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《武汉大学》 2017年
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河套灌区井渠结合地下水数值模拟及水资源预测分析

余乐时  
【摘要】:河套灌区是我国三大灌区之一,由于地处干旱-半干旱气候区,长期以来只能利用黄河水进行灌溉。随着黄河沿线水资源供需矛盾逐渐突出,河套灌区迫切需要采取节水措施,以保证灌区的持续发展。井渠结合联合地下水和地表水共同灌溉,减少了地表水消耗,是一种可行有效的节水灌溉模式。井渠结合后,灌区内的地下水系统将发生较大的变化,可能对当地的生态环境造成不利影响,需要对井渠结合之后河套灌区地下水系统各种变化特征加以预测分析,保证河套灌区可持续发展。本文利用Visual MODFLOW地下水模拟软件,研究和分析河套灌区的地下水变化特征,通过现场试验、历史资料分析以及相关文献收集得到了河套灌区地理水文信息、地下水水位、地质资料、气象数据、灌溉排水数据等资料,建立河套灌区地下水数值模型,预测分析井渠结合后地下水各项特征,为河套灌区井渠结合规划布置提供理论参考。本文的主要研究内容及结论如下:(1)建立了基于Visual MODFLOW软件的河套灌区地下水三维数值模型,通过模型率定及实测资料验证获得灌区内的各项水文地质参数。河套灌区灌溉用水生育期的综合入渗系数为0.281,秋浇期为0.344,全年平均为0.301,降雨入渗系数为0.1。给水度在0.02~0.06之间,弹性释水系数为0.000005 m-1~0.00005m-1之间,渗透系数总体趋势为南部大,北部小,数值在2.0m/d~13.0m/d之间。通过地下水流场、地下水位以及地下水均衡多方面对模型进行评估,模型准确合理,可用于对井渠结合后河套灌区的地下水动态特征进行预测分析。(2)井渠结合后地下水位下降幅度主要受单个井渠结合井灌区面积、灌溉定额、周边补给条件等因素的影响。本文通过设置不同的方案进行对比,得到不同方案的井渠结合井灌区地下水降深,拟合得到井渠结合井灌区地下水降深与井渠结合井灌区面积以及灌溉定额的函数关系。结果表明,井渠结合井灌区地下水降深与井渠结合井灌区面积为幂函数关系、与灌溉定额为二次函数关系,随着面积增大而增大,但增长速度趋缓;随着灌溉定额的增加而增加,且增长速度趋急。(3)井渠结合后,冻融期、生育期和秋浇期三个时期井渠结合区地下水流场特征为:冻融期流场整体趋势无变化;生育期井渠结合井灌区生育期和秋浇期地下水形成明显的下降漏斗。受地下水整体流场影响,降落漏斗均不在井渠结合井灌区中心,而是稍向北或东方向偏移。在周围地下水水平补排状况良好、井渠结合井灌区灌溉定额为196m3/亩、秋浇两年进行一次、单个井渠结合井灌区面积为9375亩,非井渠结合区和井渠结合渠灌区节水10%的条件下,河套灌区全区、井渠结合区、井渠结合井灌区和井渠结合渠灌区地下水位分别平均下降0.43m、1.16m、1.44m、1.07m,地下水平均埋深变为2.13m、2.86m、3.03m、2.68m。(4)河套灌区采取节水措施后,减少引黄水量8.08亿m3左右。全区年均潜水蒸发量为11.60亿m3,减少约3.77亿m3,井渠结合井灌区和井渠结合渠灌区潜水蒸发分别减小66.5%、43.2%,是最主要的节水来源。灌区地下水每年开采量1.76亿m3左右,年均入渗补给量为11.45亿m3,减少约2.55亿m3,依旧是地下水最主要的补充来源。井渠结合前后排水量、黄河侧渗量和湖泊侧渗量有轻微的波动,但变化量较小。(5)通过观测咸水区和淡水区边界处示踪粒子的运动轨迹,发现模型运行5年后,示踪粒子的运动距离为0.5m~1.1m左右,运动方向为淡水区流向咸水区,因此不会发生咸淡水界面往淡水区移动的情况,井渠结合区地下水长期开采使用。(6)地下水模型中,地下水平均水位对参数的敏感性由强到弱依次为潜水蒸发系数、灌溉入渗系数、土地利用系数、降雨入渗系数、给水度、渗透系数。地下水变幅对各参数的敏感性由强到弱依次为潜水蒸发系数、灌溉入渗系数、土地利用系数、渗透系数、给水度、降雨入渗系数。地下水位对潜水蒸发系数和灌溉入渗系数双参数敏感性弱,地下水变幅则敏感性强。
【学位授予单位】:武汉大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:S274

【参考文献】
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