El área de cálculo está ubicada al pie sur de las montañas Tianshan y el borde norte de la cuenca del Tarim, comenzando desde Ganweilongkou en el norte, hasta la llanura aluvial del río Tarim en al sur, a la granja Santamu en el condado de Xinhe, al oeste, y a Kuzhou, al este, en el municipio de Halahatang, condado de Che. Coordenadas geográficas: 82° 15′~ 83° 15′ de longitud este, 40° 45′~ 41° 45′ de latitud norte, con una superficie aproximada de 5530km2. Las divisiones administrativas pertenecen al condado de Kuqa, el condado de Xinhe y el condado de Shaya en la prefectura de Aksu, Xinjiang (Figura 5-1).
II. Modelo conceptual de hidrogeología
(1) Modelo de límite y estructura interna
El sistema acuífero poroso del Cuaternario tiene una estructura multicapa, principalmente Distribuido en la cuenca de Ganwei. Este estudio estableció un modelo de flujo tridimensional de una estructura de seis capas para describirlo.
En el plano, el límite noroeste del modelo se toma como el límite entre el lecho rocoso neógeno y los sedimentos cuaternarios frente a las montañas Letage, que pueden ser un límite de flujo cero. Debido a la falta de datos en el área al sur del río Tarim, se tomó el límite sur en la línea media del río Tarim como primer límite. Otros límites laterales (límite noreste, límite este y límite oeste) son extensiones del sistema acuífero cuaternario y solo pueden usarse como límites artificiales: las líneas de corriente se determinan con base en el mapa de contorno del nivel del agua subterránea inicial, y los límites definidos a lo largo de las líneas de corriente se El segundo límite es el primer límite definido a lo largo del contorno de profundidad del área local (Figura 5-2).
Las condiciones de contorno específicas están determinadas por la identificación del modelo. La superficie total de todos los modelos es de aproximadamente 5530 km2.
Verticalmente, el límite superior del modelo es la superficie freática. Excepto el río Tarim como primer límite, el resto son límites de recarga de infiltración o límites de descarga de evaporación freática. El límite inferior es la base del tercer acuífero confinado, que es un límite de flujo cero.
Para conectarse con la estratificación del área de la llanura multicapa (un acuífero freático, tres acuíferos confinados y dos acuitardos intermedios), el acuífero freático único en el piedemonte se divide verticalmente. También se divide en seis pisos correspondientes. De esta manera, el medio acuífero de toda la región se resume en una estructura de seis capas y se realiza una descripción matemática unificada.
(2) Procesamiento de proyectos de fuente y sumidero
1. Procesamiento de pozos de mezcla
Utilice el "modelo de acoplamiento de flujo de tubería de filtración" para describir la mezcla. pozo: "Infiltración" describe el movimiento del agua subterránea y "flujo en tubo" describe el flujo de agua en un pozo. Este método resuelve el problema de simulación de pozos mixtos y mejora enormemente el rendimiento de la simulación del modelo.
2. Tratamiento de evaporación sumergida
Según la ley de la evaporación freática y las cuatro fórmulas empíricas resumidas por el Xinhe Balance Test Site, se aborda el problema de la evaporación freática:
(1 )Fórmula de Avelyanov
ε=ε0(1-D/D0)b
Figura 5-1 Cálculo del mapa de ubicación del tráfico regional
Figura 5-2 Mapa de rango del área de cálculo
②Fórmula de la función de potencia
ε=ε0 aD-b
③Fórmula del exponente
ε = ε0 ae-bD
④Fórmula empírica de la Universidad de Tsinghua.
ε=εmax(1-e-bε0/εmax)
Entre ellos, ε es la intensidad de evaporación en inmersión; ε0 es la intensidad de evaporación superficial relacionada; a la profundidad de inmersión (es decir, la máxima intensidad de evaporación freática que puede ocurrir a esta profundidad).
ε max = f (d) d es la profundidad de buceo; D0 es la profundidad límite de buceo (relacionada con la calidad del suelo); a y b son coeficientes empíricos (relacionados con la calidad del suelo).
De acuerdo con las diferentes condiciones de calidad del suelo y profundidad del agua subterránea, seleccione fórmulas empíricas apropiadas para mejorar la simulación: las fórmulas ② y ④ son más adecuadas para suelos de grano fino, pero solo cuando la profundidad del agua subterránea es superior a 0,2 m; para suelos gruesos Para suelos granulares se debe seleccionar la fórmula ① o ③.
3. Tratamiento de la recarga de infiltración procedente de precipitaciones y aguas superficiales.
Utilizamos el "método del coeficiente de peso de retardo de recarga de infiltración de lluvia" para describir la recarga de infiltración de lluvia. Este método no sólo puede reflejar la situación real de la recarga retrasada de la infiltración de lluvia, sino que también tiene cierta practicidad.
El mecanismo de histéresis de la recarga de infiltración de agua superficial es similar a la infiltración de lluvia y también se describe mediante el método anterior.
Tercer modelo matemático
Basado en el modelo conceptual hidrogeológico de la cuenca de Ganwei, se estableció un modelo matemático tridimensional del flujo inestable de agua subterránea en el pozo de mezcla, el cual se describe como sigue:
Exploración de aguas subterráneas en la Cuenca del Tarim
En la fórmula: h es la función de carga hidráulica (m) del acuífero o acuitardo H0 es la función de carga hidráulica inicial (m); ) del área de cálculo; H1 es el primer límite del área de cálculo. Conocer la función de carga hidráulica (m Kh y Kz son los coeficientes de permeabilidad horizontal y vertical del acuífero o acuitardo (m/d son); la producción del pozo de producción y el volumen de la sección de trabajo del pozo; w es la lluvia atmosférica. La suma algebraica de la intensidad de recarga de infiltración y la intensidad de evaporación del nivel del agua subterránea de ríos, embalses, canales y riego de campos (m/d) es μs; el coeficiente unitario de almacenamiento de agua del acuífero o acuitardo (1/m); μd es el agua freática; el suministro de agua por gravedad del acuífero; v es la función de velocidad de filtración conocida (m/d) del segundo límite del acuífero; es el primer límite del área de cálculo; B2 es el segundo límite del área de cálculo; d es el rango de distribución del área de cálculo;
Cuarto, modifique el modelo matemático
Utilice el método de diferencias finitas de malla poligonal arbitraria para resolver. Cada capa de simulación dentro del área de cálculo se divide en 662 nodos y 1236 unidades triangulares en el plano (Figura 5-3). El número total de puntos en las seis capas de simulación es 662 × 6 = 3972 y el número total de unidades es 1236 × 6 = 7416.
Los datos de observación a largo plazo de los niveles de agua subterránea en el área de cálculo comienzan y finalizan desde noviembre de 2000 hasta noviembre de 2006. Utilice este período como período de identificación del modelo y tome el paso de tiempo δt = 3d (δt comienza a partir de 30 días. Debido a la fuerte no linealidad de los pozos mixtos, δt se cambia a 3D después de ejecutar el modelo).
La capa de simulación se divide en 6 capas y cada capa se divide en 14 particiones de parámetros.
Los resultados de la corrección son los siguientes.
(1) Parámetros hidrogeológicos
El modelo corregido tiene 6 capas, cada capa está dividida en 14 particiones de parámetros (ver Figura 5-4), y los parámetros de cada partición de parámetros Ver Tabla 5-1 para valores.
(2) Recursos de aguas subterráneas
Considerando la periodicidad de la dinámica de las aguas subterráneas, el primer aniversario (diciembre: 11 de 2000 al 1 de 2006, 2006 65438+30 días) como período de equilibrio del agua. cálculos de saldo. Los resultados del cálculo específico se muestran en la Tabla 5-2, Tabla 5-3 y Tabla 5-3.
Se puede observar en el balance hídrico (Tabla 5-2) que la recarga de aguas subterráneas en el área de cálculo proviene principalmente de la infiltración de aguas superficiales, y la suma de la recarga de ríos, embalses, canales los sistemas y el riego de campo representan el 96,3% de las emisiones totales, mientras que la infiltración de lluvia recarga el agua subterránea en el área es muy limitada (menos del 1,5% de la extracción de agua subterránea en el área de cálculo solo representa alrededor del 1% del total); emisiones totales, mientras que la evapotranspiración freática consume una gran cantidad de recursos hídricos (representa el 97,9%), de los cuales la evaporación ineficaz representa el 80,25% de las emisiones totales.
Figura 5-3 Vista de sección transversal en plano
Tabla 5-1 Tabla estadística de valores de parámetros de partición de parámetros hidrogeológicos
Figura 5-4 Área de cálculo 1 ~ Parámetros de 6 capas Mapa de zonificación
Tabla 5-2 Resultados del cálculo del balance hídrico del área 1 del 11 de octubre de 2000 al 30 de octubre de 2006.
Tabla 5-3 Resumen de datos de cálculo para proyectos de recarga de modelos de aguas subterráneas
Tabla 5-4 Resumen de datos de cálculo para proyectos de descarga de modelos de aguas subterráneas
Nota: Campo la recarga de infiltración de riego, la recarga de infiltración de lluvia y la evaporación están relacionadas con la profundidad de entierro y la litología del agua subterránea, y cambian constantemente en el modelo. Los valores en esta tabla son el promedio del período de identificación del modelo de vehículo desde junio de 2006 165438 + 1 de octubre hasta; Valor 30 de junio de 2006.
(3) Análisis de errores
1. Análisis de errores de ajuste del campo de desaceleración
Finalmente, se muestra la curva de ajuste entre el nivel de agua simulado y el nivel de agua medido en el pozo de observación es como se muestra en la figura Como se muestra en 5-5. Entre ellos, los puntos sólidos grandes representan el valor medido real del nivel de agua del pozo de observación (un valor cada mes) y los puntos pequeños vacíos representan el valor simulado de la altura del agua (un valor cada tres días).
Para ilustrar el ajuste de los cabezales de agua, la Tabla 5-5 estadística los errores de ajuste de los cabezales de agua de los pozos de observación, y la Tabla 5-6 y la Tabla 5-7 registran los errores de ajuste del agua. cabeceras de pozos de observación en cada acuífero. Los datos utilizados para las estadísticas son el valor absoluto de la diferencia entre la altura hidráulica simulada y la altura hidráulica medida de cada pozo de observación instalado.
Las estadísticas de error muestran que δ H ≤ 0,5 m representa el 62,16 % del contraste total, y δ H ≤ 1,0 m representa el 86,63 %.
En general, el efecto de ajuste con los datos actuales sigue siendo bueno. Los niveles de agua en algunos pozos de observación se ven afectados por factores aleatorios, lo que da lugar a grandes errores de ajuste.
2. Análisis de error de ajuste del campo de gradiente
Las figuras 5-6 son los diagramas de ajuste de contorno de la segunda y cuarta capas en junio de 2001+01 respectivamente (todos usando Gram (dibujados por Liggin). método de interpolación). La línea continua en la figura es la altura igual medida (M) y la línea de puntos es la altura igual simulada (M).
Verbo (abreviatura de verbo) verifica el modelo matemático
Excepto el periodo de tiempo determinado por el modelo (165438+octubre 2000 al 1 165438+octubre 2000), dentro del área de cálculo No hay datos estadísticos sobre el volumen de extracción de agua subterránea y la dinámica del nivel del agua subterránea en otros períodos de tiempo, y es imposible utilizar datos estadísticos de otros períodos de tiempo para verificar el modelo numérico. Sin embargo, en la etapa de identificación del modelo, todos los datos utilizados son datos medidos y la serie de tiempo de los datos es larga (1a), por lo que el pozo de observación está bien controlado en el plano, ya sea el campo de desaceleración o el campo de gradiente. , los resultados de ajuste son muy buenos y la identificación El modelo producido es confiable y puede usarse para predicciones.
Verbo intransitivo pronóstico
(1) Determinación del plan de pronóstico
El primer plan: mantener el diseño del pozo de producción existente (Figura 5-7) y la extracción de agua subterránea . El número total de pozos de producción es 32 y el volumen total de producción es 0,1537 × 108 m3/a.
Segundo plan: basado en los 32 pozos de producción del primer plan, según el diseño planificado de la fuente de agua. (ver Figura 5 -8) y capacidad de producción, agregue 70 pozos de producción en red (pozos de superficie), con una producción total de 3.57× 108m3/a
Figura 5-5 Curva de ajuste del nivel de agua del pozo de observación
Tabla 5-5 Error absoluto entre la cabeza de agua simulada y la cabeza de agua medida en el pozo de observación
Tabla 5-6 Error absoluto del ajuste de la cabeza de pozo de observación de la segunda capa
Tabla 5 -7 Observación de la cuarta capa Error absoluto de ajuste del cabezal del pozo
Opción 3: Diseñar un área grande para explotar la segunda capa de agua subterránea en la zona de evaporación freática e interceptar la evaporación ineficaz del agua subterránea explotando el agua subterránea (ver Figura 5-9). Se utiliza el método práctico de prueba y error para obtener la distribución de intensidad minera ε [unidad: 104 m3/(km2·a)]. La premisa para calcular la intensidad minera por método de prueba y error es que la profundidad freática debe satisfacer la demanda de agua ecológica, es decir, la profundidad freática del área de vegetación en condiciones de minería no debe ser mayor a 4,5 m (falta datos sobre la profundidad freática de la cuenca de Ganwei, y el valor empírico es 4,0 ~ 4,5 m), para garantizar que las raíces de las plantas puedan absorber la humedad necesaria del suelo.
La calidad del agua subterránea en la zona desértica del suroeste del condado de Xinhe y algunas áreas en la esquina sureste del condado de Shaya es mala. El TDS del agua presurizada es generalmente superior a 3 g/L, y el TDS. La cantidad de agua freática es aún mayor, lo que la hace inadecuada para la minería. El límite noroeste es un límite de flujo cero. No se permite perforar pozos en el lecho del río Tarim. Se puede desarrollar y utilizar agua subterránea.
(2) Procesamiento de condiciones de contorno y elementos fuente y sumidero durante el período de predicción.
En el plan de predicción, los cambios dinámicos anuales de lluvia, evaporación, infiltración de embalses de ríos, desviación de agua de canales y varios coeficientes de infiltración son consistentes con la etapa de identificación del modelo.
Como modelo numérico a nivel de cuenca, las fuentes de agua planificadas en el Esquema 2 solo pueden tratarse como pozos superficiales. El volumen de extracción de cada fuente de agua se distribuye a todos los puntos de la red dentro del rango de la fuente de agua. El volumen de extracción de cada punto de la cuadrícula es. Las cantidades se asignan en proporción al área.
Figura 5-6 Diagramas isohidráulicos medidos y simulados de la capa 2(a) y 4(b) de 20011165438.
Figura 5-7 Mapa de ubicación de pozos de producción del Plan 1
Figura 5-8 Mapa de distribución de fuentes de agua planificadas del Plan 2
Figura 5-9 Intensidad de minería del Mapa de curvas de nivel de distribución del Plan 3
Figura 5-10 Plan 1 2011+01 Mapa de cabeceras iguales de cada acuífero.
(3) Resultados del pronóstico
El tiempo de pronóstico de las opciones uno y dos es de 10 años (previsto para noviembre de 2011), y el tiempo de pronóstico de la opción tres es de 20 años (previsto para 2021).
Opción 1: Proyectadas hasta 2011, las líneas isoacuáticas de cada acuífero se muestran en la Figura 5-10.
Bajo las condiciones mineras actuales, los niveles de agua en los pozos de observación permanecerán básicamente sin cambios en los próximos 65.438+00 años, y los niveles de agua en algunos pozos aumentarán ligeramente, como los pozos B2 y B45. puede deberse a condiciones irrazonables durante el período de pronóstico. Es causado por factores de suministro (como la distribución del flujo del canal) y factores de descarga (como la intensidad de la evaporación de la superficie del agua).
El balance de agua subterránea promedio de 10 años pronosticado por este plan se muestra en la Tabla 5-8.
Tabla 5-8 El balance hídrico promedio de 10 años pronosticado por la opción uno
Opción dos: Para junio de 2011, los niveles isoagua de cada acuífero son como se muestran en la Figura 5-11 Espectáculo.
Figura 5-11 Diagrama de cabeza igual del acuífero Plan 2 2011+1.
El plan aumenta la extracción de aguas subterráneas. Para los pozos de observación alejados de la fuente de agua, el aumento de la extracción de agua subterránea tendrá poco impacto en la dinámica de la carga hidráulica de los pozos de observación (como C67, C59, C8, C9, B30, B31, etc.). ). Este fenómeno parece ser diferente a otros modelos anteriores, lo que puede explicarse por los siguientes dos factores: primero, este modelo es un modelo de gran escala a nivel de cuenca, los pozos de observación están lejos de fuentes de agua concentradas, y La conductividad hidráulica del acuífero no es muy grande. En segundo lugar, la descarga de aguas subterráneas se debe principalmente a la evaporación freática. Después de la extracción centralizada de agua subterránea, la evaporación freática reducida debido a la disminución de los niveles de agua freática en la fuente de agua y sus pequeñas áreas cercanas es suficiente para equilibrar la cantidad de extracción, haciendo que la caída en la cabeza de agua en la distancia sea menos obvia.
Para los pozos de observación ubicados en o cerca del área de la fuente de agua, la cabeza de agua tiene una tendencia a la baja significativa después del aumento de la extracción. En términos generales, la brecha en el segundo piso es mayor que la del cuarto y sexto piso.
El balance de agua subterránea promedio de 10 años pronosticado por este plan se muestra en la Tabla 5-9.
Tabla 5-9 El balance hídrico promedio de 10 años pronosticado por la segunda opción
La tercera opción: la predicción de los niveles de agua subterránea y la profundidad del agua subterránea de cada acuífero se muestra en la Figura 5 -12 y Figura 5-13.
Figura 5-12 Plan 3 2021 11 diagrama de cabeza igual del acuífero.
Figura 5-13 Mapa de contorno de profundidad de agua subterránea de la cuarta opción 202110
Cuando el volumen minero total aumenta a 10,29 × 108 m3/a, la profundidad de agua subterránea en el área de cálculo sigue siendo 4,0 ~4,5 m, lo que puede garantizar la demanda ecológica de agua. En comparación con la opción dos, el volumen de extracción de agua subterránea de la opción tres aumentó en 6,71 × 108 m3/a, mientras que el consumo de almacenamiento de agua solo aumentó en aproximadamente 0,195 × 108 m3/a. El aumento de la cantidad de extracción proviene principalmente de la conversión de la evaporación y de la conversión. Consumo de agua freática de la opción tres. La cantidad de evaporación se reduce en 6,65×6558.
Los resultados de la predicción de la opción tres muestran que la instalación de pozos mineros a gran escala en el área de aguas subterráneas poco profundas en el sur del área de cálculo y el aumento de la cantidad de agua subterránea no solo pueden interceptar una gran cantidad de evaporación ineficaz, sino también paliar las consecuencias de la disminución de los niveles freáticos. Cuestiones geológicas medioambientales como la salinización del suelo.
Siempre que el diseño sea razonable, los recursos de agua subterránea se pueden desarrollar y utilizar de manera más efectiva sin afectar el desarrollo ecológico.
El balance de agua subterránea en el vigésimo año de minería bajo la tercera opción se muestra en la Tabla 5-10 (de 12, 1, 202110).
Cuadro 5-10 Cuadro de balance hídrico de la tercera opción de diciembre a octubre de 2020, 202110 y 30.