CN107180304A - 一种基于袭夺量的沿河水源地评价方法 - Google Patents
一种基于袭夺量的沿河水源地评价方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于袭夺量的沿河水源地评价方法,包括先对沿河地区地下水资源量进行评价,然后通过地下水数值模拟技术建立地下水资源量‑地下水位联动模型,最终建立沿河水资源调控量‑区域地下水位‑沿河水源地开采井袭夺量相关计算关系公式,实现首次采用基于数值模拟技术耦合辛普森公式对拟建水源工程沿河袭夺河水量进行定量化分析与评价,基于该技术方法在地下水资源的评价中具有很好的应用和推广前景。
Description
技术领域
本发明涉及地下水资源评价技术领域,尤其涉及一种基于袭夺量的沿河水源地评价方法。
背景技术
地下水是水资源的重要组成部分,是整个供水资源和生态***的重要支撑,但是,在进行一些工程建设或者开采资源时,都会影响到水资源的存储和供应。
为了合理的进行水资源的取水供应,需要对河道内或在河道附近进行拟建水源工程取水井,在常年开采地下水的同时,降低了区域地下水位,间接增加了河水对地下水的补给量,这个增加的补给量称为抽水井对河水的袭夺量,即开采抽水井对地表河水袭夺量占抽水井设计开采水量的比例(袭夺率)袭夺率的大小,主要取决于该抽水井所处河段的含水层的压力传导系数、抽水井与河道水流的相对位置、抽水井的设计开采水量及抽水历时。而在某一固定河段,则主要取决于抽水井离河道水流的距离及抽水历时,合理的袭夺率,能够合理的进行水资源开采,保持水源的充足供应,因此水资源的定量化分析与评价是十分有必要的。
发明内容
针对上述缺陷或不足,本发明的目的在于提供一种基于袭夺量的沿河水源地评价方法。
本发明的技术方案为:
一种基于袭夺量的沿河水源地评价方法,包括:
1)、根据待评价区域地下水资源的地下水***三维地质概念模型以及实际状况,建立待评价区域地下水流数学模型,确定开采位置;
2)、制定抽水井设计流量,定义抽水井的袭夺率计算公式:
式中:袭夺率P(u)—水源地袭夺河水量W河与开采量W开的比值;Q—抽水井设计流量;Q′—抽水井袭夺河水的增加流量;a—水源地水位传导系数;t—抽水历时;X0—水源地漏斗中心距河流水边的距离;y—抽水影响的河段长;
3)、根据待评价区域地下水流数学模型以及辛普森公式,绘制关系曲线图;
4)、通过实际采集的拟建水源地蓄水期数据、袭夺率计算公式、以及关系曲线图,获取袭夺量W河,根据取袭夺量W河对拟建水源工程以及水资源进行定量化分析与评价。
所述步骤2)中t值的确定:连续抽水并且地下位持续下降,t为从开始抽水到计算时刻的历时;间歇抽水时或补给量大于开采量引起地下水位回升时,t=t1+ti,t1为前次抽水后地下水位回升至某一高度时所用的抽水历时,ti为下一时段抽水历时。
所述步骤3)具体包括:在待评价区域地下水流数学模型中改变开采量W开,根据袭夺率计算公式获得水源地袭夺河水量W河,以及袭夺率P(u);最后根据辛普森公式绘制 关系曲线图。
所述步骤4)具体为:确定水源地漏斗中心距河流水边的距离X0值、抽水历时t,含水层的水位传导系数a,然后计算第第n天的u值最后查关系曲线图求得袭夺率,代入抽水井的袭夺率计算公式反求袭夺量W河。
所述地下水流数学模型:
式中:H——地下水水头;Kx,Ky,Kz—x,y,z方向渗透系数;K—边界法线方向渗透系数;SS—含水层比储水系数;H0—含水层初始水头;q—含水层二类边界单位面积过水断面补给流量;n—渗流区边界的单位外法线方向,矢量;ε—源汇项强度;Г—模拟区域第二类边界;Ω—渗流区域。
与现有技术比较,本发明的有益效果为:
本发明提供了一种基于袭夺量的沿河水源地评价方法,通过地下水数值模拟技术建立地下水资源量-地下水位联动模型,最终建立沿河水资源调控量-区域地下水位-沿河水源地开采井袭夺量相关计算关系公式,实现首次采用基于数值模拟技术耦合辛普森公式对拟建水源工程沿河袭夺河水量进行定量化分析与评价,在地下水资源的评价中具有很好的应用和推广前景。
附图说明
图1是本发明曲线图;
图2是本发明曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细描述。
本发明提供了一种基于袭夺量的沿河水源地评价方法,包括:
1)、根据待评价区域地下水资源的地下水***三维地质概念模型以及实际状况,建立待评价区域地下水流数学模型,确定开采位置;
根据模拟区地下水***水文地质概念模型,建立了计算区内地下水流数学模型。当不考虑弱透水层贮水能力时,浅层潜水和承压水***地下水运动的数学模型概化为三维不稳定流动***,其数学模型如下:
式中:
H——地下水水头(m);
Kx,Ky,Kz——x,y,z方向渗透系数(m/d);
K——边界法线方向渗透系数(m/d);
SS——含水层比储水系数;
H0——含水层初始水头(m);
q——含水层二类边界单位面积过水断面补给流量(m2/d);
n——渗流区边界的单位外法线方向,矢量;
ε——源汇项强度(包括开采强度、入渗强度、蒸发强度等)(1/d);
Г——模拟区域第二类边界;
Ω——渗流区域。
通过建立该地区的地下水三维流数值模型,来对不同开采地下水量条件下的地下水位进行模拟预测,建立二者之间的相关关系,为下一步沿河水源地水井袭夺量的计算建立数值关系储备。
2)、制定抽水井设计流量,定义抽水井的袭夺率计算公式,当抽水井离河边较近,并且抽水井开采的地下水层与河水有直接的水力联系时,抽水井的袭夺率可以用下式计算公式:
式中:P(u)—水源地袭夺河水量W河与开采量W开的比值(袭夺率);
Q—抽水井设计流量;
Q′—抽水井袭夺河水的增加流量;
a—水源地水位传导系数,m2/d;
t—抽水历时,d;
X0—水源地漏斗中心距河流水边的距离,m;
y—抽水影响的河段长,m。
从公式可以看出,影响袭夺河水量的主要因素是和开采量W开。
其中,参数的确定:
(1)X0值的确定
本水源地由于开采井大部分都在主河床里面,蓄水期被淹没,在地表河水垂直入渗补给情况下,本次计算采取引用塌坝期开采井群条件下最大影响半径值的一半,作为群井群采的比拟漏斗中心距河流水边的距离。
(2)t值的确定
连续抽水并且地下位持续下降,t为从开始抽水到计算时刻的历时;间歇抽水时或补给量大于开采量引起地下水位回升时,t=t1+ti,t1为前次抽水后地下水位回升至某一高度时所用的抽水历时,ti为下一时段抽水历时。
(3)a值的确定
a值为含水层的水位传导系数;
3)、根据待评价区域地下水流数学模型以及辛普森公式,如图1所示,绘制关系曲线图;具体包括:在待评价区域地下水流数学模型中改变开采量W开,根据袭夺率计算公式获得水源地袭夺河水量W河,以及袭夺率P(u);最后根据辛普森公式绘制关系曲线图。
日开采量W开为常数,X0、a、t,为已知参数,由于沿河水源地袭夺河水量的微分方程式无法直接求解。辛普森用数理解法求得了一条关系曲线,对于某一河段含水层a值可采用常数,则P(u)随X0的增大而急剧减小,随t的增长而急剧增大。
4)、通过实际采集的拟建水源地蓄水期数据、袭夺率计算公式、以及关系曲线图,获取袭夺量W河,根据取袭夺量W河对拟建水源工程以及水资源进行定量化分析与评价。
具体为:确定水源地漏斗中心距河流水边的距离X0值、抽水历时t,含水层的水位传导系数a,然后计算第n天的u值最后查关系曲线图求得袭夺率,代入抽水井的袭夺率计算公式反求袭夺量W河。
示例性的:
拟建水源地在橡胶坝蓄水期设计开采情况如下:X0=116m,a=1333m2/d。分别求抽水的第1天、第2天、第3天、……第n天的u值查相关图求得袭夺率,代入公式反求袭夺量W河。
例①解:第1天袭夺率的计算:
查相关图求得袭夺率P(u)=12%;
例②解:第2天袭夺率的计算:
查相关图求得袭夺率P(u)=23%;
以此类推,水源地在设计开采量条件下,推求出的相关关系曲线如图2所示,计算值如表1所示:
表1计算分析值表
由表1、图2可知,拟建水源地取水井在连续开采第14天时,其水资源总量的83%来自于地表河水的袭夺量,由此可知在含水层赋水能力一定的条件下,拟建水源地长期开采条件下其开采水量80%以上来自于地表河水垂直入渗量。
本方法研究基于数值模拟技术耦合辛普森公式的沿河水源地袭夺量计算方法进行评价,通过使用GMS数值模拟技术软件实现了在研究区进行了地下水资源的地下水位与地下水资源量的相关变化关系研究,再此基础上建立相关曲线图,最终得出袭夺量W河与W开之间存在着固定的函数关系,该函数关系与辛普森用数理解法求得关系曲线具有高度拟合关系,因此采用基于数值模拟技术耦合辛普森公式对拟建水源工程沿河袭夺河水量进行定量化分析与评价。实际应用表明基于该技术方法在地下水资源的评价中具有很好的应用和推广前景。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于袭夺量的沿河水源地评价方法,其特征在于,包括:
1)、根据待评价区域地下水资源的地下水***三维地质概念模型以及实际状况,建立待评价区域地下水流数学模型,确定开采位置;
2)、制定抽水井设计流量,定义抽水井的袭夺率计算公式:
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式中:袭夺率P(u)—水源地袭夺河水量W河与开采量W开的比值;Q—抽水井设计流量;Q′—抽水井袭夺河水的增加流量;a—水源地水位传导系数;t—抽水历时;X0—水源地漏斗中心距河流水边的距离;y—抽水影响的河段长;
3)、根据待评价区域地下水流数学模型以及辛普森公式,绘制关系曲线图;
4)、通过实际采集的拟建水源地蓄水期数据、袭夺率计算公式、以及关系曲线图,获取袭夺量W河,根据取袭夺量W河对拟建水源工程以及水资源进行定量化分析与评价。
2.根据权利要求1所述的基于袭夺量的沿河水源地评价方法,其特征在于,所述步骤2)中t值的确定:连续抽水并且地下位持续下降,t为从开始抽水到计算时刻的历时;间歇抽水时或补给量大于开采量引起地下水位回升时,t=t1+ti,t1为前次抽水后地下水位回升至某一高度时所用的抽水历时,ti为下一时段抽水历时。
3.根据权利要求1所述的基于袭夺量的沿河水源地评价方法,其特征在于,所述步骤3)具体包括:在待评价区域地下水流数学模型中改变开采量W开,根据袭夺率计算公式获得水源地袭夺河水量W河,以及袭夺率P(u);最后根据辛普森公式绘制关系曲线图。
4.根据权利要求1所述的基于袭夺量的沿河水源地评价方法,其特征在于,所述步骤4)具体为:确定水源地漏斗中心距河流水边的距离X0值、抽水历时t,含水层的水位传导系数a,然后计算第第n天的u值最后查关系曲线图求得袭夺率,代入抽水井的袭夺率计算公式反求袭夺量W河。
5.根据权利要求1所述的基于袭夺量的沿河水源地评价方法,其特征在于,所述地下水流数学模型:
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式中:H——地下水水头;Kx,Ky,Kz—x,y,z方向渗透系数;K—边界法线方向渗透系数;SS—含水层比储水系数;H0—含水层初始水头;q—含水层二类边界单位面积过水断面补给流量;n—渗流区边界的单位外法线方向,矢量;ε—源汇项强度;Г—模拟区域第二类边界;Ω—渗流区域。
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