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大顶子山水库蓄水后哈尔滨地下水降落漏斗管控模拟及动态分析[工程论文]

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  • 用途: 硕士毕业论文 Master Thesis
  • 作者:上海论文网
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  • 论文字数:41522
  • 论文编号:el2022022820540123938
  • 日期:2022-02-28
  • 来源:上海论文网

水利工程论文哪里有?本论文研究的主要内容包括 2 个部分。(1)确定本文研究目标及研究意义,同时总结国内外关于地下水数值模型、大顶子山水库蓄水对地下水的影响以及地下水管控的研究进展,并分析其中存在的问题,为论文哈市地下水降落漏斗动态监测及管理提供背景基础。(2)对大顶子山水库的基本参数及概况、大顶子山水库蓄水后松花江哈尔滨段水位变化特征以及研究区的区域背景(包括地理位置、水文气象、水文地质等)进行梳理与分析,以了解和掌握研究区基础资料和数据。

第一章 绪论

1.2 国内外研究进展及存在的问题
1.2.1 地下水数值模拟研究进展
国外对于地下水数值模拟的研究主要针对其方法的薄弱环节。Facci 等基于Modflow 软件建立了渗流区模拟和区域地下水降落漏斗内地下水资源数值模拟的数学耦合模型,同时利用 GIS 空间数据对空间内分布参数和输入及输出值进行控制,能够对作物在时空上分布的耗水量进行评价[10]。Scheibe、Yabusaki 等通过不同尺度下地下水流和运移规律进心了分析[11]。Abdl-Azz、Wong 等在 1992 年估算含水层渗透系数、蓄水系数和渗漏系数的数学模型,设计了基于人工神经网络技术。经验证,估算的含水层参数比传统计算方法更为准确[12]。Porter 等指出量化各种水文、地质、地球物理数据和模型的不确定性的方法之一——DFM 法,此方法可以在地下水系统数值模拟中数据集成、模型标定等方面进行应用[13]。
20 世纪 70 年代,我国开始研究地下水系统数值模拟,相比于国际领域内起步较晚。查恩爽以以洮儿河流域为研究区,利用神经网络—随机模拟分析方法随机数值模拟预测潜水水位空间分布特征,并对水位埋深上下限进行定义,支出水资源枯竭的主要原因,并预测了地下水位变化驱动因子和地下水位中长期变化趋势[14]。陈锁忠等选择 GIS 的空间分析功能,通过对空间位置关系的拓扑分析,结合有限差分法,确定了模型空间离散格网之间的空间位置关系[15]。周念清等通过对宿迁市地下水资源进行评价,应用 Modflow 模拟软件模拟预测地下水水位变化过程,提出地下水控制及开采管理措施,预测能成功控制地下水降落漏斗继续发展[16]。易树平以沈阳市沿江水源地地下水运移规律为例,应用 Modflow 模拟软件进行模拟,研究结果表明对沿江水源地的模拟河流影响最大,其次是人工地下水开采,表征地下水系统特征的水文地质参数不够明显[17]。
随着科技的进步,计算机技术影响着科学研究多个领域,同样也为地下水模拟软件的发展提供强大的动力。此外,Modflow、GMS 等地下水模拟软件与地理信息系统 ArcGIS、Map 等软件的综合利用也推动了地下水模拟的发展[18]。由于各研究区域内现场实际的水文地质条件较为复杂、由数据保密机制造成的现场试验资料缺乏不容易收集、多学科多维度相互交织应用的研究难度,虽然地下水系统数值模拟等相关研究取得了快速发展及较大研究成果,提高地下水系统的精度仍然是一个需要继续保持高度注意力的科学问题。

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第三章 水库蓄水对松花江哈尔滨段水位的影响

3.1 大顶子山水库在松花江水系的位置
3.1.1 松花江水系概况
松花江为中国七大河之一,黑龙江在中国境内的最大支流[64]。松花江在隋代称难河,唐代称那水,辽金两代称鸭子河、混同江,清代称混同江、松花江[65]。松花江流经吉林、黑龙江两省,流域面积约为 55.72 万 km2,行政区划角度涉及我国东北四省区的黑龙江、吉林大部分地区,以及辽宁、内蒙古的少部分地区,松花江多年平均年径流量约为 762 亿 m3。
学者认为松花江有南北两源,北源为以发源于大兴安岭伊勒呼里山南瓮河湿地的嫩江为源头[66-68],南源为发源于长白山天池的第二松花江为源头,由北向南流淌的嫩江和由南向北流淌的第二松花江在吉林省与黑龙江省交界的三岔河口附近汇合,汇合后称为松花江。嫩江流域面积为 29.7×104km2,第二松花江流域面积7.34×104km2,松花江自三岔河向东北方向流经哈尔滨、佳木斯等地区,在同江附近汇入黑龙江[69]。松花江流域在黑龙江省境内的流域面积及支流信息见表3-1[70,71]。

表 3-1 松花江在黑龙江省境内主要信息
表 3-1 松花江在黑龙江省境内主要信息

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第五章 基于监测井水位数据的地下水位动态分析

5.1 哈尔滨地下水监测网络
随着工农业生产及人民生活水平的提高,对水资源的需求日益增长,地下水是水资源的重要组成部分,由于水田灌溉及大中城市工业的发展,用水量大增,大量开采地下水,出现超采后的地下水降落漏斗及地下水质污染等不良环境地质问题。近年来,这种现象已引起社会的重视,加强监管力度采取行政、科技等多种手段严格限制,使地下水开采量实现大幅下降,地下水水位大幅度回升。
基于上述背景,黑龙江省哈尔滨市高度重视地下水监测工作。从 2004 年开展地下水动态长期监测工作,监测水位、水质项目。从最初仅在个别县市开展此项工作到如今已覆盖全市,井网密度 376.4km2/眼[83]。哈尔滨市共设有 139 眼常规地下水水位监测井、14 眼漏斗区专项监测井及 9 眼灌区井、总计 162 眼监测井,测得了辖区内地下水动态的基本数据,掌握了辖区内地下水变化的基本情况[84]。区内还设有水质等其他类型地下水动态监测井,如表 5-1 所示。

表 5-1 哈尔滨地下水监测井统计表
表 5-1 哈尔滨地下水监测井统计表

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5.2 典型井地下水位动态分析
根据地下水水位监测井距松花江的垂直距离的远近,从哈尔滨市 162 眼监测井中选取 3 眼监测井作为典型井,具体选取原则如下。
(1)选取的典型井需具有长时间序列地下水水位监测数据;
(2)选取的典型井的水位监测数据需具有连续性,从而避免数据插补所产生的误差;
(3)选取的典型井要在所选取的计算区内。
根据以上原则,距离松花江从近到远分别选取道里区友谊宫监测井(东经126°36′08″,北纬 45°46′29″)、南岗区哈药总厂制剂厂监测井(东经 126°35′38″,北纬 45°41′40″)以及香坊区黎明乡双榆树村监测井(东经 126°41′11″,北纬45°39′42″)作为典型井,分别编号为 ZD-1、ZD-2 和 ZD-3。位置如图 5-1 所示。

图 5-1 典型井位置示意图
图 5-1 典型井位置示意图

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第六章 结论与建议

6.1 结论
(1)地下水控制性用水总量可由均衡法确定的地下水允许开采量换算得到;控制性下界水位可由地下水控制性用水总量及警示系数计算得到。管理区内任意点实时监测的水位数据可以通过对监测井网的监测数据的收集传输及插补延展,绘制地下水水位等值线图得到,实际开采量可由水位实时监测数据计算得到。基于水位与水量对地下水开采状态进行判断,根据不同的判断结果,触发相应管理方案。
(2)道里区友谊宫监测井(ZD-1)地下水水位受松花江江水位的顶托作用,常年保持接近松花江大顶子山水库蓄水后正常水位 116m,略低于松花江水位,2014-2018 年月平均地下水水位变幅 1.11m。南岗区哈药总厂制剂厂监测井(ZD-2)与香坊区黎明乡双榆树村监测井(ZD-3)受受降水及人工开采,地下水年内变化较大,整体呈上升趋势,年际变化也较大,呈上升趋势,2014-2018 年月平均地下水水位变幅分别为 11.72m 和 5.25m。
(3)松散岩类孔隙潜水地下水动态的变化受大气降水的直接影响,降水后地下水位快速上升,同时河流水位上升使地下水位抬升。1 月至 3 月气温升高固态水融化,地下水开始缓慢回升,5 月开始冰雪融化,地下水有短暂的水位回升,每年7 至 9 月份水位最高,为丰水期。10 月份降水减少,地下水呈缓慢回落趋势。10月中下旬至翌年 5 月初地下水水位下降,为枯水期。松散岩类孔隙承压水和弱承压水主要受大气降水入渗和侧向径流补给,地下水动态主要受水文气象因素制约,大气降水的补给的滞后期位 2-3 个月,即每年的 9-10 月份水位最高。
参考文献(略)

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