北京城近郊區(qū)地下水數(shù)值模擬模型及應(yīng)用

1、城近郊區(qū)地下水數(shù)值模擬模型及應(yīng)用王新娟UX亞莉2邵景力21.市地質(zhì)工程勘察院水資源研究所1000372.中國地質(zhì)大學(xué)()100083摘要：本文在深入了解城近郊區(qū)地下含水層及其巖性的基礎(chǔ)上建立水文地質(zhì)概念模 型，運用FEFLOW軟件建立了研究區(qū)三維地下水流數(shù)值模擬模型，并對模型進行了識別 和檢驗。通過模型進行地下水補給資源和可開采資源評價，提出地下水可開采資源量。關(guān)鍵詞：模擬模型水源地初始流場模擬流場引言市作為我國的政治、經(jīng)濟、文化中心，同時又是一個嚴重缺水的城市。由于長期以來 缺乏科學(xué)的管理、盲目過量集中開采地下水，導(dǎo)致城近郊區(qū)地下水位出現(xiàn)區(qū)域性大幅度下 降，部分地區(qū)含水層疏干或半疏干，導(dǎo)致了

2、地下水質(zhì)惡化，水源污染，地面沉降，地下水 自然升溫等各種水文、環(huán)境、工程地質(zhì)問題，加劇了水資源供需矛盾，目前水資源巳成為 制約首都經(jīng)濟發(fā)展、城市功能正常發(fā)揮的重要因素之一。因此，在地區(qū)建立地下水資源可 持續(xù)開采模型，通過調(diào)參、計算解決上述問題勢在必行。1水文地質(zhì)條件永定河沖洪積扇地區(qū)地處華北平原的西北端，地勢由西北向東南傾斜，地面高程 10045米，沖洪積扇頂部地形坡度3%0,至南部坡度為1%。第四系沉積規(guī)律主要受永 定河河道變化的影響，八寶山以北地區(qū)，第四系沉積厚度可達200米以上。含水層的主要 作用是接受大氣降水、河谷潛流水、山前側(cè)向逕流水、河渠、灌溉及人工回灌水的入滲補 給，水在含水層中

3、傳輸運移，經(jīng)歷許多水文循環(huán)過程。植被吸收、蒸發(fā)、包氣帶消耗、人 工開采等在系統(tǒng)中均可產(chǎn)生不同作用。含水層的巖性和結(jié)構(gòu)可將系統(tǒng)劃分成三個子系統(tǒng)(D單層砂卵石儲水區(qū)，位于蓮花 池一XX湖以西；含水層滲透性能好，滲透系數(shù)300500m/d。(2)二到三層含卵石砂 礫石儲水區(qū)，主要位于門頭村一八里莊陶然亭一馬家堡一帶，滲透系數(shù)50 300m/d。 (3)多層中細砂及含礫砂儲水區(qū)，該區(qū)分布在上述地區(qū)以東的廣大地區(qū)，滲透系數(shù)30 一 50m/do!王新娟(1973-),女,工程師，中國地質(zhì)大學(xué)()水資源與水文學(xué)專業(yè)博士，現(xiàn)從 事水工環(huán)評價與模型研究。2水文地質(zhì)概念模型和數(shù)值模型2.1 含水層結(jié)構(gòu)及概化為了

4、建立城近郊區(qū)地下水流模型，首先要對實際水文地質(zhì)條件概化，建立水文地質(zhì)概 念模型。根據(jù)前述水文地質(zhì)條件，模型在空間上分為三層，第一含水層組（主要是部分農(nóng) 業(yè)開采，地面以下20m左右）、弱透水層（地面以下2040m左右的一個粘性土 層）、第二含水層組（主要是城市工業(yè)和生活用水及部分農(nóng)業(yè)開采，地面以下40130m 左右）。研究區(qū)含水層系統(tǒng)涉及的邊界主要是流量邊界。就整體而言，西北部邊界是側(cè)向 補給邊界，主要接受山前側(cè)向補給；地下水初始流場如圖1 1示：研究區(qū)的東南部邊界 為整個含水層系統(tǒng)的天然排泄邊界，垂向邊界包括永定河河床潛流及河道滲漏補給，永定 河引水渠和京密引水渠大部分有襯砌，僅有少量渠道水入

5、滲地下；大氣降水入滲補給是系 統(tǒng)的主要補給資源之一，地下水的蒸發(fā)主要指潛水的自然蒸發(fā)，據(jù)市水文公司試驗資料： 潛水埋深大于3.5m時，各類巖性的潛水蒸發(fā)折算系數(shù)趨近于零；底部邊界和頂托補排， 系統(tǒng)的第四系含水層底部，大多數(shù)為透水性差的第三系地層，預(yù)計其對系統(tǒng)內(nèi)部影響很 小，但在海淀部分地區(qū)，奧陶系石炭系二迭系侏羅系地層與第四季直接接觸，地下水垂向 頂托補排作用肯定存在；農(nóng)田灌溉用水包括地下水和地表水，灌溉水除蒸發(fā)、植物吸收、 包氣帶損耗外，還有一部分水入滲補給地下水。綜上所述，研究區(qū)可概化成非均質(zhì)各向同性、空間三維結(jié)構(gòu)、非穩(wěn)定地下水流系統(tǒng)， 即地下水系統(tǒng)的概念模型。2.2 地下水數(shù)值模型對于上

6、述非均質(zhì)、各向同性、空間三維結(jié)構(gòu)、非穩(wěn)定地下水流系統(tǒng)，可用如下微分方 程的定解問題來描述：式中：Q分別為含水層滲流區(qū)域；Q滲流區(qū)域；力一h=h（x,y,z）,含水層的水位標 商（m）；及、與、及一分別為x、v、z方向的滲透系數(shù)（m/d） ； 4一邊界面法向方向 的滲透系數(shù)（m/d） ；自由面以下含水層儲水系數(shù)（1/m）； 一潛水含水層在潛水面上的重力給水度；Q河流底部弱透水層的阻力系數(shù)，。="及，L為底部弱透水層的厚 度，及為河流底部弱透水層垂向滲透系數(shù)（m/d） ； £含水層的源匯項（1/d）；。一潛 水面的蒸發(fā)和降水等（1/d）;力。一含水層的初始水位分布（m） , h

7、0= /20（x,y,z）;八一 滲流區(qū)域的上邊界，即地下水的自由表面；八一滲流區(qū)域的下邊界，即承壓含水層底部的 隔水邊界；八一滲流區(qū)域的側(cè)向邊界；一邊界面的法線方向；q（x,y,z,t）一定義為二類邊界的單寬流量（m2/dm）,流入為正，流出為負，隔水邊界為0;研究區(qū)進行網(wǎng)格剖分， 剖分后的模擬區(qū)共17000個結(jié)點，4327個單元格。2.3 模型的檢臉和識別模型的識別與檢驗過程是整個模擬中極為重要的一步工作，通常要進行反復(fù)地修改參 數(shù)和調(diào)整某些源匯項才能達到較為理想的擬合結(jié)果。此模型的識別與檢驗過程采用的方法 也稱試估一校正法，它屬于反求參數(shù)的間接方法之一。通過擬合同時期的流場和長觀孔的 歷

8、時曲線，識別水文地質(zhì)參數(shù)、邊界值和其它均衡項，使建立的模型更加符合研究區(qū)的水 文地質(zhì)條件，以便更精確地定量研究模擬區(qū)的補給與排泄，預(yù)報給定水資源開發(fā)利用方案 下的地下水位。對研究區(qū)地下水系統(tǒng)進行了識別和臉證。通過反復(fù)調(diào)整參數(shù)和均衡量，識別水文地質(zhì) 條件，確定了模型結(jié)構(gòu)、參數(shù)和均衡要素。模擬末期（1995年12月31日）含水層的模 擬流暢與實際流暢對比見圖12;長觀孔的歷時曲線模擬見圖1 3 （略）通過1995年模擬模型的研究，建立模型，對模型進行驗證和檢驗，模型擬合效果較 好，為了進一步驗證模擬模型的可行性，利用2000年1月1日12月31日一年的實測 資料，分12個時段進行驗證，驗證結(jié)果：2

9、000年是枯水年，地下水位下降很大，驗證期 末的潛水地下水模擬流場與實際流場對比見圖1-40 （略）由圖示可見，所建立的模擬模型基本達到模型精度要求，符合水文地質(zhì)條件，基本反 映了地下水系統(tǒng)的水力特征，可利用模型進行地下水位預(yù)報2.4 地下水模擬模型的應(yīng)用應(yīng)用巳建立的地下水流模型，可進行研究區(qū)地下水資源量評價、提出地區(qū)地下水可持 續(xù)利用條件下的開采量。研究區(qū)模擬期內(nèi)地下水的補給來源述要有三個方面，即大氣降水、山前側(cè)向徑流、地 表水轉(zhuǎn)化量（包括永定河棄水、引水渠滲漏），其中降水入滲量占31.90%,各種地表水 轉(zhuǎn)化量占29%左右，其中永定河棄水入滲量占21.53%。1995年總補給量為64384

10、.23T04m3,按研究區(qū)面積1082.89km2計算，其平均補給模數(shù)為59.5T04m3/km2.a。1995年降水量為平偏豐水年，加上永定河棄水補給地下水，整個 地下水系統(tǒng)呈現(xiàn)正均衡，盈1257.41T04m3。為此，有必要利用多年降水量資料，開展 不同保證率下的地下水資源量評價。2.4.1潛水地下水資源量評價（1）補給資源量由地下水均衡分析結(jié)果可知，潛層地下水補給來源于降水入滲、河渠入滲、灌溉回 滲、以及側(cè)向邊界補給。其中占主導(dǎo)地位的是降水入滲、河渠入滲、側(cè)向補給以及灌溉回 滲，合計約占總補給量的87.4%。選取石景山氣象站資料降水量觀測數(shù)據(jù)，按保證率計算公式，給出1977 2000年降

11、 水量保證率（表4 1）,公式中：產(chǎn)一經(jīng)驗保證率（）;3一年降水量按大小排列序列號；a一統(tǒng)計年數(shù)。由表可見，能代表50%降雨保證率的典型年為1991年、1995年， 降水量平均為625.92mm,由此可以推知其余地區(qū)在同一保證率下的降水量，這樣可以計 算出研究區(qū)在該保證率下總的降雨入滲量，為20538.87T04m3。側(cè)向補給等各項補給量 見表4-2,在有永定河棄水的條件下，系統(tǒng)總補給量為60132.23T04m3 ,平均補給模數(shù) 為55.58'104m3/km2a,若不考慮永定河棄水，則總補給量為46271.97,104m3。能代表75%保證率的典型年為2000年，降水量為428.6

12、mm,由此可推知相應(yīng)地 區(qū)在同一保證率下的降水量，從而計算出研究區(qū)在75%保證率下總的降水入滲量為 10443.2T04m3。側(cè)向補給量為64357104m3,河渠入滲量、灌溉回滲根據(jù)2000年模 型臉證，計算結(jié)果分別為3969.2,104m3、2931.8(T104m3,見表4-2。(略)表4一 1石景山氣象站降水量保證率計算表序號年份降雨量 (mm)頻率()序號年份降雨量(nini)頻率 (%)11977877.14.00131995539.052.0021994775.28.00141989486.256.0031985752.412.00151992482.060.0041986728

13、.216.00161983476.964.0051996689.720.00171982461.668.0061998689.724.00181993447.372.0071987666.428.00192000428.676.0081988659.532.00201981392.080.0091978655.436.00211999375.484.00101979631.240.00221984358.188.00111990613.844.00231997351.892.00121991609.848.00241980271.596.00平均559.12由表4 2可知，在75%保證率情況下

14、，研究區(qū)地下水補紿資源量為27645.iri04m3/a,平均補給模數(shù)為25.55'1041113/10112 6,分別比多年平均值減少了32487.12T04m3/a, 30.03404m7km2 - aG 在 75%降雨保證率下，2000 年地下水位 在永定河邊下降比較明顯均在4m以上，東部XX區(qū)下水位下降2 4m,城區(qū)下降12 mo表4 2潛水地下水資源補給量計算表補給項平水年(50%保證率)枯水年(75%保證率)補給量 (104m3)比例補給量 (104m3)比例降水入滲量20538.8734.1610443.238.90永定河棄水入滲量13860.2623.056435.72

15、3.97引水渠入滲量4748.007.902931.8010.92灌溉回滲量6871.1111.432405.008.96山區(qū)流入量10248.7817.041564.25.83灰?guī)r頂托補給量3865.216.433865.2111.42合計60132.2310027645.11100.00面積10821082補給模數(shù)55.5825.55(2)儲存量根據(jù)潛水含水層給水度分區(qū)，分別計算出各區(qū)的枯水位以下含水層的平均厚度和分布 面積，采用下式計算潛水儲存量：。徜=產(chǎn)4式中：。修一含水層的儲存量(104m3) ； d計算區(qū)面積(104m2) ； H一枯水位以下含水砂層平均厚度(m)； 一 潛水含水層

16、的給水度。計算得到研究區(qū)內(nèi)潛水含水層儲存量為57.46廠10%13 (表4 3),由此可見，潛水 含水層組具有較強的可調(diào)節(jié)性。表4-3研究區(qū)潛水各個分區(qū)的儲存量計算表ID面積(kiir)含水戾厚度(m)給水度存儲量(10cm3)13.3813.560.010.005292.9350.770.2310.852387.5350.770.2310.221419.3839.430.261.987543.6350.970.163.558613.5025.970.1860.6527172.0120.110.237.9568378.6019.930.1410.564934.2520.830.251.7841

17、023.5418.300.220.9481156.9419.880.2152.43412163.8220.890.196.502合計57.4612.4.2承壓地下水資源評價承壓水位于研究區(qū)中東部的含水層，受氣候的影響相對潛水含水層小，所以補排量主 要是人工開采、層間排泄、山區(qū)單一含水層的越流補給和逕流。研究區(qū)內(nèi)逕流非常較為緩 慢，逕流補給和排泄，人工開采和側(cè)向流出是地下水主要的排泄方式，而越流補給和層間 補給是承壓水的主要補給來源。1995年承壓水含水層組總補給量為5414.20T04m3,總 排泄量為59602.2T04m3,均衡差為-54188.OOTO4m3。深層水補給量主要是淺層越流和

18、逕流補給，彈性釋水量計算公式為：0彈=4力F uc式中：。岸一彈性釋水量(104m3) ； 力一靜水位與含水層頂板之差(m) ； d計 算區(qū)面積(104m2) ;含水層彈性釋水系數(shù)(無量綱)經(jīng)計算得到研究區(qū)內(nèi)深層水的彈性釋水量為89660.00,104m3(表4 4)。表4-4研究區(qū)深層各個分區(qū)儲存量計算表編號面積(Imr)含水戾厚度(m)釋水系數(shù)存儲量 (10cm3)13.380.000.000.00292.930.000.000.00387.530.000.000.00456.9440.780.02010.4675163.8283.420.0192.597619.380.000.000.0

19、0743.620.000.000.00813.583.190.0220.247923.5463.490.01860.27711378.6045.400.0142.40612172.0165.690.0232.5991334.2543.470.0250.372合計8.9662.4.3可采資源量地下水可開采資源量是指在經(jīng)濟和技術(shù)合理的條件下，開采過程中不發(fā)生水質(zhì)惡化或 其它不良地質(zhì)現(xiàn)象（如地面沉降、水的硬度升高等），并對生態(tài)環(huán)境不致造成不利影響的 情況下，有保證的地下水資源量。研究區(qū)西部潛水含水層組較厚，約2040m,含水層滲透性很強，是一個巨大的地 下水庫，具有良好的多年調(diào)節(jié)作用；因此，可以將平

20、水年地下水補給量可開采資源量計算 的基礎(chǔ)。1995年研究區(qū)開采量為6.06'102m3,平均補給量為6.01T0, n?,全區(qū)基本 平衡。但是應(yīng)當注意：西郊地區(qū)即是地下水的補給區(qū)，也是市水源地和工業(yè)自備井集中開 采區(qū)，長期的過量開采，巳導(dǎo)致局部地區(qū)地下水位大幅度下降，含水層疏干狀態(tài)。雖然西 郊局部地區(qū)存在地下水超采問題，但是大部分地區(qū)具有很好的調(diào)蓄功能，可以利用永定 河、砂石坑等進行人工回灌，因此確定地下水可開采資源量為5.5T03 m3/a是有保證 的。3結(jié)語本研究在水文地質(zhì)條件分析的基礎(chǔ)上，運用FEFLOW建立了城近郊區(qū)地下水數(shù)值模 擬模型，通過模型模擬調(diào)參，對模型進行識別和臉證。

21、計算出研究區(qū)平水年地下水補給資 源和可開采資源評價分別為6Q13xlO，m3/a和5.5xl0，m3/a。參考文獻：1呂曉檢，市城近郊區(qū)地下水管理模型1991.82 Bear, J.,許涓銘等譯，地下水水力學(xué)，1985.3許恒力等，水資源開發(fā)與保護，地質(zhì)，2001.4賓德智等，市中心區(qū)供水水文地質(zhì)勘察研究報告，1964.85 Anderson, M.P. and W.W.Woessner, Applied Groundwater Modeling Simulation of Flow and Advective Transport, Academic Press, 1992.城近郊區(qū)地下水數(shù)值

22、模擬模型及應(yīng)用王新娟MX亞莉2邵景力21.市地質(zhì)工程勘察院水資源研究所1000372.中國地質(zhì)大學(xué)()100083摘要：本文在深入了解城近郊區(qū)地下含水層及其巖性的基礎(chǔ)上建立水文地質(zhì)概念模 型，運用FEFLOW軟件建立了研究區(qū)三維地下水流數(shù)值模擬模型，并對模型進行了識別 和檢驗。通過模型進行地下水補給資源和可開采資源評價，提出地下水可開采資源量。關(guān)鍵詞：模擬模型水源地初始流場模擬流場引言市作為我國的政治、經(jīng)濟、文化中心，同時又是一個嚴重缺水的城市。由于長期以來 缺乏科學(xué)的管理、盲目過量集中開采地下水，導(dǎo)致城近郊區(qū)地下水位出現(xiàn)區(qū)域性大幅度下 降，部分地區(qū)含水層硫干或半疏干，導(dǎo)致了地下水質(zhì)惡化，水源

23、污染，地面沉降，地下水 自然升溫等各種水文、環(huán)境、工程地質(zhì)問題，加劇了水資源供需矛盾，目前水資源巳成為 制約首都經(jīng)濟發(fā)展、城市功能正常發(fā)揮的重要因素之一。因此，在地區(qū)建立地下水資源可 持續(xù)開采模型，通過調(diào)參、計算解決上述問題勢在必行。1水文地質(zhì)條件永定河沖洪積扇地區(qū)地處華北平原的西北端，地勢由西北向東南傾斜，地面高程 10045米，沖洪積扇頂部地形坡度3%。，至南部坡度為1%。第四系沉積規(guī)律主要受永 定河河道變化的影響，八寶山以北地區(qū)，第四系沉積厚度可達200米以上。含水層的主要 作用是接受大氣降水、河谷潛流水、山前側(cè)向逕流水、河渠、灌溉及人工回灌水的入滲補 給，水在含水層中傳輸運移，經(jīng)歷許多

24、水文循環(huán)過程。植被吸收、蒸發(fā)、包氣帶消耗、人 工開采等在系統(tǒng)中均可產(chǎn)生不同作用。含水層的巖性和結(jié)構(gòu)可將系統(tǒng)劃分成三個子系統(tǒng)（1）單層砂卵石儲水區(qū)，位于蓮花 池一XX湖以西；含水層滲透性能好，滲透系數(shù)300500m/d。（2）二到三層含卵石砂 礫石儲水區(qū)，主要位于門頭村一八里莊陶然亭一馬家堡一帶，滲透系數(shù)50 300m/d。 （3）多層中細砂及含礫砂儲水區(qū)，該區(qū)分布在上述地區(qū)以東的廣大地區(qū)，滲透系數(shù)30 一 50m/do2水文地質(zhì)概念模型和數(shù)值模型2.1 含水層結(jié)構(gòu)及概化為了建立城近郊區(qū)地下水流模型，首先要對實際水文地質(zhì)條件概化，建立水文地質(zhì)概 念模型。根據(jù)前述水文地質(zhì)條件，模型在空間上分為三層

25、，第一含水層組（主要是部分農(nóng) 業(yè)開采，地面以下20m左右）、弱透水層（地面以下2040m左右的一個粘性土 層）、第二含水層組（主要是城市工業(yè)和生活用水及部分農(nóng)業(yè)開采，地面以下40130m 左右）。研究區(qū)含水層系統(tǒng)涉及的邊界主要是流量邊界。就整體而言，西北部邊界是側(cè)向 補給邊界，主要接受山前側(cè)向補給；地下水初始流場如圖1 1示：研究區(qū)的東南部邊界 為整個含水層系統(tǒng)的天然排泄邊界，垂向邊界包括永定河河床潛流及河道滲漏補給，永定 河引水渠和京密引水渠大部分有襯砌，僅有少量渠道水入滲地下；大氣降水入滲補給是系 統(tǒng)的主要補給資源之一，地下水的蒸發(fā)主要指潛水的自然蒸發(fā)，據(jù)市水文公司試驗資料： 潛水埋深大于

26、3.5m時，各類巖性的潛水蒸發(fā)折算系數(shù)趨近于零；底部邊界和頂托補排， 系統(tǒng)的第四系含水層底部，大多數(shù)為透水性差的第三系地層，預(yù)計其對系統(tǒng)內(nèi)部影響很 小，但在海淀部分地區(qū)，奧陶系石炭系二迭系侏羅系地層與第四季直接接觸，地下水垂向 頂托補排作用肯定存在；農(nóng)田灌溉用水包括地下水和地表水，灌溉水除蒸發(fā)、植物吸收、 包氣帶損耗外，還有一部分水入滲補給地下水。綜上所述，研究區(qū)可概化成非均質(zhì)各向同性、空間三維結(jié)構(gòu)、非穩(wěn)定地下水流系統(tǒng)， 即地下水系統(tǒng)的概念模型。2.2 地下水數(shù)值模型對于上述非均質(zhì)、各向同性、空間三維結(jié)構(gòu)、非穩(wěn)定地下水流系統(tǒng)，可用如下微分方 程的定解問題來描述：式中：Q分別為含水層滲流區(qū)域；Q

27、滲流區(qū)域；力一h=h（x,y,z）,含水層的水位標 高（m） ； 與、分別為x、v、z方向的滲透系數(shù)（m/d） ； &一邊界面法向方向 的滲透系數(shù)（m/d） ； S一自由面以下含水層儲水系數(shù)（1/m）； 一潛水含水層在潛水 面上的重力給水度；。一河流底部弱透水層的阻力系數(shù)，。=4, L為底部弱透水層的厚 度，及為河流底部弱透水層垂向滲透系數(shù)（m/d） ; £含水層的源匯項（1/d）;上潛 水面的蒸發(fā)和降水等（1/d）；力o含水層的初始水位分布（m） , h0= 720（x,y,z）;八一 滲流區(qū)域的上邊界，即地下水的自由表面；八一滲流區(qū)域的下邊界，即承壓含水層底部的 隔水邊界

28、；八一滲流區(qū)域的側(cè)向邊界；一邊界面的法線方向；q（x,y,z,t）一定義為二類邊界 的單寬流量（m2/dm）,流入為正，流出為負，隔水邊界為0;研究區(qū)進行網(wǎng)格剖分，剖分后的模擬區(qū)共17000個結(jié)點，4327個單元格。2.3 模型的檢驗和識別模型的識別與檢驗過程是整個模擬中極為重要的一步工作，通常要進行反復(fù)地修改參 數(shù)和調(diào)整某些源匯項才能達到較為理想的擬合結(jié)果。此模型的識別與檢驗過程采用的方法 也稱試估一校正法，它屬于反求參數(shù)的間接方法之一。通過擬合同時期的流場和長觀孔的 歷時曲線，識別水文地質(zhì)參數(shù)、邊界值和其它均衡項，使建立的模型更加符合研究區(qū)的水 文地質(zhì)條件，以便更精確地定量研究模擬區(qū)的補給

29、與排泄，預(yù)報給定水資源開發(fā)利用方案 下的地下水位。對研究區(qū)地下水系統(tǒng)進行了識別和臉證。通過反復(fù)調(diào)整參數(shù)和均衡量，識別水文地質(zhì) 條件，確定了模型結(jié)構(gòu)、參數(shù)和均衡要素。模擬末期（1995年12月31日）含水層的模 擬流暢與實際流暢對比見圖1-2;長觀孔的歷時曲線模擬見圖1 3 （略）通過1995年模擬模型的研究，建立模型，對模型進行驗證和檢驗，模型擬合效果較 好，為了進一步驗證模擬模型的可行性，利用2000年1月1日12月31日一年的實測 資料，分12個時段進行臉證，驗證結(jié)果：2000年是枯水年，地下水位下降很大，驗證期 末的潛水地下水模擬流場與實際流場對比見圖1-40 （略）由圖示可見，所建立的

30、模擬模型基本達到模型精度要求，符合水文地質(zhì)條件，基本反 映了地下水系統(tǒng)的水力特征，可利用模型進行地下水位預(yù)報2.4 地下水模擬模型的應(yīng)用應(yīng)用巳建立的地下水流模型，可進行研究區(qū)地下水資源量評價、提出地區(qū)地下水可持 續(xù)利用條件下的開采量。研究區(qū)模擬期內(nèi)地下水的補給來源述要有三個方面，即大氣降水、山前側(cè)向徑流、地 表水轉(zhuǎn)化量（包括永定河棄水、引水渠滲漏），其中降水入滲量占31.90%,各種地表水 轉(zhuǎn)化量占29%左右，其中永定河棄水入滲量占21.53%。1995年總補給量為64384.23T04m3,按研究區(qū)面積1082.89km2計算，其平均補給模數(shù)為59.5T04m3/km2 .a。1995年降水

31、量為平偏豐水年，加上永定河棄水補給地下水，整個地下水系統(tǒng)呈現(xiàn)正均衡，盈1257.41T04m3。為此，有必要利用多年降水量資料，開展 不同保證率下的地下水資源量評價。2.4.1潛水地下水資源量評價(1)補給資源量由地下水均衡分析結(jié)果可知，潛層地下水補給來源于降水入滲、河渠入滲、灌溉回 滲、以及側(cè)向邊界補給。其中占主導(dǎo)地位的是降水入滲、河渠入滲、側(cè)向補給以及灌溉回 滲，合計約占總補給量的87.4%。選取石景山氣象站資料降水量觀測數(shù)據(jù)，按保證率計算公式，給出1977 2000年降 水量保證率(表41),公式中：產(chǎn)一經(jīng)驗保證率();切一年降水量按大小排列序列 號；口一統(tǒng)計年數(shù)。由表可見，能代表50%

32、降雨保證率的典型年為1991年、1995年， 降水量平均為625.92mm,由此可以推知其余地區(qū)在同一保證率下的降水量，這樣可以計 算出研究區(qū)在該保證率下總的降雨入滲量，為20538.87T04m3。側(cè)向補給等各項補給量 見表4-2,在有永定河棄水的條件下，系統(tǒng)總補給量為60132.23T04m3 ,平均補給模數(shù) 為55.58'104m3/km2a,若不考慮永定河棄水，則總補給量為46271.97,104m3。能代表75%保證率的典型年為2000年，降水量為428.6mm,由此可推知相應(yīng)地 區(qū)在同一保證率下的降水量，從而計算出研究區(qū)在75%保證率下總的降水入滲量為 10443.2T04

33、m3。側(cè)向補給量為64357104m3,河渠入滲量、灌溉回滲根據(jù)2000年模 型驗證，計算結(jié)果分別為3969.2T04m3、293L80T04m3,見表4-2。(略)表4 1石景山氣象站降水量保證率計算表序號年份降雨量 (mm)頻率()序號年份降雨量(nini)頻率 (%)11977877.14.00131995539.052.0021994775.28.00141989486.256.0031985752.412.00151992482.060.0041986728.216.00161983476.964.0051996689.720.00171982461.668.0061998689.7

34、24.00181993447.372.0071987666.428.00192000428.676.0081988659.532.00201981392.080.0091978655.436.00211999375.484.00101979631.240.00221984358.188.00111990613.844.00231997351.892.00121991609.848.00241980271.596.00平均559.12由表4 2可知，在75%保證率情況下，研究區(qū)地下水補給資源量為27645.iri04m3/a,平均補給模數(shù)為25.55T04ms/km?.分別比多年平均值減少了 3

35、2487.12T04m3/a, 30.03 104m7km2 - a0 在 75%降雨保證率下，2000 年地下水位 在永定河邊下降比較明顯均在4m以上，東部XX區(qū)下水位下降2 4m,城區(qū)下降12mo表4-2潛水地下水資源補給量計算表補給項平水年（50%保證率）枯水年（75%保證率）補給量 (104m3)比例補給量 (104m3)比例降水入滲量20538.8734.1610443.238.90永定河棄水入滲量13860.2623.056435.723.97引水渠入滲量4748.007.902931.8010.92灌溉回港量6871.1111.432405.008.96山區(qū)流入量10248.78

36、17.041564.25.83灰?guī)r頂托補給量3865.216.433865.2111.42合計60132.2310027645.11100.00面積10821082補給模數(shù)55.5825.55（2）儲存量根據(jù)潛水含水層給水度分區(qū)，分別計算出各區(qū)的枯水位以下含水層的平均厚度和分布 面積，采用下式計算潛水儲存量：。磨式中：。修一含水層的儲存量（104m3） ； d計算區(qū)面積（104m2） ； H一枯水位以下含水砂層平均厚度（m）； 一 潛水含水層的給水度。計算得到研究區(qū)內(nèi)潛水含水層儲存量為57.461'10m3 （表4 3）,由此可見，潛水 含水層組具有較強的可調(diào)節(jié)性。表4-3研究區(qū)潛水各

37、個分區(qū)的儲存量計算表ID面積(kiir)含水層厚度（m）給水度存儲量(10cm3)13.3813.560.010.005292.9350.770.2310.852387.5350.770.2310.221419.3839.430.261.987543.6350.970.163.558613.5025.970.1860.6527172.0120.110.237.9568378.6019.930.1410.564934.2520.830.251.7841023.5418.300.220.9481156.9419.880.2152.43412163.8220.890.196.502合計57.4612.4.2承壓地下水資源評價承壓水位于研究區(qū)中東部的含水層，受氣候的影響相對潛水含水層小，所以補排量主 要是人工開采、層間排泄、山區(qū)單一含水層的越流補給和逕流。研究區(qū)內(nèi)逕流非常較為緩 慢，逕流補給和排泄，人工開采和側(cè)向流出是地下水主要的排泄方式，而越流補給和層間 補給是承壓水的主要補給來源。1995年承壓水含水層組總補給量為5414.20,