本發(fā)明涉及地下水資源評價技術領域，尤其涉及一種基于襲奪量的沿河水源地評價方法。

背景技術：

地下水是水資源的重要組成部分，是整個供水資源和生態(tài)系統(tǒng)的重要支撐，但是，在進行一些工程建設或者開采資源時，都會影響到水資源的存儲和供應。

為了合理的進行水資源的取水供應，需要對河道內或在河道附近進行擬建水源工程取水井，在常年開采地下水的同時，降低了區(qū)域地下水位，間接增加了河水對地下水的補給量，這個增加的補給量稱為抽水井對河水的襲奪量，即開采抽水井對地表河水襲奪量占抽水井設計開采水量的比例(襲奪率)襲奪率的大小，主要取決于該抽水井所處河段的含水層的壓力傳導系數、抽水井與河道水流的相對位置、抽水井的設計開采水量及抽水歷時。而在某一固定河段，則主要取決于抽水井離河道水流的距離及抽水歷時，合理的襲奪率，能夠合理的進行水資源開采，保持水源的充足供應，因此水資源的定量化分析與評價是十分有必要的。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于襲奪量的沿河水源地評價方法。

本發(fā)明的技術方案為：

一種基于襲奪量的沿河水源地評價方法，包括：

1)、根據待評價區(qū)域地下水資源的地下水系統(tǒng)三維地質概念模型以及實際狀況，建立待評價區(qū)域地下水流數學模型，確定開采位置；

2)、制定抽水井設計流量，定義抽水井的襲奪率計算公式：

式中：襲奪率p(u)—水源地襲奪河水量w河與開采量w開的比值；q—抽水井設計流量；q′—抽水井襲奪河水的增加流量；a—水源地水位傳導系數；t—抽水歷時；x0—水源地漏斗中心距河流水邊的距離；y—抽水影響的河段長；

3)、根據待評價區(qū)域地下水流數學模型以及辛普森公式，繪制關系曲線圖；

4)、通過實際采集的擬建水源地蓄水期數據、襲奪率計算公式、以及關系曲線圖，獲取襲奪量w河，根據取襲奪量w河對擬建水源工程以及水資源進行定量化分析與評價。

所述步驟2)中t值的確定：連續(xù)抽水并且地下位持續(xù)下降，t為從開始抽水到計算時刻的歷時；間歇抽水時或補給量大于開采量引起地下水位回升時，t＝t1+ti，t1為前次抽水后地下水位回升至某一高度時所用的抽水歷時，ti為下一時段抽水歷時。

所述步驟3)具體包括：在待評價區(qū)域地下水流數學模型中改變開采量w開，根據襲奪率計算公式獲得水源地襲奪河水量w河，以及襲奪率p(u)；最后根據辛普森公式繪制關系曲線圖。

所述步驟4)具體為：確定水源地漏斗中心距河流水邊的距離x0值、抽水歷時t，含水層的水位傳導系數a，然后計算第第n天的u值最后查關系曲線圖求得襲奪率，代入抽水井的襲奪率計算公式反求襲奪量w河。

所述地下水流數學模型：

式中：h——地下水水頭；kx，ky，kz—x，y，z方向滲透系數；k—邊界法線方向滲透系數；ss—含水層比儲水系數；h0—含水層初始水頭；q—含水層二類邊界單位面積過水斷面補給流量；n—滲流區(qū)邊界的單位外法線方向，矢量；ε—源匯項強度；г—模擬區(qū)域第二類邊界；ω—滲流區(qū)域。

與現(xiàn)有技術比較，本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明提供了一種基于襲奪量的沿河水源地評價方法，通過地下水數值模擬技術建立地下水資源量-地下水位聯(lián)動模型，最終建立沿河水資源調控量-區(qū)域地下水位-沿河水源地開采井襲奪量相關計算關系公式，實現(xiàn)首次采用基于數值模擬技術耦合辛普森公式對擬建水源工程沿河襲奪河水量進行定量化分析與評價,在地下水資源的評價中具有很好的應用和推廣前景。

附圖說明

圖1是本發(fā)明曲線圖；

圖2是本發(fā)明曲線圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明做詳細描述。

本發(fā)明提供了一種基于襲奪量的沿河水源地評價方法，包括：

1)、根據待評價區(qū)域地下水資源的地下水系統(tǒng)三維地質概念模型以及實際狀況，建立待評價區(qū)域地下水流數學模型，確定開采位置；

根據模擬區(qū)地下水系統(tǒng)水文地質概念模型，建立了計算區(qū)內地下水流數學模型。當不考慮弱透水層貯水能力時，淺層潛水和承壓水系統(tǒng)地下水運動的數學模型概化為三維不穩(wěn)定流動系統(tǒng)，其數學模型如下：

式中：

h——地下水水頭(m)；

kx，ky，kz——x，y，z方向滲透系數(m/d)；

k——邊界法線方向滲透系數(m/d)；

ss——含水層比儲水系數；

h0——含水層初始水頭(m)；

q——含水層二類邊界單位面積過水斷面補給流量(m²/d)；

n——滲流區(qū)邊界的單位外法線方向，矢量；

ε——源匯項強度(包括開采強度、入滲強度、蒸發(fā)強度等)(1/d)；

г——模擬區(qū)域第二類邊界；

ω——滲流區(qū)域。

通過建立該地區(qū)的地下水三維流數值模型，來對不同開采地下水量條件下的地下水位進行模擬預測，建立二者之間的相關關系，為下一步沿河水源地水井襲奪量的計算建立數值關系儲備。

2)、制定抽水井設計流量，定義抽水井的襲奪率計算公式，當抽水井離河邊較近，并且抽水井開采的地下水層與河水有直接的水力聯(lián)系時，抽水井的襲奪率可以用下式計算公式：

式中：p(u)—水源地襲奪河水量w河與開采量w開的比值(襲奪率)；

q—抽水井設計流量；

q′—抽水井襲奪河水的增加流量；

a—水源地水位傳導系數，m²/d；

t—抽水歷時，d；

x0—水源地漏斗中心距河流水邊的距離，m；

y—抽水影響的河段長，m。

從公式可以看出，影響襲奪河水量的主要因素是和開采量w開。

其中，參數的確定：

(1)x0值的確定

本水源地由于開采井大部分都在主河床里面，蓄水期被淹沒，在地表河水垂直入滲補給情況下，本次計算采取引用塌壩期開采井群條件下最大影響半徑值的一半，作為群井群采的比擬漏斗中心距河流水邊的距離。

(2)t值的確定

連續(xù)抽水并且地下位持續(xù)下降，t為從開始抽水到計算時刻的歷時；間歇抽水時或補給量大于開采量引起地下水位回升時，t＝t1+ti，t1為前次抽水后地下水位回升至某一高度時所用的抽水歷時，ti為下一時段抽水歷時。

(3)a值的確定

a值為含水層的水位傳導系數；

3)、根據待評價區(qū)域地下水流數學模型以及辛普森公式，如圖1所示，繪制關系曲線圖；具體包括：在待評價區(qū)域地下水流數學模型中改變開采量w開，根據襲奪率計算公式獲得水源地襲奪河水量w河，以及襲奪率p(u)；最后根據辛普森公式繪制關系曲線圖。

日開采量w開為常數，x0、a、t，為已知參數，由于沿河水源地襲奪河水量的微分方程式無法直接求解。辛普森用數理解法求得了一條關系曲線，對于某一河段含水層a值可采用常數，則p(u)隨x0的增大而急劇減小，隨t的增長而急劇增大。

4)、通過實際采集的擬建水源地蓄水期數據、襲奪率計算公式、以及關系曲線圖，獲取襲奪量w河，根據取襲奪量w河對擬建水源工程以及水資源進行定量化分析與評價。

具體為：確定水源地漏斗中心距河流水邊的距離x0值、抽水歷時t，含水層的水位傳導系數a，然后計算第n天的u值最后查關系曲線圖求得襲奪率，代入抽水井的襲奪率計算公式反求襲奪量w河。

示例性的：

擬建水源地在橡膠壩蓄水期設計開采情況如下：x0＝116m，a＝1333m²/d。分別求抽水的第1天、第2天、第3天、……第n天的u值查相關圖求得襲奪率，代入公式反求襲奪量w河。

例①解:第1天襲奪率的計算：

查相關圖求得襲奪率p(u)＝12％；

例②解:第2天襲奪率的計算：

查相關圖求得襲奪率p(u)＝23％；

以此類推，水源地在設計開采量條件下，推求出的相關關系曲線如圖2所示，計算值如表1所示：

表1計算分析值表

由表1、圖2可知，擬建水源地取水井在連續(xù)開采第14天時，其水資源總量的83％來自于地表河水的襲奪量，由此可知在含水層賦水能力一定的條件下，擬建水源地長期開采條件下其開采水量80％以上來自于地表河水垂直入滲量。

本方法研究基于數值模擬技術耦合辛普森公式的沿河水源地襲奪量計算方法進行評價，通過使用gms數值模擬技術軟件實現(xiàn)了在研究區(qū)進行了地下水資源的地下水位與地下水資源量的相關變化關系研究，再此基礎上建立相關曲線圖，最終得出襲奪量w河與w開之間存在著固定的函數關系，該函數關系與辛普森用數理解法求得關系曲線具有高度擬合關系，因此采用基于數值模擬技術耦合辛普森公式對擬建水源工程沿河襲奪河水量進行定量化分析與評價。實際應用表明基于該技術方法在地下水資源的評價中具有很好的應用和推廣前景。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。