Advances in Geosciences 地球科学前沿, 2024, 10(9), 869-878
Published Online September 2024 in Hans. http://www.hanspub.org/journal/ag https://doi.org/10.12677/ag.2024.109085
日照市付疃河流域地下水资源均衡法计算及其水位情势预测仿真研究
朱伟
山东省第八地质矿产勘查院，山东 日照
收稿日期：2024年9月6日；录用日期：2024年9月20日；发布日期：2024年9月27日
摘 要
为实现日照市付疃河流域地下水资源合理开发及持续利用，本文在采用均衡法计算傅疃河流域地下水资源量的基础上，运用GMS软件模拟预测3种开采方案下地下水资源水位变化情势。均衡法计算结果显示：综合考虑地下水补给量、排泄量后付疃河流域地下水资源总补给量(277,740.7 m3/d)≈总排泄量(260,893.29 m3/d)，其出孔隙水的开采潜力指数为1.04及裂隙水的开采潜力指数为1.18，即该区域地下水资源总体处于采补平衡状态，全区地下水自然循环基本保持较好的态势。进而在此基础上，通过GMS (Groundwater Modeling System)软件模拟：(1) 现状开采条件下1年、5年、10年、20年后的地下水位；(2) 飞机场水场和河套水厂开采地下水后1年、5年、10年、20年后的地下水位；(3) 崮河汇入傅疃河处设置拦河坝后运行1年、5年、10年、20年的地下水位变化情势。模拟结果显示三种方案下，该区域地下水资源总补给量大于总排泄量。这为该区地下水资源的合理开发和利用提供量化的数据支持，具有重要的实践应用价值。
关键词
地下水资源，均衡法，日照市付疃河流域，GMS
Calculation of Groundwater Resources Equilibrium Method and Simulation of Water Level Regime Prediction in Futuan River Basin of Rizhao City
Wei Zhu
Shandong 8th Geological and Mineral Exploration Institute, Rizhao Shandong
文章引用: 朱伟. 日照市付疃河流域地下水资源均衡法计算及其水位情势预测仿真研究[J]. 地球科学前沿, 2024, 10(9): 869-878. DOI: 10.12677/ag.2024.109085
朱伟
Received: Sep. 6, 2024; accepted: Sep. 20, 2024; published: Sep. 27, 2024
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Abstract
In order to realize the reasonable development and sustainable utilization of groundwater re-sources in Futuan River Basin of Rizhao City, GMS software is used to simulate the groundwater level changes under three mining schemes based on the calculation of groundwater resources in Futuan River Basin by using equilibrium method. The results of equilibrium method show that the total recharge of groundwater resources (277,740.7 m3/d) is approximately equal to the total discharge (260,893.29 m3/d) after considering the groundwater recharge and discharge. The ex-ploitation potential index of pore water and fissure water is 1.04 and 1.18 respectively, which means that the groundwater resources in this area are in the balance state of exploitation and supplement, and the natural circulation of groundwater in the whole area basically keeps a good situation. On this basis, the GMS software is used to simulate: (1) The groundwater level under the current mining conditions after 1 year, 5 years, 10 years and 20 years; (2) The groundwater level after 1 year, 5 years, 10 years and 20 years after the airport water field and Hetao water plant ex-ploit the groundwater; (3) The groundwater level changes under the conditions of 1 year, 5 years, 10 years and 20 years after the dam is set at the place where the Gu river flows into the Futun riv-er. The simulation results show that the total recharge of groundwater resources is greater than the total discharge under the three schemes. It provides quantitative data support for the rational development and utilization of groundwater resources in this area, and has important practical application value.
Keywords
Groundwater Resources, Equilibrium Method, Futuan River Basin of Rizhao City, GMS
Copyright ? 2024 by author(s) and Hans Publishers Inc.
This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Open Access 1. 引言
地下水资源是水资源的重要组成部分，由于其分布广、水质好、不易被污染、调蓄能力强、供水保证程度高等原因，被广泛地开发利用，特别是在平原、城市等地表水源工程分布较少的地区，地下水资源已成为居民生活和工农业生产的重要基础性资源[1] [2] [3]。目前，地下水资源评价的方法已有很多，如水量均衡法[4]、相关分析法[5]、解析法[6]、开采试验法[7]、数值法[8]、地下水文分析法[9]等。但在实际应用中，测评人员应根据地下水资源评价区的水文地质条件、需水量和研究程度等条件，结合所获得的资料与勘察阶段的评价精度要求，选择合适的评价方法。
日照市作为一座新兴沿海开放港口城市，地处黄海之滨，胶东半岛南翼，具有明显的区位优势。付疃河作为日照市城市居民及工业发展的重要水源之一[10]。因此，对付疃河流域地下水资源进行计算及其水位变化情势预测进行研究是保障日照市人民安居乐业的重要基础。为实现日照市付疃河流域地下水资源合理开发及持续利用，本文在采用均衡法计算傅疃河流域地下水资源量的基础上，运用GMS软件模拟3种开采方案下预测其地下水资源水位变化情势。均衡法及水位变化情势预测结果显示：付疃河流域地下水资源总补给量(277,740.7 m3/d)≈总排泄量(260,893.29 m3/d)，其出孔隙水的开采潜力指数为1.04及裂
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隙水的开采潜力指数为1.18，即该区域地下水资源总体处于采补平衡状态，且预测20年内付疃河流域地下水资源总补给量大于总排泄量。这为该区地下水资源的合理开发和利用提供数字化的数据支持，具有一定的实际应用价值。
2. 水文地质概况
2.1. 水文概况
傅疃河发源于五莲县境内韩家窝洛子西北约2 km的大马鞍山，其海拔标高+417.8 m。主河道长约51.5 km，流域面积1066.4 km2，河道平均比降2.3/1000，河网密度0.37 km/km2。在傅疃河中上游建有大型水库一座(日照水库)。水库上游另有两条支流，分别为三庄河、铨元河，径流汇入日照水库。水库下游有四条较大支流，北侧自西向东依次为南湖河、彭家河、崮河，均自北向南径流，其中在彭家河上游建有马陵水库，总库容4770万m3；南侧分布有大曲河，自西向东径流。傅疃河下游流经后村、奎山等乡镇，于日照经济开发区奎山街道夹仓村东南入海，如图1所示。
Figure 1. Water system map of Futuan River Basin 图1. 傅疃河流域水系图
2.2. 地质概况
傅疃河流域属鲁东丘陵区中沭东丘陵的一部分，区内山岭绵亘，丘峦叠嶂，平川散布、沟河纵横。总体地形西北高，略向东南倾斜，西部、西北部以低山、丘陵为主体，间有岭下平地，东部和南部多海滨平原、岭下平地，间有剥蚀丘陵、岛状低山、丘陵，海滨沙岗呈带状分布于沿海，区内最高点位于东港区西北桥子山，海拔+656.9 m，最低点位于其入海口0 m，如图2所示。
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Figure 2. Landform map of Futuan River Basin 图2. 傅疃河流域地貌图
3. 均衡法流量计算
3.1. 均衡法
均衡法是地下水资源评价的基本方法，理论基础是质量守恒原理，严格意义上，所有水资源评价的方法都是直接或间接来源于水量均衡原理[11] [12]。一个均衡区内的含水层系统，在任意时间段内的补给量与排泄量等于含水层中水的体积变化量。根据水量均衡原理：
Q=Q补?Q排 (1) 可式中：Q可—地下水可开采量(m3/d)，Q补—地下水补给量(m3/d)，Q排—地下水天然排泄量(m3/d)。
3.2. 地下水补给计算
傅疃河流域地下水补给主要包括：降水入渗量、河流侧渗量。 (1) 降水入渗补给量
降水入渗补给量的计算公式为：
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Q渗=α1?F?P365 (2)
式中：Q渗—日均降水入渗补给量(m3/d)；α1—年均降水入渗系数；P—多年平均有效降水量(m/a)；F—降水渗入面积(m2)。进而，根据傅疃河流域水文地质条件，将其划分为6个计算亚区，分别为：山前组、冲洪积层、碎屑岩类孔隙裂隙水、块状、层状类裂隙水和喷出岩类孔洞裂隙水，其降水入渗系数取值如表1所示。
Table 1. List of values of rainfall infiltration coefficient of various rock and soil mass 表1. 各类岩土体降水入渗系数取值一览表
地层岩性 入渗系数
山前组 0.20
冲洪积层 0.28
碎屑岩 0.15
喷出岩 0.10
块状侵入岩
0.08
层状侵入岩
0.08
降水入渗补给量根据前述公式及计算亚区进行计算，得傅疃河流域降水入渗补给量为264,067.3 m3/d，计算成果见表2。
Table 2. Calculation results of rainfall infiltration recharge 表2. 降水入渗补给量计算结果表
计算亚区 名称 山前组 冲洪积层 喷出岩类孔洞裂隙水 块状岩类裂隙水 层状岩类裂隙水
咸水区
合计
代号 I II III IV V VI
面积(km2) (F) 16.072 242.413 19.481 628.5464 158.6966 1.191 1066.4
参数 降水量(m)
0.708 0.708 0.708 0.708 0.708
渗入系数 (ɑ1) 0.20 0.28 0.10 0.08 0.08
计算结果 天然补给量 (m3/d) 6235.06 131,660.15 3778.78 97,536.62 24,626.23
263,836.84
备注 不计算入渗量
(2) 河流侧渗量
傅疃河流域孔隙含水岩组沿河谷呈带状、树枝状分布，自西北三庄镇邱家庄向东南至夹仓一带，上游较窄，下游较宽，上游含水层岩性以中粗粒砂、砂砾石为主，取渗透系数为48.00 m/d，下游含水层岩性以中砂、粗砂为主，渗透系数取25.00 m/d。含水层发育宽度、厚度及颗粒大小受地形、地貌、地层岩性、地质构造等影响大。因此，其富水程度不尽相同，河流上游地段含水层厚度3~5 m，单井涌水量<500 m3/d，河流中下游含水层厚度15~20 m，单井涌水量1000~3000 m3/d。根据河流通过不同块段的长度和含水层的厚度等条件的差异，将该流域的河流以西沈马庄、大古城和陈家沟三点中间的河流交汇处为界，分为上游和下游，分别采用达西公式[11]进行计算，公式如下：
Q侧=K?I?L?H (3)
式中：Q侧—河流侧渗补给量(m3/d)，K—平均渗透系数(m/d)，L—河流通过块段长度(m)，I—天然水力坡度，H—块段含水岩层平均厚度(m)，计算结果如表3所示。
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