黑河中游地下水数值模拟模型

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1、黑河中游地下水数值模拟模型第1章绪论1.1研究背景位于黑河中游的张掖地区为甘肃省河西走廊继石羊河流域后亟待开发的重点区域，为农牧业发达地区，自古享有美誉金张掖；位于下游的额济纳与蒙古共和国接壤，酒泉卫星发射中心正位于此，额济纳绿洲既是阿拉善平原戈壁沙漠中极其宝贵的绿色屏障，又是当地居民和国防边防赖以生存的依托。可见，黑河流域的健康稳定发展不仅有利于当地居民，更是民族团结、北方地区生态良好、国防稳定的有力保障。但是黑河流域的水资源处于供给难以满足需求的状态，特别是中下游地区还极度干旱，中下游之间的用水矛盾已存在了相当长的一段时间。从上

2、世纪六十年代开始，由于中游人口迅速增长及经济蓬勃发展，对水土资源开发过度，进一步掠夺进入下游的水量，造成严重的河湖干涸、林木死亡、草场退化、沙尘暴肆虐等生态问题，愈加激化省际水事矛盾。下游额济纳历任领导不断向国务院、水利部上访要水；1997年国务院审批了黑河九七分水方案，但由于地方利益之争并未落实；2000年，央视专题片《沙起额济纳》引起了国务院的重视，8月起开始实施了国家分水方案，2002-2004连续三年进水，终于使干涸10年的居延海有所恢复。由此可见，黑河流域水资源供需矛盾十分尖锐，不仅存在人、经济和生态用水之间的矛盾，还存在

3、不同行政区间的用水矛盾。虽然已实施了国家分水方案，但这些问题并未完全解决，并且由于调水出现了新的水资源利用方式，会促使生成新的黑河流域水循环模式。因此，构建适用于黑河流域、能模拟现行调水行为的地下水模型对于研究黑河流域水资源配置和开发利用有重要的支撑作用。.1.2研究现状针对不同的水体、不同目的的研究，国内外地下水研究方法有解析法、水均衡法、数值模拟法、相关分析法等二十多种[1]。数值模拟法诞生于20世纪60年代，首先由斯图尔曼（R.）、有限差分法（FDM）、有限分析法（FAM）和边界元法（BEM）[2]。我国对地下水流数值模拟的研

4、究开展得较晚，起步于20世纪70年代初，发展到现在有了很大的飞跃，现已接近国际水平。目前我国地下水数值模拟的应用已能够满足国民经济建设的各种需求，应用范围包含与地下水有关的各个领域。国内基本已开发出了各类盛行的主流模型，适用于多种多样的地质条件，包括二维的、三维的和准三维的，国外各类数值方法在国内也应用广泛。在取得了众多成果的同时，我们仍面临不可忽视的问题：过度依赖于模拟技术而忽略了对基础理论的实验研究和具体地质条件的研究；过度追求模拟结果的可视化程度及最新软件，而轻视分析模拟区域的实际情况、概化和建立水文地质概念模型、识别与校验数

5、值模型；研究成果多数是跟踪性的，理论成果少，原始创新成果更少；建了很多模型，却很少分析讨论效果如何；很多学者不考虑当前面临的实际问题，也不太关注当前国际上的热点或前沿课题的动态，而只专注于改进数学模型的研究[3]。.第2章研究区域概况2.1自然地理概况黑河流经青海省、甘肃省和内蒙古自治区，地理位置大致介于98°-101°30′E，38°-42°N之间（如图2.1）。黑河流域面积约14.3万km2，包括35条河流，但其中部分支流由于取水的不断增加而被消耗殆尽，不再汇入黑河干流。黑河流域分为三

6、个独立的子水系：东部子水系即黑河干流水系，由黑河干流、梨园河及东起山丹瓷窑口、西至高台大板河的20多条沿山小支流组成，面积11.6万km2，涉及三省（自治区）用水，矛盾集中，是本文研究的主要范围；中部子水系由马营河、丰乐河诸小河组成，面积0.6万km2；西部子水系由讨赖河、洪水河组成，面积2.1万km2[32]。黑河发源于祁连山北麓，干流全长821km，流程跨越三种不同的自然地理环境。上游为出山口至莺落峡，河道长303km，面积1.0万km2，为山区气候，植被茂盛，降水量350mm/a，是黑河流域的产流区，以出山口径流量最大，富含水

7、能资源。中游为莺落峡至正义峡，河道长185km，面积2.56万km2，地处平原，光照充足，蒸发量有1410mm/a，降水量仅140mm/a，气候干旱，是依赖灌溉的农业经济区，也是流域中最主要的河川径流利用区[33]。下游为正义峡以下，黑河流入阿拉善平原，流至中蒙边境，东、西居延海为其尾闾，河道长333km，面积8.04km2，大部分为沙漠和戈壁，仅河流沿岸及居延三角洲有一定植被，东西两面分别被巴丹吉林沙漠和马鬃山剥蚀低山所围绕，降水量仅47mm/a，蒸发量却高达2250mm/a，干旱指数达47.5，气候极为干燥，属极端干旱区，经常有

8、风沙肆虐。本文搭建的地下水数值模拟模型的模拟范围是黑河中游，其在黑河流域中的地理位置如图2.2所示。.2.2社会经济状况黑河流域跨三省（自治区）、十一个县（市、旗）和一个国防科研基地。在流域上游山区居住着藏族、裕固族、回族等少数民族，