北京房山应急水源地地下水数值模拟及河流渗漏量预测

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1、2Ol1第6卷第4期研究评价2011Vo1．6No．4北京房山应急水源地地下水数值模拟及河流渗漏量预测沈媛嫒，辛宝东，郭高轩，纪轶群(北京市水文地质．-T-,E-~质大队，北京100195)摘要：以北京房山岩溶水应急水源地为例，采用等效连续介质体概化地下水流系统，建立地下水流数值模型，评价地下水源汇项，分析地下水系统特征。运)~MODFLOW的河流(渠)子程序包，刻画地表河流和泉水与地下水的交换关系。经参数识别和验证，计算结果与实测数据拟合较好，能够比较准确的模拟水源地岩溶水系统。模拟和预测结果表明，水源地地区地下水

2、与地表水联系密切，应急开采后，地下水系统由向河流排泄转变为河流渗漏补给地下水，可为应急水源地合理开发利用提供科学依据。关键词：北京房山；应急水源地；数值模拟；河流渗流预测中图分类号：P641．8文献标识码：A文章编号：1007—1903(2011)04—0036—05北京市人均水资源量不足300m，水资源供需矛盾突出。组岩溶含水层，其富水性较差。北京市为应对缺水的紧张局面，2002年以后相继建设了5处应分布较广的的碳酸盐岩裂隙发育，有利于降水直接急水源工程。其中房山张坊水源地，以岩溶水为应急水源。本文入渗。地下水自西

3、北向东南方向径流，地下水位埋由山区在详细分析研究区地质及水文地质条件的基础上，建立研究到山前深逐渐减小。山前的地下水主要以泉水、侧向径流区水文地质概念模型和地下水流数值模型，采用MODFLOW和人工开采。求解，完成模型识别和验证。并预测给定条件下水源地区地下水系统变化睛况，为其合理开发利用提供科学依据。2水文地质概念模型1研究区地质、水文地质概况本地区岩溶含水层虽然溶蚀裂隙有统一的地下水面，地下水系统可用多孔介质渗流理论模型来概化。1．1地质构造(1)含水层概化研究区在构造单元上位于霞云岭一龙门台复向斜南根据研究区的

4、水文地质条件确定了模型边界，模拟翼，其东部为北岭向斜，北部为大石河背斜(图1)。核部面积为401km。模拟对象为蓟县系雾迷山和铁岭组之碳基本位于拒马河与大石河分水岭处，雾迷山组地层构成向酸盐岩含水层。其岩溶含水层埋深400m左右，可将其概斜两翼，铁岭组、青白口系、寒武系在向斜核部形成一些化为非均质各项同性含水层。列宽缓波状褶皱。断裂构造主要有北东向的黄庄一高丽(2)含水层概化边界条件营断裂，牛口峪一长沟断裂和霞云岭一大峪沟断裂。模拟含水层北部边界为拒马河与大石河的地表分水岭，概化为流量边界；东部为青白口系下马岭组板岩

5、、千1．2水文地质条件枚岩，为相对阻水层，概化为隔水边界；南部与河北省相研究区基岩含水层以雾迷山组白云岩分布最在山邻，大峪沟断裂成为地下水侧向径流的通道；另外，地下水前地带有第四系砂砾石层，为较好的岩溶水含水层，单井可通过深层径流向下游排泄，概化为流出边界；西部以煌涌水量可达3000m／d。研究区北部还有铁岭组和洪水庄斑岩脉为界，概化为隔水边界(图2)。2O112O11Vo1．6No．4沈媛媛等：北京房山应急水源地地下水数值模拟及河流渗漏量预测第6卷第4期——HOkra图1研究区基岩地质略图(根据文献[3，5]修改)

6、N深400m处为模型底部概化为隔水边界。(3)地下水的水力特征ilf入边研究区含水层厚度大、分布广。地下水以水平流动为主、、-、，垂向流动为辅，可将地_l冰流动概化为空间三维非稳定流。尔戈1．V3岩溶地下水系数学模型及其计算结果(1)数学模型}豢遗系数概化后的岩溶地下水系统用如下数学公式表示：II8．0m，dlI}5．0m／dl2．0m／dn杀(一积)+拿Oy(一掣Oy)+鲁盘(一警)+w=掣OtIV}1．6m／dV：0．8m／dVllOim，dIV,g})=)∈(1)。·掣l：gG)，y，：)En，f0：0(，：)

7、Er．。图2边界条件概化及渗透系数分区式中：Q为渗流区域；Ⅳ为岩溶含水层的水位标高模型的上边界为潜水水面，岩溶地下水系统通过该边(m)；B为模型底界标高(m)；Kx、Ky、Kz、Kn分别为界与外界降雨入渗、地表水体渗漏等相关系。以含水层埋、Y、z、边界法向方向的渗透系数(m／d)；为潜水含水20112Oll第6卷第4期研究评价Vo1．6No．4层的给水度；W为含水层的源汇项(m／d)：H0为含水层的为河水带补给地下水。采用MODFLOW河流计算子程序初始水位分布(m)；F0为渗流区域的上边界，即地下水的包，根据其河水

8、位、底板高程、河流附近地下水位以及河道自由表面；，’2为渗流区域的侧向边界；／'4为渗流区域的下渗透系数，计算河流与含水层的交换水量。边界，即含水层底部的隔水边界；为边界面的法线方向；泉水流量大小与附近地下水位呈正比，并与含水层渗g为二类边界的流量(m／d)，设计流入为正，流出为透性能有关。采用与河流类似的模拟方式，以泉附近含水负，隔水边界值为