地下水位的变化
• 5.2.2 地下水质的变化
• 5.3 黄河断流情况
• 5.3.1 短时段断流
• 5.3.2 持续断流
• 5.4 黄河水位上升
• 5.5 风暴潮
• 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果
• 致谢