江苏地图62
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， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ，FEFLOW 在江苏省宿迁市 地下水水位预测中的应用江苏省水资源管理中心 河海大学水资源环境学院2006 年 9 月前 言地下水资源是我国水资源的重要组成部分，特别是在地表水资源相对贫乏的干 旱、半干旱地区，地下水在保证居民生活用水、社会经济发展和生态环境平衡等方 面起着不可替代的作用。近些年来，地下水在供
水量中的比重不断增加。对地下水 的不合理开采，会引起一系列的地质问题和环境问题，如地下水水位区域性持续下 降、土地沙漠化、地下水污染等，合理开发利用地下水已成为燃眉之急。加强地下 水资源管理，合理开发利用和有效保护地下水资源，必须进行地下水资源评价。 FEFLOW（Finite Element subsurface FLOW system）是由德国水资源规划与系 统研究所（WASY）历时二十多年的研究，开发出来的地下水流动及物质迁移模拟 软件系统。软件问世以来，在理论研究和实际问题的处理上，经过了不断的发展、 修改、扩充、提高，日趋完善。从二十世纪七十年代末至今，FEFLOW 经过了大量 的测试和检验，成功地解决了一系列与地下水有关的实质性问题，如判断污染物迁 移途径、追溯污染物的来源、海水入侵等等。 本成果利用 Feflow 软件，对宿迁市的地下水水位进行了预测，并对预测结果进 行分析，以期为宿迁市地下水资源的管理提供依据。目录第一章 宿迁概况 .............................................................................................................. 1 1.1 自然地理与社会经济概况 ...................................................................................... 1 1.2 区域地质概况 .......................................................................................................... 7 第二章 水文地质条件 .....................................................................................................11 2.1 地下水类型与含水岩组 .........................................................................................11 2.2 地下水补给、径流和排泄条件 ............................................................................ 20 第三章 地下水资源与开采状况 .................................................................................... 22 3.1 地下水资源 ............................................................................................................ 22 3.2 地下水开采状况概述 ............................................................................................ 22 第四章 FEFLOW 介绍 ............................................................................................... 254.1 FEFLOW 简介 ........................................................................................................ 25 4.2 FEFLOW 界面菜单介绍 ........................................................................................ 28 4.3 FEFLOW 菜单功能 ................................................................................................ 30 第五章 FEFLOW 在宿迁市的应用........................................................................... 405.4 模型预测 ................................................................................................................ 51 第七章 结论与建议 ........................................................................................................ 55 7.1 结论 ........................................................................................................................ 55 7.2 建议 ........................................................................................................................ 56 主要参考文献 .................................................................................................................. 57第一章 宿迁概况1.1 自然地理与社会经济概况宿迁市位于江苏省西北部，南与淮安市毗邻，东与连云港市接壤，北与徐州相 连，西与安徽省交界；下辖沭阳、泗阳、泗洪三个县及宿豫、宿城两个区(图 1―1)。 宿迁市总面积 8555 Km2，其中水面面积 2367 Km2，占总面积的 27.66％。2004 年全市总人口 521.39 万人，人口密度 609 人/ km2。2004 年全市工农业生产总 值 198.54 亿元。其中工业生产总值 102.41 亿元，农林牧渔业总产值 96.13 亿元。宿迁市介于京杭运河与黄河故道之间，是一座具有 3000 多年历史的文化古城，也是叱咤风云西楚霸王项羽的故里。图 1―1 1.1.1 地形地貌宿迁市位置图宿迁市地处鲁南丘陵与苏北平原过渡带，境内地势西高东低，以平原为主。西 南部及北部为低矮的丘岗，分布于成子湖西部泗洪县境内、泗阳县穿城及宿迁城区 以北地区。岗脊舒缓，地面标高 20―50 m，最高达 73.4 m。间有零星剥蚀残丘，标 高可达 50 m 左右。根据地貌类型，该市平原可分为运西平原、运东平原及废黄河 高地，平均地面高程 20m 左右，一般地面高程为 16―25m，最低点位于沭阳县湖东1乡，海拔 2.5m。该市境内水网密布，湖塘星列，是历史著名的“洪水走廊” 。 1.1.2 经济概况 宿迁自然条件优越，境内土地肥沃，物产丰富，是鱼、米、酒之乡。是陇海经 济带、沿海经济带、沿江经济带的交叉辐射区。随着改革开放的不断深入，社会经 济的快速发展，该市城市建设发展步伐加快，城市人口不断增加，城市规模不断扩 大。2003 年全市实现国内生产总值 278.26 亿元，第二产业总产值 114.92 亿元，第 三产业总产值 80.97 亿元，财政收入 16.87 亿元。全市主要工业产品为木材加工、纺 织服装、轻工食品、玻璃建材、化工医药五大支柱产业。 1.1.3 交通 宿迁为新建的地级市，是徐、淮、盐、连经济网的重要纽带。宿迁市交通发达， 水上航道密布，陆地公路纵横。在陆路交通上，现有京沪高速公路、宁宿徐高速公 路、新长铁路和正在建设的徐宿淮盐高速公路；在水路交通上，现有京杭大运河自 西北向东南贯穿全境，淮沭新河自南向北穿越泗阳县和沭阳县。目前，宿迁市已形 成水上、公路、铁路的交叉运输网络(图 1―2)。图 1―2宿迁市交通网图21.1.4 气象 宿迁市地处亚热带向暖温带过渡地区，具有明显的季风性、过渡性和不稳定性 的气候特征。冬天干冷，夏天湿热，春秋温暖，四季分明。多年平均气温 14.1 ℃ 。 多年平均相对湿度为 74%。多年平均（ 年资料系列）降水量 910.5 mm， 多年平均蒸发量 856.6 mm，降水稍大于蒸发，降蒸比 1：0.95。降水量空间分布不 均，总的趋势由北向南递增；降水量时间分布也不均，年际年内变化较大(图 1―3)。 该市是易旱易涝、水旱灾害频繁的地区。1600.0降雨量/mm1400.01200.01000.0800.0600.0400.0200.00.0195419601966197219781984199019962002时间/Year图 1―3 1.1.5 河湖工程宿迁市
年降雨量变化宿迁市境内河道纵横交错，河网密布。境内流域性河道有：淮河、怀洪新河、 新汴河、新濉河、老濉河、徐洪河、中运河、淮沭河、新沂河等 9 条，在本市境内 累计长 379.55km,堤防长 966.292km；区域性河道有：西沙河、西民便河、废黄河、3总六塘河、邳洪河、北六塘河、大涧河、柴米河、沂南河、岔流新开河、沭新河、 古泊善后河、前蔷薇河、黄泥新伍河等 14 条，在本市境内累计长 643.4km；骨干排 涝河道有：老汴河、拦山河、安东河、濉河、濉北河、利民河、黄码河、高松河、 成子河、马化河、朱成洼河、肖河、五河、古山河、张稿河、淮泗河、葛东河、泗 塘河、小黄河、刘柴河、爱东河、颜倪河、邢马河、邢西河、柴塘河、老涧河、马 河、南崇河、北崇河、塘沟河、柴南河、古屯河、柴沂河、路北河、东民便河、山 东河、友谊河、虞姬沟、万公河等 39 条，累计长 738.54km；这些流域性、区域性 河道和骨干排涝河道具有防洪、通航、调水、灌溉等综合功能，为宿迁市经济社会 发展发挥了重要作用。境内流域性河湖概况如下： （1） 淮河 淮河发源于河南省桐柏山，至扬州三江营，河道全长 1000km，流域面积 18.9 万 km2。宿迁市境内从泗洪东卡子（省界）至大柳巷船闸，河道长 10.5km，河底宽 250m，淮北大堤长 11.3km，堤顶宽 6―10m，顶高 19.6―20.5m，淮河的主要作用 是防洪、灌溉及通航。 （2）怀洪新河 怀洪新河西起安徽省怀远县何巷闸，东至江苏省泗洪县双沟入洪泽湖，全长 126km。其中宿迁市境内河道长 26.13km，由省界至峰山段和窑河段两段组成，两 岸堤防长 52.7 km，其中左堤 27.3 km，右堤 25.4 km。其防洪标准为淮河干流 1954 年型百年一遇洪水，与r潼河 40 年一遇涝水组合，设计行洪流量 4710m3/s，相应 峰山镇水位 16.76m，双沟引河进口水位 16.12m。 （3）新汴河 新汴河河道全长 127.1km（其中宿迁市境内 18.65km） ，流域面积 6640km2（其 中宿迁市境内 78km2） ，上起安徽省宿州徘 4km 处的七岭子，入洪泽湖溧河 洼止。流域内上游来水大，中下游地势低洼，河槽经常被上游客水所占，高出两岸 地面，致使内涝无法外排，涝灾严重。新汴河在大任庄进入本市泗洪县境内，两岸 堤防长 37.3km。堤顶高程 18.9～38.6m，顶宽 10～78m，最宽达 120m。河底高程 11.9～13.80m，底宽 115m。新汴河河道设计标准为排涝 5 年一遇，防洪 20 年一遇。 （4）新濉河4新濉河源于徐州云龙湖水库，止于溧河洼，全长 173.4km，流域面积 2972 km2。 宿迁市境内从泗洪五里戴（省界）至溧河洼，河道长 19.0km，两岸堤防长 32.35km （其中左堤 13.35km，右堤 19km） ，河底高程 10.0m，宽 40～20m，堤顶高程 17.5～ 21.7m，宽 4～20m，泗洪站警戒水位 15.66m，保证水位 17.06m。 （5）老濉河 老濉河源于安徽泗县北浍塘沟， 止于溧河洼， 全长 50.36km， 流域面积 626km2。 宿迁市境内从泗洪新关 （省界） 至溧河洼， 29.15km(左堤)， 长 河底高程 12.6～9.0m， 宽 30～54m，堤顶高程 19.66～17.13m，宽 4～6m，泗洪站警戒水位 15.41m，保证 水位 16.86m。 （6）徐洪河 徐洪河是贯通三湖（洪泽湖、骆马湖、微山湖） 、串连三个水系（淮河、沂河、 泗水） 、向北调水向南排水、结合通航的多功能河道。该河道北起徐州市东郊京杭大 运河，向南流经铜山、睢宁、泗洪三县，至顾勒河口入洪泽湖，全长 118.16km，(其 中宿迁市境内 55.5km)，两岸堤防长 236.50km(左堤 113.40km，右堤 123.10km)，其 中宿迁市境内堤防长 111 km(左堤长 55.5km，右堤长 55.5km)。境内河底高程 8.4～ 7.8m，宽 45～102m，堤顶高程 23.8～17.1m，堤顶宽 10～22m，目前堤防已达 20 年一遇防洪标准。 （7）中运河 中运河自苏鲁边界的黄楼村至淮阴区杨庄，全长 179.0km，其中宿迁市境内河 道长 111.15km，两岸堤防长 295.98km（左堤长 150.48km，右堤长 145.5km） ，其中 宿迁市境内 203.87km（左堤长 90.05km，右堤长 113.82km） 。中运河二湾以上河道 长 53km， 其中省界至大王庙为上段， 长约 10.5km， 大王庙至二湾为下段， 42.5km。 长 中运河是京杭大运河的一部分，既承泄沂泗洪水，又担负两岸农田灌溉、排涝的任 务。 （8）淮沭河 淮沭河南起洪泽湖二河闸，北经沭阳闸入新沂河，总长 97.6km，堤防长 173.40km，由二河和淮沭河两段组成，是一项分淮入沂、扩大淮河洪水出路的工程， 在淮沂洪水不遭遇时，设计分淮入沂流量 3000m3/s，也是充分利用淮水资源对淮北5供水的人工河道。 （9）新沂河 新沂河是沂沭泗地区主要排洪河道之一，分泄上游 5.12 万 km2 的洪水，并承 泄嶂山闸到沭阳段 2322km2 的区间汇水。 从骆马湖嶂山闸起向东至燕尾港与灌河会 合入海，河长 146km，其中宿迁境内河道长 77.8km，两岸堤防长 290km（左堤长 146km， 右堤长 144km） 其中宿迁市境内 127.3km ， （左堤长 60.5km， 右堤长 66.8km） 。 （10）洪泽湖 洪泽湖位于宿迁市南部，由黄河南徙夺淮而形成，是淮河中下游最大的拦洪蓄 水平原湖泊型水库，具有防洪、灌溉、航运、发电、水产养殖等综合效益。洪泽湖 承泄淮河上、中游 15.8 万 km2 面积来水，主要入湖河流为淮河、怀洪新河、濉河、 池河、新汴河等。死水位 11.3m，相应容积 10.45 亿 m3。正常蓄水位 13.0 m，相应 水面面积 2151.9 Km2， 相应容积 41.92 亿 m3。 设计洪水位 16.0m， 相应水面面积 2392.9 Km2，相应容积 111.20 亿 m3（不同水位、库容、水域面积对应关系见表 1―1） 。 表 1―1 洪泽湖水位～面积～库容对应表平蓄破圩（新资料）水位(m)10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 15.0 15.5 16.0面积（Km2）353.1 811.1 8.7 7.9 8.2 3.0 0.4库容（亿 m3）1.34 4.21 9.34 16.38 24.98 35.18 46.94 60.02 74.20 89.51 106.00 123.686（11）骆马湖 骆马湖位于宿豫区、新沂市的交界处，是沂沭泗流域的主要湖泊之一，也是宿 迁市重要的水源地。 蓄水面积 375 Km2， 主要拦蓄沂河洪水， 承泄上中游 5.1 万 Km2 的汇水。死水位 20.5m，相应水面面积 194 Km2，相应容积 2.12 亿 m3。正常蓄水位 23.0 m，相应水面面积 375 Km2，相应容积 9.01 亿 m3。设计洪水位 25.0m，相应水 面面积 432 Km2， 相应容积 15.03 亿 m3。 骆马湖水位、 库容、 面积对应关系见表 1―2。 表 1―2 高程(m)20.0 20.5 21.0 21.5 22.0 22.5 23.0 23.5 24.0骆马湖水位～面积～库容对应表 面积（Km2）140 194 250 292 325 350 375 396 413库容（亿 m3）1.22 2.12 3.28 4.65 6.04 7.50 9.01 10.50 12.011.2 区域地质概况1.2.1 地层 本区属华北地层区。地层分为太古界泰山群；太古界至下元古界胶东群；中生 界白垩系青山组、王氏组；新生界下第三系始新统新官庄组、渐新统大汶九组；上 第三系峰山组、下草湾组、宿迁组；第四系更新统豆冲组、泊岗组、戚嘴组、全新 统。区内地层情况见表 1―3。 这里仅介绍与含水层分布有关的上第三系及第四系地层。 (1) 上第三系 峰山组(N11f)：下部为灰黄色、灰绿色砂砾层组，间夹褐黄色细砂、粉质粘土；7表 1―3 地质年代Q4 更新统 Q3 Q2研究区地层情况简表 地层名称 厚度(m)0―25 戚嘴组 泊岗组 豆冲组 宿迁组 下草湾组 峰山组 三垛组 5―58 0―36 10―40 20―100 10―140 10―125 725 599 主要岩性粉砂、亚砂土 含钙核亚粘土夹中细砂 亚粘土夹砂砾 砂砾层夹灰绿色粘土 砂砾夹粘土 粘土夹粉细砂 中粒夹砾石层 泥岩夹泥灰岩 砂砾粉砂泥岩 砂砾岩、细砂岩 安山岩夹粉砂岩细砂岩 黑云斜长片麻岩 片麻岩、混合岩新 生 代上新统 中新统Q1 N2s N21x N11f EL2-3dw E2g K2 Kf渐新统 始新统戴南组 官庄组 王氏组 青山组 胶东群 泰山群中生界 下元古界 太古界白垩AYjd A Yz中部为浅灰色、灰黄色含砾中―细砂；上部为灰黄色细砂夹粉质粘土，局部地段胶 结紧密为泥岩。主要分布在本区西部的郯―庐断裂带及其以西以及洪泽湖一带。 下草湾组(N21x)：由顶至底，为浅灰绿色粘土岩、灰绿色砂岩及黄褐色钙质砾岩 组成，厚度 12―125 m 。分布于泗洪和泗阳县境内。在局部地段其底部砂层和峰山 组顶部砂层直接接触。 宿迁组(N2s)：上部为灰白色粘土岩，含钙质结核，向下依次为中、粗砾含砾砂 岩，厚约 30 m 。分布于双庄、沙集一带，分布范围不广。 (2) 第四系 豆冲组(Qld)：主要为冲积、洪积、冲湖积层，岩性为砂、粉砂、砾石、粉质粘 土。厚度 60―100 m，西薄东厚。 泊岗组(Q2b)： 为棕红色砂、 粉砂质亚粘土， 含钙质结核及铁锰结核， 厚度 10―30 m，分布于泗洪及黄河故道两侧。8戚嘴组(Q3q)： 灰黄色、 棕黄色粉砂质亚粘土及粉质粘土， 底部含大量钙质结核。 西部出露于泗洪地区。地貌上常构成垄岗，厚度 10―50 m 。 全新统(Q4)：除西部丘陵山脊缺失外，平原及山涧洼地分布较广。岩性以冲积、 湖积的粉质粘土及粉砂质亚粘土为主，中下部为海陆交互沉积相，顶部覆以粉砂质 现代冲积物。 1.2.2 地质构造 本区以海泗断裂为界，北属华北地台鲁苏隆起，南部属扬子准地台苏北凹陷。 次级构造有沭阳凹陷，低序次为泗洪古隆起、双沟―管镇凹陷。较大的断裂有郯庐 断裂、海泗断裂等。 (1) 凹陷、隆起 沭阳凹陷位于泗阳县洋河镇―沭阳县城一带，面积约 2500 Km2，北以邵店―桑 墟断裂为界，呈北陡南缓箕状凹陷。燕山运动晚期开始沉积，堆积厚约 1500m 的新 生界砂页岩层。沭阳凹陷总体轴向为北东向。泗洪古隆起位于泗洪县双沟一带，由 下元古界片岩、片麻岩组成，大部分被第四纪掩盖，埋深一般 50―150m，属苏鲁 隆起的南缘。双沟―管镇凹陷位于泗洪县双沟至盱眙县管镇一带，为新生代凹陷， 主要沉积有上第三系和第四系，全新世抬升后，形成北西向岗地。 (2) 断裂 本区断裂构造发育，大致分为北北东、北东、北西三组，彼此纵横交错，特别 是西部郯―庐断裂带构造活动频繁、断裂密集。现分述如下： 1) 罗圩―大新断裂 断裂走向 NE58° ，由罗圩向北东经大新伸入沭阳境内。它切割破坏了陆集―刘 集向斜盆地。其生成较晚，可能发生在燕山末期到喜山期。 2) 龙集―胡集断裂 断裂走向 NE30° ，倾向南东，倾角 40° 左右，由研究区龙集向北东经胡集伸向 灌云地区，为华北地层区(北相)和扬子地层(南相)的分界线。 3) 泗洪―宿迁大断裂 该断裂为郯―庐大断裂的东界主干断裂。纵贯本区南北，规模甚大，它控制了9苏北的沉积建造，是徐州地区北相地层(上元古界至古生界)的东界，是古生界与元 古界的分界线，在地质构造的格局上起着极为重要的作用。断裂走向 N80° ，浅部西 倾，深部东倾，倾角 70° 左右。剖面上为舒缓波状，东盘向北西逆冲。从其派生断 裂性质判定为左旋扭压构造。由于历次构造的强烈活动，致其派生断裂发育。 4) 王官集―朱山断裂 该断裂为郯―庐大断裂的西界主干断裂，其走向 NE5―10° ，向东倾斜立，倾 角陡立。断裂性质为压扭性。 此外，郯―庐断裂之东西界断裂之间尚有数条近似平行的派生断裂述，不再细 述。 5) 北西向断裂 切割郯―庐断裂带北北东向主子断裂的北西向断裂十分发育，大部分以左行的 张扭性断裂出现，少数为压扭性，现将与水文地质条件密切相关的两条分别细述如 下：1 ○ 王官集一双庄断裂该断裂位于王官集一双庄一线，走向约 NW60° 。倾向南西，倾角陡立，为右行 的张扭性断裂。南西盘相对北东盘略有跌降，其生成可能为新第三纪初期。2 ○ 高作―罗圩断裂该断裂位于高作南侧、罗圩北侧。作 NW60° 展布。其性质与王官集一双庄断裂 相似，为同序次的派生断裂，它制约了宿迁组地层的沉积厚度与分布。 总之，郯―庐断裂不仅制约了中生界沉积，而且由于多次的活动，影响了第三 系以至第四系的堆积。其主干断裂的北北东向与派生的北西向、北东向构造相互穿 插，加之北西西向构造的切割构成了测区西部的“米”字型构造格局。由于断凸，断 凹的升降差异，加之外营力的流水侵蚀，致使郯―庐断裂带呈现南北展布的“藕节” 状，每节点两侧为不同断凸的隆起，节缝本身为相对的凹陷，对此可由晚近期松散 层的堆积厚度及河流水系的北西向展布加以说明。它也是郯―庐断裂体系对本区水 文地质条件的控制关键所在。10第二章 水文地质条件2.1 地下水类型与含水岩组依据含水介质空隙类型的不同，全区地下水可分为松散岩类孔隙水和基岩裂隙 水两大类。 2.1.1 松散岩类孔隙水 根据沉积物的时代、成因、地质结构及水文地质特征，区内含水层可分为潜水、 微承压水(第Ⅰ 承压水)和第Ⅱ 、第Ⅲ 承压水含水层。 (1) 全新统(Q4)粉砂、粉质粘土孔隙潜水 该含水岩组以废黄河泛滥堆积分布最广，其含水砂层组合类型各地不一，河漫 滩、自然堤近侧，粉质砂土、粉土裸露；远离河道由粉质粘土与粉土互层，厚度一 般为 2―10 m，最大为 19.55 m。据钻孔抽水资料反映，含水贫乏，出水量小于 100 m3/d。 含水层大面积裸露， 受降水直接补给， 水位埋深一般为 2―3 m， 滩地可达 5 m 左右。 (2)上更新统(Q3)粉土、粗砂层孔隙弱承压水 (第Ⅰ 承压水) 发育在含钙质结核粉土的中段。据钻孔资料：沿废黄河一带厚度较大，西南岗 地大部分缺失，最大底板埋深 40 余 m，水位埋深一般为 1―3 m，水量中等，局部 富集，水质良好。第Ⅰ 承压水主要钻孔水文地质特征一览表见表 2―1。 (3) 第Ⅱ 承压水 时代相当于中、下更新统和上第三纪宿迁组。 1）中、下更新统(Q2、Q1)砂砾层孔隙承压水 中、下更新统砂性土层较发育，两者之间经常以砂砾层直接相触，构成统一的 孔隙承压含水岩组， 一般厚度 16―19.5 m， 最大厚度 34.9 m， 顶板埋深 30.3―49.3 m。 含水砂砾皆为河流冲积而成。砂砾层厚度与地层总厚比多在 70％以上，富水性 受砂层厚度的控制；构造凹陷区含水砂层发育，水量较丰富，反之则非。大致以郯 ―庐断裂带东界断裂为界， 东部富水带长轴为北西―南东向， 如卢集―黄圩富水带， 钻孔抽水最大单位涌水量达 348.48 m3/d? m；西部富水带呈南北向，单位涌水量最大11达 190.27 m3/d? 由于新构造上升， m。 岗地边缘地带含水层变薄， 单位涌水量小于 43.2 m3/d? m，水位埋深一般为 15―17.5 m，矿化度一般小于 1 g/L，局部达 1―2 g/L。中、 下更新统(Q1-2)孔隙承压水主要钻孔统计见表 2―2。 表 2―1 第Ⅰ 承压水主要钻孔水文地质特征一览表 孔深 （m） 埋深（m）32.00 41.30 72.79 31.75 54.00 42.00 46.13 29.00 30.21 24.95 25.78 34.65 35.50 44.83 142.81 30.35 27.80 26.50 67.30 38.50 15.00―32.00 18.75―39.82 32.70―60.36 19.50―27.50 30.00―50.00 14.80―40.20 9.79―41.03 8.50―27.11 25.49―26.29 5.85―24.95 7.20―25.78 26.50―33.65 7.10―7.60 17.60―42.00 40.63―54.36 26.40―30.35 15.00―27.80 10.30―26.50 28.00―59.00 30.50―38.50含 钻 孔 位 置 厚度 （m）8.00 16.57 27.66 8.00 20.00 7.90 26.42 1.80 0.80 19.10 18.58 7.15 0.50 24.40 13.71 3.95 12.00 14.80 31.00 8.00水层 岩 性宿豫区曹集乡 沭阳县刘集乡顺河村钱庄 沭阳县刘集乡榆树圩 泗阳县穿城镇 泗阳县三庄乡知青农场 沭阳县胡集乡黄庄村蔡庄 宿城区埠子镇 宿城区埠子镇蔡坡圩子 泗洪县西陈集乡旱河口 泗阳县洋河镇三葛庄 宿豫县罗圩乡平楼村 泗阳县中扬小学 泗阳县史集乡中学 泗阳县临河镇大兴村六组 泗阳县来安乡 泗洪县重岗乡五寿庄 泗洪县重岗乡陈集 泗洪县金锁镇沈庄组 泗洪县曹庄乡梨园村 泗洪县界集镇亚粘土夹砂 砂 砂 粗砂、亚粘土夹砂砾 中粗砂 中细砂 粗中砂夹砂砾 41.03m 以下基岩 亚砂土、细砂 中细砂 粉砂 粘土夹钙质结核及粉砂 中砂、亚砂土 细砂 含砾中粗砂 中砂 中砂 含砾中粗砂 细砂夹亚砂土 中砂 亚粘土夹砂层12表 2―2中、下更新统(Q1-2)孔隙承压水主要井孔统计表 水位埋深 （m）4.05 4.38 2.34 3.80 0.85 0.75 9.34 7.34含 钻 孔 位 置 顶板埋深 （m）42.60 27.60 49.30 9.79 34.60 5.43 48.80 35.60水层 岩 性厚度（m）37.40 13.70 34.40 26.40 7.85 1.99 8.30 31.00宿豫区王官集镇 宿豫区大兴镇 沭阳张圩乡 宿城区埠子镇 泗阳县绢纺巢丝厂 泗洪师范南 100m 泗阳黄圩乡 泗阳卢集镇含砂中粗砂 含砂粗砂 含砂粗砂 含砂中粗砂 细、粗砂 粉中砂 细砂 含砂粗砂沙集―双庄一带，含水层的空间展布具掩埋古河道的沉积特征： ① 位于新构造运动的下降区，具广阔的槽形谷地； ② 河床相沉积的发育(粗粒的堆移质一砂砾层)； ③ 具典型的冲积二元结构(上细下粗)； ④ 具有规则的斜层理，倾角 20℃ 左右； ⑤ 中间河床相水量丰富，两侧变弱，水质良好。 2）上新统宿迁组含砾砂层孔隙承压水 宿迁组含水层在西北部北西向断陷带内堆积产物，其范围受基底构造控制。沙 集、双庄一线含水层发育。宿迁党校 183 号孔砂层厚 93 m，双庄 184 号孔砂层厚 72 m，一般为 20―30 m，顶板埋深 50―125 m，由于粗、中砂层层次多、厚度大、 埋深深，含有丰富的孔隙承压水，单井涌水量可达 2000 多 m3/d? m，边缘地带局部 自流。如归仁 181 号井，局部自流高出地表 0.3 m。由于宿迁组的分布范围有限， 加之宿迁组顶部和 Ql 的豆冲组底部没有稳定的隔水层， 而它和下部的下草湾组之间 隔水层较厚，故把宿迁组也归入第Ⅱ 承压水。宿迁市地下水Ⅱ承压含水层埋深见图 2―1，Ⅱ 承压含水层等水位线见图 2―2。13图 2―1宿迁市地下水Ⅱ 承压含水层埋深图14图 2―2宿迁市地下水Ⅱ 承压含水层等水位线图15(4) 第Ⅲ 承压水 1) 中新统下草湾组砂层孔隙承压水 下草湾组早期沉积为河湖相，沉积颗粒较粗，多为砂砾层，向湖心过渡则变为 细粒的粘土；后期湖水扩大，细粒粘土迭加沉积，构成了上有隔水层覆盖的砂砾孔 隙承压水。据统计，含砾比湖滨粗粒相为 5％―50％，湖心粗粒相趋近于零，即没 有砂层沉积。埋深一般为 50―100 m 左右，最大含水砂层厚度为 62 m，南部近湖心 带缺失。 基于基底构造、地貌等控制了地表水系的发展，水系制约了含水砂层的发育， 含水砂层又决定了地下水的富存条件，本区大致可分为 3 个富水带： ① 埠子―归仁富水带 沿老龙河(实河一利民河上游)分布，单位涌水量在 0.7 L/s? 左右，归仁北部地 m 下水位高出地表，形成自流泉。 ② 洋河―大兴富水带 受基底罗圩―大兴盆地的控制，成北东向展布，单位涌水量 0.5―0.7 L/s? m，水 位埋深 12.7 m 左右，流向由北向南。 ③ 曹庄―太平富水带 位于民便河入成子湖地带，单位涌水量 0.5―0.7 L/s? m，流向由北向南。抽水试 验成果表见表 2―3。 表 2―3 水位埋深 （m）1.18 10.93 5.33 3.17 11.8 2.87抽水试验成果表 含 顶板埋深 （m）40.8 25.8 59.5 51.5 105.35 94.2水层 岩 性钻 孔 位 置厚度（m）51.6 49.7 28.9 38.1 25.8 16.2泗洪归仁镇 泗洪曹庄乡 宿城区洋北镇 宿豫区大兴镇 泗阳卢集镇 沭阳张圩乡含砾中细砂 粗中砂 含砾粗砂、粉土 中细砂 中细砂 粉细砂162) 中新统(N1)峰山组砾砂层孔隙承压水 峰山组的分布构成了埠子―上塘古河道及龙集一新袁泛滥盆地的河流冲积相， 决定了砂砾层的发育，泛滥盆地因水流相对开阔、平缓，细粒沉积增多，故含砂比 为 50―100％。 砂砾层次多且厚， 厚度达百米以上有 113 m(泗洪车门)， 一般 30―50m， 顶板埋深深者达 150 m，一般埋深 60 m 左右，局部地段已抬升接近地表。峰山组孔 隙承压水钻孔统计表 2―4。 表 2―4 峰山组[N1f]孔隙承压水钻孔统计表 含 顶板埋深 （m）134.97 5.72 4.79 10.44 15.8 81.0 68.2 126.2 90.0钻 孔 位 置水位埋深 （m）水层 岩 性厚度（m）72.2 112.9 31.3 61.8 42.14泗洪归仁镇 泗洪车门强庄 泗洪车路口 泗阳黄圩乡 泗洪龙集镇中粗砂砾石层 砂砾石层 粗砂 中细砂 粗中砂据分析，地下水主要受下列因素控制： ① 不同的沉积相富水性不同 古河道的河床相较河漫滩相砂砾粗，分选好，故水量较丰富，泛滥盆地的河口 地段则相反，盆缘物质颗粒较盆中心粗，渗透性强，水量往往丰富。 ② 砂砾比的大小影响富水程度。 ③ 径流断面的狭、阔。 古河道内， 由于新构造运动的切割破坏， 致使含水层地下水径流断面大小不一， 在同一补给源的情况下影响了单井出水量。如凌城―重岗山的断面狭小，径流速度 快，导致单孔出水量增加。加之重岗山被抬升，扩大了含水层上下水头差，造成局 部的自流现象。 ④ 古地貌的影响 古地貌的隆起部位，含水层不发育，水量小。宿迁市凡古地貌隆起部位阳韩山、 宿迁井头、泗洪重岗及南东部柳山等地均为隆起部位，含水层不发育均较小。反之，17凹陷部位含水层厚，水量丰富。 在泗洪南部的双沟一带，下草湾组底部的含水砂层和峰山组之间没有稳定的隔 水层，故把这两层作为第Ⅲ 承压含水层。该含水层水量较丰富，一般单位涌水量在 1 L/s? 以上，具有重要供水价值。 m 由此可见，区域北部主要分布中、下更新统含水层，南部则以峰山组含水层为 主。第Ⅱ 、Ⅲ 承压水主要钻孔水文地质特征一览表见表 2―5。 表 2―5 第Ⅱ 、Ⅲ 承压水主要钻孔水文地质特征一览表 孔深 （m）41.95 38.50 200.91含 埋深（m）11.40―33.50 18.00―32.90 3.51―130.15 135.22―177.74 40.80―83.00 84.85―195.32 68.20―134.00 42.61―117.52 66.41―143.16 85.56―120.94 34.88―118.62 124.64―148.39 49.30―92.10 94.20―145.86 35.60―66.60 105.55―144.20 32.70―60.36 40.63―54.36水层 岩 性钻 孔 位 置厚度 （m）15.80 14.90 77.63 45.52 39.20 96.09 63.10 37.79 49.07 34.28 52.32 19.70 34.36 16.16 31.00 25.75 27.66 13.71泗洪县朱湖镇 泗洪县魏营镇 泗洪县欧岗亚粘土、细砂 细砂 亚粘土、细砂、含砾中粗砂 细砂、粉细砂、含砾中细砂 细砂、中细砂、含砾粗中砂 粉砂、细砂、含砾中砂、粗砂 细砂、中细砂、粉细砂 砂砾、中细砂 粗砂、细砂含砾 中细砂 亚砂、粗细砂、粗细砂 含砾粗砂、细砂 细砂 中细砂、含砾粗砂、亚砂土中 细砂 砂 中砂泗阳县魏营上何庄 泗洪城头小纪庄 宿豫区王宫集镇 宿城区耿车小王集 宿迁古城双庄 宿迁党校203.06 289.14 120.53 145.12 122.94 151.41沭阳张圩乡张圩村188.52沭阳卢集乡 沭阳刘集榆树圩 泗阳县来安乡203.30 72.19 142.81182.1.2 基岩裂隙水 白垩纪砂页岩、侏罗纪火山岩及下元古界的片麻岩，以垅岗、残丘的形态出露 于重岗山、赤山、马陵山与韩山等地。含有微弱的构造裂隙水，单井涌水量小于 10―100 m3/d。局部构造裂隙发育在低洼的地形条件下，有利于裂隙水的补给，单 井涌水量大于 100 m3/d。测区内基岩无供水价值。 宿迁市水文地质图见图 2―3。图 2―3宿迁市水文地质图192.2 地下水补给、径流和排泄条件(1) 第 I 含水岩组 浅层水第 I 含水岩组，为全新统（Q4）和上更新统（Q3）潜水和微承压水(第Ⅰ 承压水)，主要接受大气降水补给，其次是农田灌溉及河渠入渗补给，地下水和降水 有着密切关系，雨季水位上升，旱季水位变化幅度大，一般为 2―2.5 m，从 6 月份 雨季水位开始恢复，9 月份结束后逐渐下降，一般地说最高水位滞后于最大降水期 一个月。表层亚砂、粉砂的分布是降雨入渗的良好途径，含钙核亚粘土的砂层水具 微承压性，接受上部垂向渗入补给的强弱，取决于上覆亚粘土钙核的含量。 潜水位随地貌不同而异。废黄河高漫滩埋深大(3―5 m)，分别向两侧埋深递减， 最小埋深小于 1 m。高漫滩构成了潜水的分水岭，地下径流分别向北东、南西向流 动。 当遇到北西―南东向垅岗的相对阻隔后又转为东南， 最后向东部冲积平原排泄。 潜水由于地形平坦，含水层岩性又为粉砂、亚砂土、亚粘土，所以径流条件差。水 力坡度、地下水流向与地形坡度、地表水汇集方向密切吻合。 潜水、微承压水的排泄主要是垂向蒸发，另一排泄途径是人工开采，目前全市 约有浅水井 20 万眼。 (2) 第Ⅱ 承压水含水层 该层地下水水位变化较大，年变幅 0.5―1.2 m。水位上升一般在雨季或雨后期， 表明区域地下水位形成有一定量的大气降水参与，另从第Ⅰ 含水层某些薄弱的隔水 层向下渗流补给也存在越流补给。沭阳及部分泗阳县范围内第Ⅱ 承压水作为主要开 采层，地下水位大幅度下降。地下径流来自西北、西南沂沭、淮河流域，向东北、 东南排泄。其中重岗山以北及废黄河西南侧，为一地下径流汇集带，向洪泽湖方向 运移。总趋势则由西向东，由低丘、垅岗向平原排泄。 (3) 第Ⅲ 承压水含水层 在西部的郯―庐断裂带内，局部地区第Ⅲ 承压水的砂层直接出露于地表，接受 大气降水的入渗补给或地表水的渗漏补给， 但补给的范围不大。 同时还有越流补给。 深层水水位变化无暴起暴落现象，但总的看地下水的升降与大气降水有关。雨季结 束后(一般是 8―9 月份)地下水位开始上升，只是由于含水层埋藏深，水位变化往往20是滞后降水一段时间，而不能立即得到补给，滞后的长短同含水层的岩性、结构以 及上覆地层的透水性密切相关。有的含水层透水性好，隔水层薄或者离补给区近， 则补给快，反之则慢。该含水层砂砾颗粒粗，渗透性强，单井涌水量丰富。其补给 主要靠侧向径流。深层水排泄除径流排泄外主要是人工开采。21第三章 地下水资源与开采状况3.1 地下水资源宿迁市水资源总量相对较丰富，多年平均水资源总量 23.189 亿 m3，过境水资 源量较大，其中地表水资源量 13.988 亿 m3，地下水资源量 11.092 亿 m3，重复计算 量 1.891 亿 m3（表 3-1） 。 表 3-1 宿迁市多年平均水资源量计算表多年平均 降水量 （mm） 911.2水量单位：亿 m3行政分区计算 面积 （km2） 2298多年平均 多年平均 多年平均地表水与 多年平均 地表水资源量 地下水资源量 地下水重复计算量 水资源总量沭阳县 泗阳县 泗洪县 宿豫区 宿城区 洪泽湖水面 骆马湖水面 合 计4.3983.6060.5337.4711213.4908.32.932.5940.3825.1422127.69054.2632.6470.4236.4871000.4876.52.3142.0350.5043.845854914.10.2530.210.0490.414839.6910.40.0750.075222851.4-0.245-0.245855513.98811.0921.89123.1893.2 地下水开采状况概述总体来说，宿迁市地下水开采量不大，特别是农村地区，优质的地下水资源尚 未得到充分利用。全市多年平均开采量 2.325 亿 m3，其中沭阳县年均开采量 0.969 亿 m3，泗阳县年均开采量 0.422 亿 m3，泗洪县年均开采量 0.493 亿 m3，宿豫区年 均开采量 0.359 亿 m3，宿城区年均开采量 0.082 亿 m3（表 3-2） 。22宿迁市的几个重点城镇由于地下水开采井点分布不合理，过度集中超采（表 3-3） ，导致地下水水位埋深急剧下降，现已形成不同程度的降落漏斗。 具体如下： 沭阳县沭城镇面积 90 km2，年开采量 943 万 m3，实际可采量 570 万 m3，超采 量达 373 万 m3，开采量高达 2.58 万 m3/日，漏斗中心水位埋深增至 12.24m，形成 的降落漏斗面积达 101.25 km2。 泗阳县众兴镇面积 86 km2，年开采量 595 万 m3，实际可采量 402 万 m3，超采 量为 193 万 m3，开采量高达 1.63 万 m3/日，漏斗中心水位埋深增至 32.24m，形成 的降落漏斗面积达 33.75km2。 宿城区洋河镇面积 36 km2，年开采量 664 万 m3，实际可采量 402 万 m3，超采 量达 262 万 m3，开采量高达 1.82 万 m3/日，漏斗中心水位埋深增至 35.18m，形成 的降落漏斗面积达 35.18 km2。表 3-2宿迁市多年平均地下水开采情况统计表 开 采 现 状多年平均 开采量 （亿 m3） 0.969行 政 分 区 面 积 （km2） 沭 阳 县 泗 阳 县 泗 洪 县 宿 豫 区 宿 城 区 合 计 开采层次 开采井数 （眼） 年开采强度 日均开采量 （万 m3/km2) （万 m3） 0.30 1.912298Ⅱ、Ⅲ Ⅱ、Ⅲ Ⅱ、Ⅲ Ⅱ、Ⅲ Ⅱ、Ⅲ1701213.42420.271.370.4222127.62720.715.370.49312561690.100.710.359854850.311.210.082774993810.572.32523表 3-3分 布 超采区 名称 位 置 面 积 超采 （km2） 程度 90 一般 一般 一般宿迁市地下水超采区分布明细表超 采 状 况超采 层次 Ⅱ Ⅱ Ⅱ漏斗中心 地下水超 水位埋深 深井总 2002 年 可开采 采区级别 超采量 （m） 数 开采量 量 （万 m3） （眼） （万 m3）（万 m3） 73 943 570 373 12.24 小型 小型 小型沭阳县 沭城镇 泗阳县 众兴镇 宿城区 洋河镇 合 计866059540219332.24365266440226235.182121852202137482824第四章 FEFLOW 介绍4.1 FEFLOW 简介FEFLOW（Finite Element subsurface FLOW system）是由德国水资源规划与系统 研究所（WASY）开发出来的地下水流动及物质迁移模拟软件系统。 该软件提供图 形人机对话功能、 具备地理信息系统数据接口、 能够自动产生空间各种有限单元网、 具有空间参数区域化、快速精确的数值算法和先进的图形视觉化技术等特点。在 FEFLOW 系统中，用户可以方便快速地产生空间有限元网格，设置模型参数和定义 边界条件，运行数值模拟以及实时图形显示结果与成图。软件自问世以来，在理论 研究和实际问题的处理上，经过了不断的发展、修改、扩充、提高，日趋完善。 4.1.1 FEFLOW 的应用领域● ● ●模拟地下水区域流场及其他地下水资源规划和管理方案； 模拟矿区露天开采或地下水开采对区域地下水的影响及其最优对策方案； 模拟由于近海岸区抽取地下水或者矿区抽排地下水引起的海水或深部盐水入侵问题；● ●模拟非饱和带以及饱和带地下水流及其温度分布问题； 模拟污染物在地下水中迁移过程及其时间空间分布规律（可用于分析和评价工业污染物及城市废物堆放对地下水资源和生态环境的影响，研究最优治理方案和 对策）；●结合降雨－径流模型进行模拟“降雨－径流－地下水”的系统问题（可用于研究水资源合理利用、管理以及生态环境保护方案等）。 4.1.2 系统输入特点●通过标准数据输入接口， 用户既可以直接利用已有的GIS空间多边型数据生成有限单元网格，还可以基于地图用鼠标进行设计，能够自定义网格的数目，方便地 调整网格的几何形状，增加和减小网格的宽度；●在建立水流场和迁移模型时，用户不仅能够根据具体情况定义第一、第二和第三类边界，而且可以对边界条件增加特定的限制，以避免不合理的数值解；25● ● ●能够直接定义多含水层中的分层开采井和混合开采井，以及注水井； 所有边界及附加条件既可设置为常数，也能定义为随时间变化的函数； 已知的边界及模型参数可以按点，线或面的形式直接输入，也可以调用已有的空间数据。对离散的空间抽样数据进行内插或外推(数据区域化)，FEFLOW提供 克里金法(Kriging)，阿基玛(Akima)、距离反比加权法(IDW)和ID线性插值法（Liner ID interpolation）；●输入数据格式既可以是ASCII码文件，也可以是GIS地理信息系统文件。FEFLOW还支持点、线、面的广义数据格式，DXF 格式,Tiff图形以及 HPGL数据格 式。 4.1.3 地下水模拟功能● ● ● ● ● ●建立三维空间模型、二维平面、二维剖面或者轴对称二维模型； 模拟非稳定流或稳定流； 模拟多层自由表面含水系，包括滞水 (perched water)模拟； 模拟化学物质迁移及热转递，包括温度盐份 (thermohaline)迁移模拟； 模拟可变密度流场(盐水或海水入侵问题)； 模拟非饱和带流场及物质迁。4.1.4 求解过程 FEFLOW采用有限单元法，并配备若干先进的数值求解法来控制和优化求解过 程：●快速直接求解法，如PCG，BICGSTAB，CGS，GMRES以及带预处理的再启动 ORTHOMIN法；●灵活多变的up-wind技术， 如流线up-wind、 奇值捕捉法(Shock capturing)以减少数值弥散；● ●皮卡和牛顿迭代法求解非线性流场问题，自动调节模拟时间步长； 模拟污染物迁移过程包括对流、水动力弥散、线性及非线性吸附、一阶化学非平衡反应；●为非饱和带模拟提供了多种参数模型如指数式，Van Genuchten式和多种形式26的Richard 方程；● ● ● ● ●垂向滑动网格(BASD)技术处理自由表面含水系以及非饱和带模拟问题； 适应流场变化强弱的有限单元自动加密和放疏技术，以获得最佳数值解； 实时图形显示模拟非稳定流过程中观测点水头和污染物浓度的动态变化值； 非稳定流模拟计算可以随时暂停，以便用户显示和分析中间模拟结果； 开放性外部程序接口，以便用户在FEFLOW系统中连接和使用自己的程序模块。 4.1.5 系统结果输出及显示 FEFLOW的计算结果既有水位、污染物浓度及温度等标量数据，也包括流速、 流线和流径线等向量数据。模型参数和计算结果既能按 ASCII码文件、GIS地理信 息系统文件、DXF或HPGL文件输出，又能在FEFLOW系统中直接显示和成图。 FEFLOW提供了其他任何地下水模拟软件都无法比拟的、丰富实用的图形显示和数 据结果分析工具。其先进的图形视觉化及数据分析技术表现在：● ●有限单元网格、边界条件和模型参数的三维可视化及显示； 标量数据的三维彩色(透明或灰度)等势面显示以及其二维平面彩色或等值线显示；●三维地下水流径追踪、流动时间及流速动画显示(包括其二维平，剖面投影或二维平面追踪)；● ● ● ●三维体截段的空间显示和三维交叉剖面组的空间显示； 三维图形的任意旋转，二维、三维图形的放大或缩小； 总体和局部水量平衡分析(包括任意几何多边型内的水流通量分析)； 计算和图形显示通过各种边界条件的水通量、物质通量以及其在特定时间区间内的积分量；●借助FEFLOW提供的XPLOT或FEPLOT程序模块可以直接设计和打印各种成果图件。274.2 FEFLOW 界面菜单介绍FEFLOW 界面简洁，由主菜单、工作窗口、信息框和信息条组成（图 4―1） 。图 4―1 FEFLOW 界面 4.2.1 主菜单 主菜单包括 File、Edit、Run、Postprocess、IFM、Options、Dimension、Tools、 Window、Info 等十个选项，如图 4―2 所示。图 4―2 主菜单各要素图 File 子菜单用来打开、保存 FEFLOW 模型，向工作区添加地图、编辑地图等。 Edit 子菜单用来设计、生成有限单元的网格，输入模型的参数、初始条件及边 界条件等，是 FEFLOW 中最重要的菜单之一。 Run 子菜单用来运行所建立的数学模型。 Postprocess 子菜单可以是像对模拟结果的后处理。 IFM 菜单提供了若干 API 接口，用来在不修改代码的条件下增加或扩展 FEFLOW 的功能。 Opions 菜单提供了更多的关于数值计算的求解方法。 Dimension 菜单用来确定模型的维数。28Tools 菜单用来访问整合在 FEFLOW 中的几个工具。 Window 菜单用来打开模型运行时的各种窗口。 Info 菜单提供帮助信息和版本信息。 4.2.2 工作窗口 FEFLOW 工作窗口用来显示、编辑所建立的模型。 4.2.3 信息框 信息框能够显示模型当前的各种信息并提供了一些简单的工具（图 4―3） 。显 示的信息包括模型采用何种形状的单元进行剖分，当前进行操作的层和片，鼠标指 针停留点的坐标等。提供的操作工具包括放大缩小工具、定位工具、窗口初始化工 具、窗口缩放的撤销返回工具和三维显示工具等。选择网格剖分的形式进度条比例尺显示所在的层、片及坐标 图 4―3 信息框 4.2.4 信息条 信息栏显示 FEFLOW 运行中的各种帮助和提示信息，如图 4―4 所示。29图 4―4 信息栏4.3 FEFLOW 菜单功能FEFLOW 的建模过程是对定解问题的数值描述，通过 FEFLOW 本身的菜单和 子菜单提供的功能来实现。 4.3.1 添加底图（Add map） FEFLOW 的操作都是在已有的图形基础上，根据特定的需要，导入相应的底图 （包括研究区边界，土地利用情况，观测井、抽水井的位置，污染源的位置，河流 湖泊等） ，可以在 File 菜单或者快捷菜单（图 4―5）中导入。图 4―5 4.3.2 设计超级网格（supermesh）从快捷菜单中添加底图根据导入的底图边界， 利用 FEFLOW 提供的工具勾画研究区边界。 网格编辑器 菜单包含丰富的信息（图 4―6） 。FEFLOW 还能细化点状（如开采井，点状污染源） 或线状（如河流、线状污染源）元素。30图 4―6 4.3.3 生成有限元网格超级网格编辑生成超级网格（supermesh）后，要进而生成有限单元网格（图 4―7） 。图 4―7有限元网格编辑31其中，Generator options 选项可以编辑有限元的属性，对话框（图 4―8）可以 根据需要，详细设定其属性。图 4―8 4.3.4 编辑问题属性网格属性设计对话框生成有限元网格后，要对模型的问题属性进行编辑（图 4―9） 。在问题属性编 辑菜单下，可以编辑问题的性质（时间步长的确定、初始条件、边界条件、模型参 数等） ，是模型的具体体现。图 4―9问题属性编辑器32(1)点击 Problem class，弹出 Feflow Problem Classifier 对话框,如图 4―10 所示。图 4―10问题分类对话框在该对话框中选择所建模型的性质，可以选择模拟饱或非饱和水流，稳定流或 非稳定流，承压含水层或潜水含水层，以及是否包括溶质运移模拟等。 (2)点击 Temporal and control data， 弹出 Feflow Temporal & Control Data Menu 对33话框,如图 4―11 所示。图 4―11时间步长控制对话框在该对话框中可以选择三种时间控制步长：定步长（输入固定的步长长度及步 长数） 、变步长（自定义步长数及每一个步长长度） 、自动步长（由 FEFLOW 自动计34算每一步的步长长度） 。 (3)点击 3D-Slice elevation，弹出高程编辑菜单，如图 4―12 所示。图 4―12高程编辑菜单图 4―12 中红色框内有不同的编辑方法。Global 赋给当前片（Slice）赋同样的 高程值；Nodal 赋值选定的节点；Skew plane 指定当前片（Slice）的最高点和最低 点，其它点由 FEFLOW 通过线性插值自动计算；Database 对导入的数据组可选用不 同的插值方法。 (4)Flow Data 有三个子菜单：Flow initials、Flow boundaries、Flow materials（图 4―13） 。图 4―13Flow Data 菜单1)点击 Flow initials， 进入初始条件编辑菜单 （图 4―14） 进行初始条件的赋值。 ， 在初始条件编辑菜单中可以输入模型的初始条件，如初始流场、初始浓度场和初始 热量场。35图 4―14初始条件编辑菜单2)点击 Flow boundary，进入边界条件设置菜单。对于每种边界条件，还可以进 一步设置限制条件，如图 4―15 所示。图 4―15边界条件和边界限制条件菜单3)点击 Flow materials，进入模型参数输入菜单，如图 4―16 所示。该菜单下可36以设置含水层的水文地质参数和面状补给排泄项。水文地质参数包括渗透系数、给 水度、储水系数、流体密度比、压缩系数等。面状补给排泄项包括降水蒸发等。图 4―16模型参数输入菜单对于溶质运移模拟，像水流模拟一样，同样也有其特定的初始条件、边界条件、 参数值等，在此不在叙述。 4.3.5 模型运行 对于概化的水文地质概念模型，进行了相应的数学模型的转化后，便可运行模 型。在运行模型之前，可以根据需要，预先进行设置，以便结果能按照需要进行输 出。 依据选择的问题类别，重叠窗口打开（图 4―17） ，可直观地看见模拟器运行的 过程。对于一个独立的水流问题，有三种标准窗口可以显示它：Mesh（网格） 、Time History of Hydraulic Heads（水头的历史记录） 、Legend（图例） 。若再有溶质问题， 同样也有相应的窗口打开。 在模拟器运行的任何时刻，窗口都可以移动、缩放、关闭，而且可以随时中止 运行。37图 4―17 4.3.6 结果显示输出各种模拟窗口FEFLOW 提供了强大的后处理功能。后处理器（Postprocessor）包含很多对研 究、估算计算结果很有用的选项和功能（图 4―18） 。 (1) 文件信息 这个窗口汇总了所选择的后处理器（Postprocessor）中文件中的重要数据。如文 件名、问题标题、文件数据的日期、问题尺寸、投影类型等。 (2) 背景图像 可以进入添加图像，同时可以对添加的图像进行管理。 (3) 浏览文件 所有出自后处理器文件的时间步长以升序排列，并且可以选择（图 4―19） 。 (4) 查看当前结果 可以查看指定的时间的计算结果。38图 4―18后处理器菜单图 4―19选择浏览文件本节（4.3）简单介绍了 FEFLOW 的一些基本菜单功能，更详细的信息可以从参 考手册中获得，或者查看联机帮助。39第五章 FEFLOW 在宿迁市的应用5.1 水文地质条件概化本研究区周长为 758km,面积为 7489km2。模拟区边界除西北部骆马湖和东南部 洪泽湖概化为一类水头边界(1st head)外，其余均概化为三类水头边界(3rd head)。补 给主要为大气降雨入渗。排泄为人工开采地下水和垂向蒸发。从地下水动态资料来 看，模拟区的孔隙水水位呈非稳定状态。模拟区内部结构视为非均质各向同性，根 据不同区域的水文地质条件对不同参数进行相应的参数分区，同一参数分区内可视 为均质。水流服从达西定律，可视为平面二维流。5.2 数学模型的建立根据上述水文地质概念模型，可建立起相应的数学模型：? ? ?H ? ? ? ?H ? k ' ?H ?T ? ? ?T ? ?y ? ? m' ?H ( x, y, t ) ? h( x, y, t )? ? QV ? ? * ?t ， ?x, y ? ? D ? ?x ? ?x ? ?y ? ?H ? x, y, t ? ?1 ? H 1 ? x, y, t ? ，?x, y ? ? ?1 , t&0 ?x, y ? ? DH ?x, y, t ? t ?0 ? H 0 ?x, y? ，式中： H ：承压含水层水位(m)； h ：潜水含水层水位(m)；? * ：弹性储水（释水）系数；k' ：越流系数； m'T：导水系数(m2/d)； QV：承压水开采强度(m/d)； H0：初始水位(m)； H1：计算区一类边界水位(m)； Γ1：一类水头边界。40D：计算区范围。5.3 含水层系统的识别地下水流系统的模拟，要解决两大问题，即参数识别问题和预报问题。解决这 两个问题的前提是要建立一个尽可能反映实际含水层地质体与边界条件的数学模 型。本次评价中，因无最新资料可用来进行模型识别，所以直接参考 1999 年《江苏 省宿迁市地下水资源评价报告》 ，仅利用模型进行预报。 5.3.1 空间离散 根据研究区含水层系统的垂向分布特征，将研究区含水层系统分为三层（layer） 四片（slice） ，上层为潜水和微承压含水层，下层为Ⅱ 、Ⅲ 承压水含水层，中间为弱 透水层。平面上将其剖分成 32991 个有限元网格，共 23680 个节点（图 5―1） 。图 5―1平面网格剖分图415.3.2 时间离散 FEFLOW 中的时间步长形式主要有三种（见图 5―2） ：定步长（constant time steps） 、变步长（varying time steps） 、自动时间步长（automatic time steps） 。为了数 据的输入和输出的方便，此处选择变步长。预报期选定在 2007 年 1 月 1 日到 2020 年 12 月 31 日，共 5114 天。采用变步长，按照月为单位计，共 168 个时间步长。图 5―2 5.3.3 初始流场时间步长控制图初始水位根据 2000 年第一季度 《宿迁市深层地下水监测季报》 （表 5―1、 5―2） 而确定。研究区深层的初始流场如图 5―3 所示。42表 5―1 县（区） 宿城区宿迁市 2000 年 1―3 月份深层地下水监测井水位埋深统计表 井号8001地理位置市供电局 龙集水利站 天岗湖乡政府 金锁镇自来水厂 陈圩乡水利站 魏营乡王拐村王元庄 成河自来水厂 孙园乡井村 双沟中心卫生院 峰山乡黄岗村翟岗 重岗乡水利站 界集自来水二厂 大楼乡 县人民银行 王集自来水厂 新源自来水厂 八集粮管所 侍岭缫丝厂（3 号井） 高墟乡政府 吴集乡柳树村 吴集乡柳树村 悦来乡双蔡村 耿圩乡沂南村 沂涛乡敬老院 胡集乡盆荡村 扎下乡 刘集乡吉湖村1 月 1 日埋深（m）5.94 27.37 12.69 4.50 10.00 24.82 1.82 16.06 11.98 33.78 8.97 20.06 11.01 9.11 7.92 19.53 7.33 16.76 2.73 4.49 2.80 16.74 10.02 3.24 6.06 11.44 10.08泗 1318006洪 1312011县 1318016泗 阳 县 宿豫区 2001沭阳县201143表 5―2宿迁市 2000 年 1―3 月份逐日深层地下水监测井水位埋深统计表 井号8013县（区） 沭阳县 宿城区 泗 洪 县 泗 阳 县 宿 豫 县 沭阳县 宿城区 泗 洪 县 泗 阳 县 宿 豫 县 沭阳县地理位置华冲镇淀粉厂 庙头村乡政府 井头乡彩塑厂 太平乡粮管所 归仁镇政府 半城镇大新庄 县绢纺厂 林河乡水厂 卢集粮管所 丁嘴中学 洋北中学 王官集中学 南关乡杨店村 钱集乡钱东村 井头乡彩塑厂 太平乡粮管所 归仁镇政府 半城镇大新庄 县绢纺厂 林河乡水厂 卢集粮管所 丁嘴中学 洋北中学 王官集中学 南关乡杨店村 钱集乡钱东村1 月 1 日埋深（m）1.63 2.44 2.7 14.89 11.77 14.91 14.14 26.00 12.15 12.94 19.12 4.36 9.87 6.71 2.70 14.89 11.78 14.96 14.14 25.86 12.16 12.93 19.32 4.33 9.82 6.63
4426 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10图 5―3 5.3.4 边界条件研究区深层初始流场本模型第一片（slice）骆马湖和洪泽湖给定为第一类边界，其余片（slice）上边 界均为第三类边界，见图 5―4。 模拟区内开采井众多，仅较大的水源地就有：沭阳县沭城镇面积 90 km2，开采 量高达 2.58 万 m3/d；泗阳县众兴镇面积 86 km2，开采量高达 1.63 万 m3/d， ；宿城区 洋河镇面积 36 km2，开采量高达 1.82 万 m3/d。 为了加强市区地下水资源的管理和保护，避免因过量抽取地下水而引发地质灾 害，合理配置水资源，实现有限的水资源持续利用，宿豫区和宿城区自 2001 年起， 对市区深层地下水源井分期分批封填并逐步取缔手压井等浅层水源井。根据《宿迁 市政府关于加强市区水资源统一管理工作的通知》 （宿政发[ 号） 《关于市区 封井工作会办会的会议纪要》宿迁市人民政府办公室 2005 年 10 月 21 日）到 2006 （ ，45年 6 月 10 日，将完成封井计划。所以，本次评价认为市区在预测期内不再进行地下 水的开采。图 5―4研究区的一类和三类边界随着宿迁市节约用水工作进一步深入，城镇生活生活节水器具普及率 75％以 上， 管网漏失率低于 12％， 工业用水万元 GDP 取水定额 120 m3， 水重复利用率 65% 以上，年节水量 2 亿 m3，建筑业及第三产业万元产值用水量为 40 m3 和 12 m3，年 节约用水 0.41 亿 m3。农业综合毛灌定额 650 m3/亩，年节水量 5.12 亿 m3。 节水后，年节水总量将达 7.53 亿 m3。全市多年平均用水量为 32.417 亿 m3，其 中取用地表水 30.092 亿 m3，占总用水量的 92.82%；取用地下水 2.325 亿 m3，占总 用量的 7.18％。按照地下水在总供水量中所占的比例，预计“十一五”后(2010 年 后)，每年可节约地下用水 0.5 亿 m3 左右。46为了便于研究，本模型中把各个乡镇的开采量都集中在一眼井开采。因资料的 限制， 根据各区镇 2001 年度深井的开采量， 相应于多年平均地下水开采量进行比例 分配。开采井分布情况如图 5―5 所示，详细资料见表 5―3、5―4、5―5。图 5―5开采井分布图47表 5―3 沭阳县各乡镇名 沭城镇 贤官镇 马厂镇 北丁集乡 十字镇 汤涧镇 胡集镇 悦来镇 刘集镇 耿圩镇 庙头镇 七雄镇 张圩乡 章集镇 塘沟镇 沂涛镇 颜集镇 东小店乡 高墟镇 茆圩乡 官墩乡 新河镇 万匹乡 桑墟镇 华冲镇 吴集镇 李恒镇 青伊湖镇 周集乡 西圩乡 陇集镇 钱集镇 龙庙镇 韩山镇 扎下镇 合计 年合计（亿 m3）沭城县各乡镇深井开采量3 3 年开采量（m /d）
年开采量（m /d） 7.5 8.9 6.9 57.7 68.4 87.0 33.9 0.6 9.5 9.3 6.1 9.7 9.1 .3 8.8 49.6 1.8 479.4 0.969 .1 0.0 9.1 46.2 26.3 9.3 8.4 8.1 6.7 0.7 .9 885.1 7.5 1.7 378.8 6.3 6.3 967.7 8.9
0.76148表 5―4 泗洪县各乡镇名 青阳镇 双沟镇 峰山乡 天岗湖乡 上塘镇 魏营镇 车门乡 瑶沟乡 石集乡 城头乡 临淮镇 陈圩乡 半城镇 孙园镇 重岗乡 梅花镇 归仁镇 金锁镇 曹庙乡 朱湖镇 界集镇 太平镇 龙集镇 四河乡 合计 年合计（亿 m ）3泗洪县各乡镇深井开采量3 3 年开采量（m /d）
年开采量（m /d） 82.7 924.3 5.3 .6 5.4 694.3 199.6 1.4 9.0 902.6 338.5 8.2 0.2 3.9 43.4
0.493 65.0 725.9 8.5 .8 .5 545.3 156.8 9.2 .8 708.9 265.8 3.1 974.7 0.1 .1
0.38749表 5―5 泗阳县各乡镇名 众兴镇 王集镇 新袁镇 裴圩镇 爱园镇 李口镇 城厢镇 临河镇 穿城镇 张家圩镇 高渡镇 三庄乡 来安乡 合计 年合计（亿 m ）3泗阳县各乡镇深井开采量3 3 年开采量（m /d）
年开采量（m /d） 08.5 9.4 9.4 7.0 8.8 8.2 616.4 0.422 83.8 3.4 3.4 6.8 6.7 0.1 03.6 0.3315.3.5 水文地质参数分区 第一、二层即潜水和微承压水、弱透水层单井涌水量小，富水性差，只进行零 星分散式开采，第三层（深层）承压含水层水量丰富。第三层含水层参数分六个区， 见表 5―6，图 5―6。 表 5―6 参数分区号 渗透系数 （m/d） 贮水系数 Ⅰ1.0 0.0001模型第三层水文地质参数分区表 Ⅱ1.2 0.00024Ⅲ8.0 0.00035Ⅳ10.0 0.00085Ⅴ20.0 0.0012Ⅵ25.0 0.001550图 5―6 5.3.6 降雨蒸发模型第三层水文地质参数分区图降雨蒸发不但有地区的差异性，还与时间有密切的关系。本模型中，降雨蒸发 的空间上按照市区、沭阳、泗阳、泗洪分四个区，时间上考虑了降雨蒸发的动态变 化。5.4 模型预测根据水文地质概念模型，建立了相应的数学模型，便可进行地下水水位的预测。 按照现状开采量 （2007 年 1 月 1 日―2009 年 12 月 31 日） 和节水后的开采量 （2010 年 1 月 1 日―2020 年 12 月 31 日）开采后，得到的深层（第三层）地下水流场见图 5―7、5―8、5―9，几个开采相对较大的乡镇在节水前（2007 年 12 月 31 日、2008 年 12 月 31 日）和节水后（2010 年 12 月 31 日、2015 年 12 月 31 日、2020 年 12 月 31 日）的水位对比见表 5―7，深层含水层水均衡统计表见 5―8。51图 5―72007 年 12 月 31 日地下水位空间分布示意图图 5―82010 年 12 月 31 日地下水位空间分布示意图52图 5―92020 年 12 月 31 日地下水位空间分布示意图表 5―7 镇名 上塘镇 陈圩镇 青阳镇 双沟镇 众兴镇 新袁镇
-7.17 -10.71 -21.49 -5.5 -2.81节水前后几个乡镇的水位对比表
-6.83 -10.22 -20.71 -5.24 -2.58 平均水位 -1.78 -7.00 -10.47 -21.10 -5.37 -2.70
-5.98 -9.09 -19.1 -4.43 -2.06
-5.81 -8.57 -18.93 -4.05 -2.04单位：m -5.72 -8.4 -18.9 -3.84 -2.01平均水位 -0.65 -5.84 -8.69 -18.98 -4.11 -2.04从表 5―7 可以看出，节水后的地下水位高于节水前的地下水位，节水对地下水 位的恢复有着良好积极的作用。53表 5―8 时段
年（节水前）深层水均衡统计表 流出项4 3要素 侧向 开采 合计流入项4 3多年储量变化 （*10 m ） -54184.44 3年储量变化量 （*10 m ） -13546.14 3（*10 m ） （*10 m ） 12.1 -35.6 01.1 -072.0 - - 年（节水后）侧向 开采 合计--13284.6从表 5―8 可以看出，由于宿迁市“十一五”期间节水器具和节水技术的推广， 使 得 年 均 储 存 量 变 化 由 2010 年 前 的 - m 增 加 到 2010 年 后 的 - m 。可见，节水有助于地下水位的恢复。4 3 4 354第六章 结论与建议6.1 结论经过 FEFLOW 预测，2020 年 12 月 31 日的地下水流场如图 6―1。图 6―1宿迁市 2020 年 12 月 31 日的地下水流场从上图可以明显看出： (1) 沭阳县已形成降落漏斗区 地下水降落漏斗形成的原因是：沭城镇的开采量太大，为 /d；沭城镇 的周围，如七雄（/d） 、塘沟（/d） 、胡集（/d） 、悦来55（/d）等镇开采量也比较大。 (2) 存在小范围的降落漏斗 泗洪县青阳镇开采量 /d，在西部形成了局部漏斗。 泗洪县双沟镇开采量 /d，在西南部形成了局部漏斗。 泗阳县众兴镇开采量 /d，在东部形成了局部漏斗。 这些城镇的漏斗范围虽然比沭城镇的漏斗范围小，但也应引起足够的重视。 (3) 整个宿迁市境内，地下水位有由西向东递减的趋势 (4) 宿豫区和宿城区的地下水位较高 由于市区封井措施的采取， 以及骆马湖的补给， 使得该区的地下水位普遍较高。6.2 建议针对以上预测结果的分析，提出以下建议： (1) 对沭城镇的较大的降落漏斗区，可以通过限制开采、外部调水、充分利用过境 水等途径来解决。否则，常此开采下去，将会引起非常严重的地质问题和环境问题。 (2) 对小型的降落漏斗，可进行局部调整，提高周围地区的开采量。 (3) 地下水位西高东低，可在空间上对地下水合理调配。 (4) 利用冬天自来水厂低峰供水期进行人工回灌地下水。 进行人工回灌地下水，是缓解和控制地面沉降的一项十分有效的工作，必须制 定灌采条例，在保证水质的前提下，实行灌采相平衡。 (5) 调整产业结构，建立节水体系。 通过结构调整提高水的利用率， 降低单位产值耗水量， 缓解水资源紧张的压力。 (6) 加强宣传教育，提高全民对地下水资源的认识 总之，地下水超量开采必将引发诸多问题，因此对地下水资源必须进行严格管 理及综合防治，以便区域环境朝着良好循环的方向发展。56主要参考文献主要参考文献：1、江苏省宿迁市地下水资源调查评价报告，1999； 2、淮宿水文水资源勘测局，宿迁市水资源公报，宿迁市水务局，2002； 3、淮宿水文水资源勘测局，宿迁市水资源公报，宿迁市水务局，2003； 4、宿迁市水务局，宿迁市区域供水规划，2004； 5、朱学愚、钱孝星，刘新仁，地下水资源评价，南京大学出版社，1987； 6、朱学愚、谢春红，地下水运移模型，中国建筑工业出版社，1990； 7、薛禹群，地下水动力学原理，地质出版社，1986； 8、薛禹群、谢春红，水文地质学的数值法，煤炭工业出版社，1979； 9、孙讷正，地下水流的数值模型和数值方法，地质出版社，1981； 10、房佩贤等，专门水文地质学，地质出版社，1990； 11、江苏省地质矿产局，江苏省地下水资源研究，1991； 12、江苏省地质局第二水文地质队，1：20 万宿迁幅区域水文地质普查报告，1980； 13、江苏省计划与经济委员会、江苏省水利厅，江苏省水中长期供求计划报告，1997； 14、张元禧等，地下水水文学，中国水利水电出版社，1998； 15、云贵春、成徐州等，水资源管理的新战略―人工地下水回灌，中国建筑工业出版社，2004； 16、林学钰等，地下水水量水质模拟及管理程序集，吉林科学技术出版社，1988； 17、王兆馨，中国地下水资源开发利用，内蒙古人民出版社，1992； 18、陈崇希、唐仲华，地下水流动问题数值方法，中国地质大学出版社，1990； 19、淮宿水文水资源勘测局，宿迁市水资源公报，宿迁市水务局，2002； 20、淮宿水文水资源勘测局，宿迁市水资源公报，宿迁市水务局，2003； 21、王大纯、张仁权，史毅虹等，水文地质学基础，地质出版社，1986； 22、孔祥光，王井泉，翁明华译，FEFLOW 有限元地下水流系统（第一册），中国矿业大学出 版社，2000； 23、谷源泽，张胜红，郭书英，张秦亭译，FEFLOW 有限元地下水流系统（第二册），中国矿 业大学出版社，2001。57
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