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1、第25卷第4期自然资源学报Vol.25No.42010年4月JOURNALOFNATURALRESOURCESApr.,2010台兰河流域地下水系统数值模拟1,211,21,23孙栋元,赵成义,魏恒,彭冬梅,张争强(1.中国科学院新疆生态与地理研究所,绿洲生态与荒漠环境重点实验室,乌鲁木齐830011;2.中国科学院研究生院,北京100049;3.新疆生产建设兵团农一师勘测设计院,新疆阿克苏843000)摘要:地下水数值模拟是地下水在多孔介质中分布过程机理的模拟,以流域水量均衡为基础,应用ArcViewGIS与FEFLOW专业地下水模拟软件,根据研究区水文地质勘
2、探资料、抽水试验及地下水水位长期观测资料,建立了内陆河流域二维地下水运动模拟模型。采用Kringing、Aki-ma插值方法和Galerkin有限元三角形网格剖分技术,求解模型,模拟了台兰河流域地下水运动特征。从模拟结果可以看出,所建立的水文地质概念模型和数学模型是正确的,选取的水文地质参数和计算的源汇项基本合理,模拟结果与实测数值比较吻合,符合台兰河流域地下水的实际情况,能够进行该区域地下水的动态预报,可为研究区水资源的合理开发提供科学依据和技术指导。关键词:台兰河流域;地下水;FEFLOW;数值模拟中图分类号:P641文献标志码:A文章编号:1000-303
3、7(2010)04-0636-10在干旱和半干旱区,水资源是最宝贵的自然资源,它不仅是荒漠绿洲形成、发展和稳定[1-2]的基础,也是环境的必要和有机组成部分,更是生态环境的制约因素。而地下水作为水资源的重要组成部分和天然植被赖以生存的重要水源,有时甚至是唯一水源,在干旱区水资[3-6]源开发利用中占据重要的地位。随着干旱内陆河流域水土资源矛盾的日益凸显,再加之地表水资源在时间和空间上分布极不均匀,地下水资源已经成了干旱内陆河流域社会经济发展和生态环境建设必不可少的部分,是干旱区绿洲得以维持和存在的重要依靠,也是研究[7-11]内陆河流域水资源统一调度管理和优化配
4、置的关键要素。由此可见,地下水资源的可持续利用,紧密关系到国民经济的可持续发展和干旱区生态环境的重建。然而如何合理利用好地下水资源,是一个很值得深入探讨的问题。由于内陆河流域从河流源头到下游地区可划分为高山冰雪冻土带、山区植被带、平原绿洲带和下游荒漠带,而降水主要集中在高山冰雪冻土带和山区植被带,山前绿洲带和下游荒漠带降水稀少,基本不产流,因此,出山口径流基本代表了流域的水资源量,且形成与出山口以上的高山冰雪带和山区植被带。山区径流出山口后,在天然情况下部分洪水通过漫溢渗漏补给地下水,其余的通过河道渗漏补给河道两侧的地下水,最终消失于荒漠或尾闾湖中。在水资源大规
5、模开发利用的情况下,人类活动增加了中下游的河道两侧径流的侧枝循环,通[12]过地表径流灌溉和地下水开采,多次垂向交换,最终河水趋于消失。然而随着计算机技收稿日期:2009-06-12;修订日期:2009-12-07。基金项目:国家973项目(2009CB421302);国家科技支撑计划(2007BAC03A0604);国家重点基金项目(40830640);中国科学院知识创新项目(KZCX2-YW-127)。第一作者简介:孙栋元(1978-),男,甘肃民乐人,博士研究生,主要从事荒漠化防治与水文水资源方面的研究工作。E-mail:gsausundy@126.com
6、4期孙栋元等:台兰河流域地下水系统数值模拟637术的高速发展及其在各个学科领域的广泛应用,地下水数值模拟技术也得到了长足进展,国[13-14]内外已经建立了许多城市和地区的地下水数值模拟模型和管理模型,例如MODFLOW、99[15-16]MT3D、VizualMODFLOWF、VizualGroundwater和FEFLOW等,然而对干旱区内陆河流域地下水系统进行数值模拟相对较少。利用数值模型对地下水流和溶质运移问题进行模拟的方法以其有效性、灵活性和相对廉价性逐渐成为干旱区地下水研究领域的一种不可或缺的重要方法,在水资源评价问题、地下水污染问题、地下水管理与合
7、理开发以及地下水-地表水联合评价等方面受到越来越大的重视和广泛的应用。因此,本文将FEFLOW模型引用到干旱内陆河流域,选取新疆台兰河流域作为研究区,开展干旱内陆流域地下水系统数值模拟研究。从而为内陆河流域地下水的模拟提供一种可借鉴的方法。为了更准确地评价研究区地下水资源,预测地下水系统状态及其变化趋势,本文在详细分析研究区地质和水文地质条件的基础上,建立研究区水文地质概念模型和地下水流模拟模型,采用基于有限元方法的FEFLOW(Finiteelementsubsurfaceflowsystem)对所建立的二维地下水流数值方程进行求解,完成模型的识别和验证,从而
8、有助于认识台兰河流域在人
