水资源管理与评价课程作业modflow.docx
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水资源管理与评价课程作业modflow
1飞机场地区地下水资源评价
1.1飞机场地区水文地质概况
研究区位于Waterloo河外的飞机场附近。
该地区表层的地质条件是由上、下两层沙土以及砾石组成的含水层，中间以粘土和泥沙作为隔水层组成的。
地貌特征包括一个飞机加油站，一个市内的供水井区域，以及一个不连续的隔水层，如图1-1所示。
就是因为在研究区中心部位隔水层的尖灭，造成了加油站向地下渗漏的污染物从浅层含水层通过尖灭区流入深层含水层，从而对供水井区域造成污染，是研究区的污染源。
本文利用VisualMODFLOW软件对研究区地下水资源进行分析评价，并在此基础上增加开采规模，在建立一个水源地。
图1-1飞机场地区位置图
1.2飞机场天然条件下地下水资源评价
1.2.1天然条件地下水均衡分析
研究区在天然状态下，即未经开采的条件下，地下水均衡情况如表1-1所示：
-1-
表1-1天然条件下地下水均衡表单位：
m3/d
从表中可以看出：
研究区主要的补给项是降水和边界的侧向补给，主要的排泄项是河流和边界的侧向排泄。
其补给量为1540.75m3/d，排泄量为1548.37m3/d。
1.2.2天然条件流场分析
由于该研究区共有上下两层含水层，所以在分析流场变化时就浅层含水层和深层含水层分别分析。
1.2.2.1天然条件流场图
图1-2天然状态浅层含水层流场图
图1-3天然状态深层含水层流场图
由图中所示：
研究区地下水自北向南流动，在浅层含水层地下水水位从19.0m下降到15.5m，深层含水层从18.0m下降到15.5m。
1.2.2.2天然条件降深图
由图1-4和1-5可以看出，该地区天然条件下，北侧地下水位降深小，南侧地下水位降
深大，最大降深大达到5m。
图1-4天然状态浅层含水层降深图
图1-5天然状态深层含水层降深图
1.2.2.3天然条件质点追踪图
为了能够更好的研究地下水中污染物质流动的路径，在加油站设置了五个质点，通过追踪器路径来观察污染物的流动。
图1-6天然条件质点追踪平面图
图1-7天然条件质点追踪剖面图
在天然条件下，污染物通过隔水层的尖灭区从浅层含水层流向深层含水层，在平面上
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沿着西侧流向南侧边界。
1.2.2.4天然条件溶质运移图
图1-8模拟天然条件20年后浅层含水层溶质运移平面图
图1-9模拟天然条件20年后深层含水层溶质运移平面图
图1-10模拟天然条件20年后溶质运移剖面图
从图1-8、1-9和1-10可以看出，在20年后污染物已经扩散了很大的范围，并且污染到了深层含水层。
1.2.3天然条件地下水资源评价
由以上的图标和分析可以得出，研究区的补给资源量为：
1540.75m3/d。
而且在开采地下水时可以将补给给河流的地下水袭夺过来，因此，研究区的可开采资源量的主要由降水量、河流补给、侧向补给和越流组成。
可开采资源量必须小于补给资源量。
1.3飞机场现状开采条件下地下水资源评价
1.3.2现状开采条件地下水均衡分析
在研究区的东南侧，河的北岸，有两口井分别以400m3/d和550m3/d的速度开采地下水，此时地下水均衡情况如表1-2所示：
表1-2现状开采条件下地下水均衡表单位：
m3/d
从表中可以看出：
研究区主要的补给项是降水和边界的侧向补给，被开采层主要的补给源为侧向补给和越流补给。
主要的排泄项是河流和边界的侧向排泄，但与天然条件相比向河流的排泄量相比还是减少了，是由于开采地下水袭夺了一部分排泄量。
其补给量为2410.55m3/d，排泄量为242.05m3/d。
1.3.3现状开采条件流场分析
由于该研究区共有上下两层含水层，所以在分析流场变化时就浅层含水层和深层含水层分别分析。
1.2.2.1现状开采条件流场图
图1-11现状开采状态浅层含水层流场图
图1-12现状开采状态深层含水层流场图
由图中所示：
研究区地下水自北向南流动，在浅层含水层地下水水位从19.0m下降到15.5m，深层含水层从18.0m下降到15.5m。
由于井的开采，在深层含水层，即开采层，以开采井为中心，形成了一个降落漏斗。
1.2.2.2现状开采条件降深图
由图1-13和1-14可以看出，该地区天然条件下，北侧地下水位降深小，南侧地下水位降深大，最大降深大达到6m。
由于井的开采，在深层含水层，即开采层，以开采井出
降深最大，形成一个降落漏斗。
图1-13现状开采状态浅层含水层降深图
图1-14现状开采状态深层含水层降深图
1.2.2.3现状开采条件质点追踪图
为了能够更好的研究在现状开采条件下地下水中污染物质流动的路径，在加油站设置了五个质点，通过追踪器路径来观察污染物的流动。
图1-15现状开采条件质点追踪平面图
图1-16现状开采条件质点追踪剖面图
在现状开采条件下，污染物通过隔水层的尖灭区从浅层含水层流向深层含水层中的供水井1中，对供水安全造成了威胁。
而且随着开采的进行，供水井2的水质也会受到污染。
1.2.2.4现状开采条件溶质运移图
图1-17模拟现状开采条件20年后浅层含水层溶质运移平面图
图1-18模拟现状开采条件20年后深层含水层溶质运移平面图
图1-19模拟现状开采条件20年后溶质运移剖面图
从图1-17、1-18和1-19可以看出，随着开采的进行，在20年后污染物已经扩散了很大的范围，并且污染到了深层含水层中供水井1，只是污染物的浓度还比较低，但是随着时间推移，污染物的浓度会越来越大，并且污染到供水井2。
1.3.3现状开采条件地下水资源评价
由以上的图标和分析可以得出，研究区的补给资源量为：
2410.55m3/d。
而且在开采地下水时将补给给河流的地下水袭夺过来一部分，因此，研究区的可开采资源量的主要由降水量、河流补给、侧向补给和越流组成。
可开采资源量必须小于补给资源量。
1.4飞机场扩大开采条件下地下水资源评价
目前该区需要扩大开采，需要新增3眼开采井，单井出水量为100-200m3/d；井间距为300m，开采时间20年。
根据之前在天然条件和现状开采条件下的分析，研究区地下水是自北向南流动，且加油站，即污染源在研究区的北侧，现有的两个开采井在东南侧，因此将新增的3眼开采井增加在研究区的西南侧比较合适，而且这里靠近河流，可以采用傍河取水的方式建设水源地。
新增水源地离原有的开采井有一定的距离，这样就不会互相影响，造成降落漏斗的进一步增大。
根据选取开采井的位置和建立水源地方式，设计了三种方案。
由于是建设水源地，所以井的抽水量应该达到最大的抽水量才能使设备最有效的使用，因此，开采井的抽水量为200m3/d。
具体见表1-3：
表1-3新增水源地设计方案
1.4.1方案1
1.4.1.1方案1扩大开采条件地下水均衡分析
在研究区的西南侧，河的西南岸，新增三口开采井，以200m3/d速度开采，原有两口井分别以400m3/d和550m3/d的速度开采地下水，此时地下水均衡情况如表1-4所示：
表1-4方案1扩大开采条件下地下水均衡表单位：
m3/d
从表中可以看出：
研究区主要的补给项是降水和边界的侧向补给，被开采层主要的补给源为侧向补给和越流补给。
主要的排泄项是河流和越流排泄，但与天然条件相比向河流的排泄量相比还是减少了，是由于开采地下水袭夺了一部分排泄量。
而且与现状开采条件相比没有了向边界的侧向补给，是由于开采量增大了。
其补给量为2996.14m3/d，排泄量为3015.28m3/d。
1.4.1.2方案1扩大开采条件流场分析
由于之前的研究，抽取深层含水层的地下水基本上不影响浅层含水层的流场，所以本节关于流场及降深的研究均针对深层含水层进行，旨在能够选取最佳的开采方案。
（1）方案1扩大开采条件流场图
图1-20方案1扩大开采状态深层含水层流场图
由图中所示：
研究区地下水自北向南流动，在深层含水层从18.0m下降到15.5m。
由于井的开采，在深层含水层，即开采层，以原有开采井为中心，形成了一个降落漏斗。
虽然新增3眼开采井，但由于其是傍河取水，且远离原油开采井，并没有对原有的流场造成很大的影响。
（2）方案1扩大开采条件降深图
由图1-21可以看出，该地区天然条件下，北侧地下水位降深小，南侧地下水位降深大，最大降深大达到5m。
由于原有井的开采，在深层含水层，即开采层，以开采井出降
深最大，形成一个降落漏斗。
在新增的开采井处也增加了单个小的漏斗。
图1-21方案1扩大开采状态深层含水层降深图
（3）方案1扩大开采条件质点追踪图
为了能够更好的研究在现状开采条件下地下水中污染物质流动的路径，在加油站设置了
五个质点，通过追踪器路径来观察污染物的流动。
图1-22方案1扩大开采条件质点追踪平面图
图1-23方案1扩大开采条件质点追踪剖面图
在扩大开采条件下，污染物通过隔水层的尖灭区从浅层含水层流向深层含水层中的供水井1中，对供水安全造成了威胁。
而且随着开采的进行，供水井2的水质也会受到污染。
但是并未对新增的水源地造成污染。
（4）方案1扩大开采条件溶质运移图
图1-24方案1模拟扩大开采条件20年后浅层含水层溶质运移平面图
图1-25方案1模拟扩大开采条件20年后深层含水层溶质运移平面图
图1-26方案1模拟扩大开采条件20年后溶质运移剖面图
从图1-24、1-25和1-26可以看出，随着开采的进行，在20年后污染物已经扩散了很大的范围，并且污染到了深层含水层中供水井1，只是污染物的浓度还比较低，但是随着时间推移，污染物的浓度会越来越大，并且污染到供水井2。
但是并未对新增的水源地造
成污染。
1.4.2方案2
1.4.
2.1方案2扩大开采条件地下水均衡分析
在研究区的西南侧，河的西北岸，新增三口开采井，以200m3/d速度开采，原有两口井分别以400m3/d和550m3/d的速度开采地下水，此时地下水均衡情况如表1-5所示：
表1-5方案2扩大开采条件下地下水均衡表单位：
m3/d
从表中可以看出：
研究区主要的补给项是降水和边界的侧向补给，被开采层主要的补给源为侧向补给和越流补给。
主要的排泄项是河流和越流排泄，但与天然条件相比向河流的排泄量相比还是减少了，是由于开采地下水袭夺了一部分排泄量。
而且与现状开采条件相比没有了向边界的侧向补给，是由于开采量增大了。
其补给量为3061.58m3/d，排泄量为3076.35m3/d。
1.4.
2.2方案2扩大开采条件流场分析
由于之前的研究，抽取深层含水层的地下水基本上不影响浅层含水层的流场，所以本节关于流场及降深的研究均针对深层含水层进行，旨在能够选取最佳的开采方案。
（1）方案2扩大开采条件流场图
由图1-27中所示：
研究区地下水自北向南流动，在深层含水层从18.0m下降到15.5m。
由于井的开采，在深层含水层，即开采层，以原有开采井为中心，形成了一个降落漏斗。
新增3眼开采井，由于开采地下水也形成了一个小型降落漏斗。
（2）方案2扩大开采条件降深图
由图1-28可以看出，该地区天然条件下，北侧地下水位降深小，南侧地下水位降深大，最大降深大达到5m。
由于原有井的开采，在深层含水层，即开采层，以开采井出降深最大，形成一个降落漏斗。
在新增的开采井处也增加了单个小的漏斗。
-20-
图1-27方案2扩大开采状态深层含水层流场图
图1-28方案2扩大开采状态深层含水层降深图
为了能够更好的研究在现状开采条件下地下水中污染物质流动的路径，在加油站设置了五个质点，通过追踪器路径来观察污染物的流动。
图1-29方案2扩大开采条件质点追踪平面图
图1-30方案2扩大开采条件质点追踪剖面图
在扩大开采条件下，污染物通过隔水层的尖灭区从浅层含水层流向深层含水层中的供水井1中，对供水安全造成了威胁。
而且随着开采的进行，供水井2的水质也会受到污染。
同时也对新增的供水2-2和2-3井造成了污染。
图1-31方案2模拟扩大开采条件20年后浅层含水层溶质运移平面图
图1-32方案2模拟扩大开采条件20年后深层含水层溶质运移平面图
图1-33方案2模拟扩大开采条件20年后溶质运移剖面图
从图1-31、1-32和1-33可以看出，随着开采的进行，在20年后污染物已经扩散了很大的范围，并且污染到了深层含水层中供水井1，只是污染物的浓度还比较低，但是随着时间推移，污染物的浓度会越来越大，并且污染到供水井2。
同时也对新增的供水2-3井造成了污染。
1.4.3方案3
1.4.3.1方案2扩大开采条件地下水均衡分析
在研究区的西南侧，河的西北岸，新增三口开采井，以200m3/d速度开采，原有两口井分别以400m3/d和550m3/d的速度开采地下水，此时地下水均衡情况如表1-6所示：
表1-6方案3扩大开采条件下地下水均衡表单位：
m3/d
从表中可以看出：
研究区主要的补给项是降水和边界的侧向补给，被开采层主要的补给源为侧向补给和越流补给。
主要的排泄项是河流和越流排泄，但与天然条件相比向河流的排泄量相比还是减少了，是由于开采地下水袭夺了一部分排泄量。
而且与现状开采条件相比没有了向边界的侧向补给，是由于开采量增大了。
其补给量为3083.18m3/d，排泄量为
3097.43m3/d。
1.4.3.2方案3扩大开采条件流场分析
由于之前的研究，抽取深层含水层的地下水基本上不影响浅层含水层的流场，所以本节关于流场及降深的研究均针对深层含水层进行，旨在能够选取最佳的开采方案。
（1）方案3扩大开采条件流场图
由图1-34中所示：
研究区地下水自北向南流动，在深层含水层从18.0m下降到15.5m。
由于井的开采，在深层含水层，即开采层，以原有开采井为中心，形成了一个降落漏斗。
新增3眼开采井，由于开采地下水也形成了一个降落漏斗。
图1-34方案3扩大开采状态深层含水层流场图
（2）方案3扩大开采条件降深图
由图1-35可以看出，该地区天然条件下，北侧地下水位降深小，南侧地下水位降深大，最大降深大达到8m。
由于原有井的开采，在深层含水层，即开采层，以开采井出降深最大，形成一个降落漏斗。
在新增的开采井处也增加了降落漏斗。
（3）方案3扩大开采条件质点追踪图
为了能够更好的研究在现状开采条件下地下水中污染物质流动的路径，在加油站设置了五个质点，通过追踪器路径来观察污染物的流动。
图1-35方案3扩大开采状态深层含水层降深图
图1-36方案3扩大开采条件质点追踪平面图
图1-37方案3扩大开采条件质点追踪剖面图
在扩大开采条件下，污染物通过隔水层的尖灭区从浅层含水层流向深层含水层中使新增水源地的供水井3-3受到污染。
（4）方案3扩大开采条件溶质运移图
图1-38方案3模拟扩大开采条件20年后浅层含水层溶质运移平面图
图1-39方案3模拟扩大开采条件20年后深层含水层溶质运移平面图
图1-40方案3模拟扩大开采条件20年后溶质运移剖面图
从图1-38、1-39和1-40可以看出，随着开采的进行，在20年后污染物已经扩散了很大的范围，并且污染到了深层含水层中供水井1，只是污染物的浓度还比较低，但是随着时间推移，污染物的浓度会越来越大，并且污染到供水井2。
同时也对新增的供水井3-2和3-3
造成了污染。
1.4.4小结
经过以上三种方案的研究，比较后得出方案1更为科学、合理，选择方案1最为最终方案有以下两方面原因：
（1）地下水均衡：
分析三种方案的水均衡表，方案1的补给资源量为2996.14m3/d，方案2的补给资源量为3061.58m3/d，方案3的补给资源量为3083.18m3/d。
方案1的补给资源量最少，说明在开采量相同的情况下，方案1抽取地下水引起的补给资源量变化最小，方案1比较优越。
（2）污染物运移：
通过三种方案中模拟的20年后污染物运移的状况发现，方案2和方案3中均有新增水源地中的供水井受到污染，只有方案1中新增水源地没有受到污染的井，因此，方案1更安全。
综上所述，选择方案1的方式建设水源地。
1.5地下水可开采资源量分析
根据飞机场地区的水文地质概况，地下水可开采资源量的评价应坚持以下原则：
（1）浅层含水层易受到污染，应尽量开采深含水层中的地下水。
（2）抽水井布置在距离隔水层尖灭区较远的地方，以减少浅层含水层中受污染的地下水大量补给深层含水层，引发供水安全。
（3）采用傍河取水的方式，减少向河流的排泄量，增大可开采资源量。
（4）在开采地下水资源时，要防止水位降深过大，且要保证一定的地下水向河流的补给量，以防止对地面沉降的产生和生态环境的恶化。
可开采资源量是开采条件下的补给增量和天然排泄减量组成的。
在本文中可开采资源量应由降水量，边界的侧向补给量、越流补给量和地下水向河流排泄的减少量组成。
方案1中补给资源量与天然条件下补给资源量比较，在开采量为1550m3/d时，补给增量为：
1455.39m3/d，天然排泄减量1.73m3/d，所以可开采资源量为：
1457.12m3/d。
1.6VisualMODFLOW的特点
VisualMODFLOW是三维地下水流动和污染物运移模拟最完整、易用的软件。
这个完整的集成软件将MODFLOW、MODPATH和MT3D同最直观强大的可视化用户界面结合在一起。
全新的菜单结构可以轻而易举地确定模拟区域大小和选择参数单位、以及方便地设置模型参数和边界条件、运行模型模拟（MT3D、MODFLOW和MODPATH）、对模型进行校正以及用等值线或颜色填充将其结果可视化显示。
在建立模型和显示结果的任何时候，都可以用剖面图和平面图的形式将模型网格、输入参数和结果加以可视化显示。
适合三维地下水流动和污染物运移模拟工作，简便、易操作。
2地下水资源分类与内涵
地下水资源分为补给资源、储存资源和可开采资源。
（1）补给资源是指含水系统经常与外界交换的水量，即天然状态或人为条件下，通过各种途径进入含水系统或水源地开采层可供利用的地下水数量。
从多年平均的角度看，就是含水系统每年可以获得补充和恢复的水量。
补给资源按开采前后形成的条件不同可分为天然补给量和开采补给增量。
天然补给量包括降水入渗、地表水入渗、地下水侧向径流补给和垂向越流补给等；开采补给增量是开采前不存在，因开采地下水产生动力条件改变而进入含水系统的水量，常见的补给增量包括：
来自地表水的补给增量、来自降水入渗的补给增量、来自相邻含水层越流的补给增量、增加的侧向补给量和人工增加的补给量。
（2）储存资源是在地质历史时期中不断累积储存于含水系统中的水量。
（3）可开采资源是指在技术上可能、经济上合理并在整个开采期内出水量不会减少，动水位不超过设计要求，水质和水温在允许范围内变化，不影响已建水源地正常开采，不发生危害性地质环境问题等前提下单位时间内从含水系统或取水地段开采含水层中可以取得的水量。
可开采资源量是开采条件下的补给增量和天然排泄减量组成的，其大小与所应用的技术条件和具体的地下水开采方案以及对环境影响程度的界定相联系，并随着各种条件的变化而改变。
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