利比亚Wadi Bay地区地下水资源合理开发利用研究

论文摘要

利比亚位于非洲北部,是举世闻名的沙漠之国,撒哈拉沙漠为利比亚提供了丰富的石油资源,但干旱的气候条件使利比亚地表水资源极其缺乏,地下水便成为重要的供水水源。自20世纪60年代以来,为满足北部沿海地区经济与农业发展,加之对地下水循环规律与水资源的可持续利用认识不足,地下水长期遭受过量开采,导致含水层枯竭以及沿海地区海水入侵,使利比亚陷了水量和水质双重缺水的困境。为理解并解决这些水环境地质问题,利比亚政府开始研究北部沿海地区有限地下水资源的合理开发利用。因此,本文以利比亚北部Wadi Bay地区为例,通过分析地下水资源开发利用现状及区域地下水循环特征,利用地下水流数值模拟技术,对该区地下水资源的合理开发利用进行研究。本研究不仅能为利比亚经济与农业发展提供理论指导,也对地下水资源的可持续利用与水环境灾害的防治具有重要的现实意义。本文在系统分析Wadi Bay地区地质与水文地质条件的基础上,分析了研究区的地层岩性与结构、含水层分布和地下水系统。选取浅层始新世灰岩含水层与深层早白垩系. KiKlah砂岩含水层作为主要研究对象。结合研究区特有的气象、水文等特点分析了地下水系统的补给、径流、排泄条件。根据研究区内地质剖面及深层钻孔资料,运用GMS软件建立了Wadi Bay地区三维地质结构模型,从不同角度与剖面直观展示了各地层及含水层的空间展布规律。在此基础上,对含水层的边界条件、水力特征等进行研究概化,将地下水系统概化为非均质各向同性三维非稳定流,建立了研究区的水文地质概念模型。分析了深浅含水层地下水中TDS及地下水化学类型的空间分布,含水层主要离子的空间演化特征,发现浅层与深层地下水TDS及主要离子含量均随距海距离的减小而增加,并存在突变现象。运用Piper三线图示法、矿物饱和指数、离子比例系数法、描述性统计与同位素证据等方法研究了Wadi Bay地区地下水化学特征的形成作用。浅层地下水化学特征突变主要受沉积古咸水的影响；深层地下水化学组分特征在近海50 km附近迅速升高主要受现代海水与地下水混合作用的影响。建立了研究区地下水流动系统的数值模型,采用Visual MODFlow软件对数学模型求解,对模型参数进行校正,确定了合理的水文地质参数分区及参数值。选择渗透系数、给水度(弹性释水系数)以及降雨入渗系数采用局部灵敏度分析方法对各参数进行了灵敏度分析,结果显示：渗透系数的变化对模型输出的影响最大。根据地下水数值模型模拟结果,分析了各含水层现状条件下地下水均衡状况,浅层与深层地下水现状年均为负均衡。利用模型识别后的水文地质参数对研究区地下水资源量进行计算。采用皮尔逊Ⅲ型曲线进行频率分析,计算了降雨保证率为P=25%、P=50%、P=75%、及多年平均降雨量时的降水入渗补给量。多年平均情况下研究区地下水资源总补给量为16.7万m3/d。运用均衡法计算多年平均情况下浅层地下水可开采资源量为3.37万m3/d,深层地下水可开采资源量为3.56万m3/d。通过对地下水开采潜力分析得出,浅层地下水已经处于严重超采状态,深层地下水处于超采状态。根据已建立的地下水流数值模型,制定了3个地下水开采方案,并预报了各开采方案未来10年的地下水流场变化：在扩大开采量(方案1)和现状开采量(方案2)条件下,浅层与深层地下水位均持续下降,原深层地下水位降落漏斗逐渐扩大,并在研究区内部出现新的地下水位降落漏斗；减小开采量至等于允许开采量(方案3)时,深浅层地下水位降幅明显减小,整体地下水位保持稳定或略有上升,但处于各含水层集中开采区的地下水位在预报期内仍呈略微下降趋势,其原因为开采井分布过于密集,使局部地下水量为负均衡所致。针对上述情况提出研究区地下水合理开发利用与保护对策。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 干旱区地下水资源补给研究进展
• 1.2.2 干旱地区地下水资源开发利用与管理研究进展
• 1.2.3 海岸带海水入侵研究进展
• 1.2.4 存在的问题
• 1.3 研究区已有研究程度
• 1.4 研究内容、研究方法及技术路线
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 研究方法与技术路线
• 第2章 研究区概况
• 2.1 Wadi Bay流域与研究区位置
• 2.2 自然地理概况
• 2.2.1 气候
• 2.2.2 水文
• 2.2.3 地形地貌
• 2.3 区域地质概况
• 2.3.1 地层
• 2.3.2 区域地质构造
• 2.3.3 地质结构模型的建立
• 2.4 区域水文地质概况
• 2.4.1 地下水类型与含水层结构
• 2.4.2 地下水循环特征
• 2.4.3 地下水资源利用现状
• 第3章 地下水水化学特征及其演化机制
• 3.1 地下水水化学特征
• 3.2 地下水TDS与水化学类型的区域变化
• 3.2.1 地下水TDS
• 3.2.2 地下水水化学类型
• 3.3 地下水水化学组分的空间变化
• 3.3.1 浅层地下水水化学组分的空间变化
• 3.3.2 深层地下水水化学组分的空间变化
• 3.4 地下水水化学特征形成作用分析
• 3.4.1 溶虑作用
• 3.4.2 蒸发浓缩作用
• 3.4.3 混合作用
• 3.4.4 阳离子交替吸附
• 第4章 地下水水流数值模拟
• 4.1 水文地质概念模型
• 4.1.1 计算范围
• 4.1.2 研究区边界概化
• 4.1.3 含水层水力特征概化
• 4.2 数学模型的建立与求解
• 4.2.1 数学模型的建立
• 4.2.2 数学模型的求解
• 4.2.3 研究区剖分
• 4.3 参数分区及初值
• 4.3.1 含水层渗透系数
• 4.3.2 给水度与弹性释水系数
• 4.4 源汇项的处理
• 4.4.1 大气降水入渗量
• 4.4.2 地下水侧向径流量
• 4.4.3 开采量
• 4.5 数值模拟与模拟结果
• 4.5.1 初始水位与模拟时段
• 4.5.2 模拟结果
• 4.5.3 地下水均衡验证
• 4.6 参数灵敏度分析
• 4.6.1 灵敏度分析的必要性
• 4.6.2 灵敏度分析方法
• 4.6.3 模型参数灵敏度分析与结果分析
• 第5章 地下水资源评价
• 5.1 补给资源量评价
• 5.1.1 大气降水入渗补给量
• 5.1.2 地下水侧向径流补给量
• 5.1.3 地下水补给资源量评价
• 5.2 地下水天然排泄量
• 5.3 储存资源量评价
• 5.4 地下水可开采量估算
• 5.5 地下水开采潜力分析
• 第6章 地下水资源合理开发利用分析
• 6.1 地下水资源开发利用方案设计
• 6.1.1 预报初始条件与预报时段的确定
• 6.1.2 开发利用方案制定
• 6.2 地下水开发利用方案预报
• 6.2.1 方案一预报结果
• 6.2.2 方案二预报结果
• 6.2.3 方案三预报结果
• 6.3 地下水开发利用方案综合分析
• 第7章 结论及建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 参考文献
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果
• 致谢