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不同回灌补源模式下石川河富平地下水库数值模拟

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水资源与水工程学报 2022年第2期33卷 54-60页

作者：张紫瑶王继玲周维博冯缠利高建辉长安大学水利与环境学院陕西西安710054 长安大学旱区地下水文与生态效应教育部重点实验室陕西西安710054 陕西省水利电力勘测设计研究院陕西西安710001

石川河富平地区地下水长期处于采补失衡状态,大范围含水层被疏干,形成区域性降落漏斗,针对拟建的石川河富平地下水库,设置5种开采回灌方案,建立地下水流数值模型模拟不同方案下地下水库水位和蓄水库容变化情况。结果表明:各回灌方案在... 详细信息

石川河富平地区地下水长期处于采补失衡状态,大范围含水层被疏干,形成区域性降落漏斗,针对拟建的石川河富平地下水库,设置5种开采回灌方案,建立地下水流数值模型模拟不同方案下地下水库水位和蓄水库容变化情况。结果表明:各回灌方案在消除降落漏斗的同时,均能较好地恢复地下水水位,且不超过地下水库的调蓄上限水位;回灌量相同、回灌方式不同时,逐日回灌方式的水位恢复效果优于灌期+非灌期回灌方式,较2018年地下水水位平均抬升13.55 m,蓄水库容增加2.99×10^(8)m^(3);回灌量不同时,较大回灌量对地下水水位的影响大于回灌方式,即泾惠渠水源回灌时,水位抬升程度最大,为19.77 m,蓄水库容相应增加4.36×10^(8)m^(3)。模拟结果可为地下水库的调蓄与运行提供参考。

关键词：地下水库回灌补源模式地下水流数值模拟蓄水库容石川河富平地区

石川河富平地下水库渗透系数空间变异性及地下水人工补给研究

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石川河富平地下水库渗透系数空间变异性及地下水人工补给研究

作者：王继玲长安大学

学位级别：硕士

地下水库对科学调蓄区域水资源、保障地下水供水效率具有重要作用。地下水人工补给是地下水库建设发展的基础,是增加地下水资源、调蓄地表水、改善地下水水质的重要途径。渗透系数作为地下水人工补给的重要水文地质参数,其大小直接影响... 详细信息

地下水库对科学调蓄区域水资源、保障地下水供水效率具有重要作用。地下水人工补给是地下水库建设发展的基础,是增加地下水资源、调蓄地表水、改善地下水水质的重要途径。渗透系数作为地下水人工补给的重要水文地质参数,其大小直接影响地下水库人工补给的效果。本文以拟建的陕西省石川河富平地下水库为例,通过野外调查、资料收集、理论分析等手段,揭示了库区包气带渗透系数的空间变异规律。利用数值模拟法构建了地下水库潜水非稳定流数值模型,探讨了地下水库对人工补给的响应特征。研究结果可为石川河富平地下水库建设中人工补给位置的选取提供参考,对区域地下水资源的涵养具有重要意义。主要研究成果如下:(1)在查明研究区地质与水文地质条件的基础上,分析了研究区地层结构及沉积物颗粒级配变化特征,揭示了渗透系数与沉积物颗粒之间的相关性。沉积物的沉积结构及颗粒粒径是影响渗透系数大小的主导因素,颗粒粒径呈现出在平面上沿上游至下游逐渐变细,在垂向上自上而下逐渐变细的规律,渗透系数随颗粒变细而减小。(2)根据勘探资料,利用传统统计学和地统计学方法,揭示了库区包气带垂向渗透系数统计分布规律及空间变异特征。渗透系数介于0.02～6.44m/d之间,既服从对数正态分布也服从Box-Cox变换的正态分布。渗透系数空间结构由高斯模型拟合最优,其空间相关性中等,空间变异受地貌、地层岩性分布及厚度、勘探点分布以及人类活动的综合作用。基于高斯模型进行克里金插值得出渗透系数整体上呈现西北方向较大东南方向较小的特点。(3)在研究区渗透系数空间变异性分析的基础上,考虑含水层厚度及地下水埋深分布等情况,综合划分了研究区地下水人工补给适宜性区域(人工补给最高、高、较高、中等、一般、低适宜性区域),制定了在不同适宜性区域进行地下水人工补给的方案。(4)利用构建的地下水库数值模型模拟预测了不同方案下的地下水库人工补给效果,优选出了三种较好的方案(分别在补给最高适宜性A区、高适宜性B区、中等适宜性D区进行地下水人工补给)。方案一(最高适宜性A区)、方案二(高适宜性B区)对地下水位恢复具有良好的促进作用,在上限水位的控制下,研究区大部分区域地下水位得到了有效回升,储存量分别增加1.352亿m、1.349亿m;方案四(中等适宜性D区)地下水位上升速度快,水位恢复面积最大,达114.50km,占研究区总面积的76.69%。在进行石川河富平地下水库人工补给时可优先选择A、B、D区域。(5)通过计算三种优选方案下地下水库的有效蓄水率及有效蓄变率,定量分析了地下水库的储水效率及调蓄能力。方案一在A区进行人工补给的地下水库有效蓄水率及有效蓄变率整体大于方案二和方案四,计算结果进一步验证了A区为地下水人工补给最高适宜性区域,B、D区补给适宜性稍弱。总的来看,地下水库的有效蓄水率介于68%～70%之间,除开采排泄外地下水侧向流出量较少,地下水库具有较好的储水效率。各方案人工补给结束后初期库区有效蓄水量衰减量均大于五年后的衰减量,表明由于人工补给导致的地下水侧向流出量逐年减少,地下水库具有较好的年际调蓄能力。

关键词：石川河地下水库渗透系数空间变异性地下水人工补给有效蓄水率

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石川河富平地下水库调蓄潜力研究

石川河富平地下水库调蓄潜力研究

作者：张紫瑶长安大学

学位级别：硕士

受气候变化和人类工程活动的共同影响,富平县庄里镇以下的河流在非汛期出现干涸,地下水得不到有效补给,加之生产生活对地下水的开采程度较高,造成了县辖区内地下水位大幅下降,对当地生态地质环境和经济社会的可持续发展产生了不良的影... 详细信息

受气候变化和人类工程活动的共同影响,富平县庄里镇以下的河流在非汛期出现干涸,地下水得不到有效补给,加之生产生活对地下水的开采程度较高,造成了县辖区内地下水位大幅下降,对当地生态地质环境和经济社会的可持续发展产生了不良的影响。石川河富平地下水库拟建于石川河河谷区,通过区外引水回灌的方式增加当地地下水资源的可开发利用率。本文在前人所做工作基础上,进一步收集资料,运用统计分析、数值模拟等方法,研究探讨了不同人工调蓄方案下地下水流场和地下水储量的变化情况,以期为地下水库的建设、运行提供参考。本文主要研究成果如下:(1)根据1986-2019年的数据资料研究分析可知,研究区多年地下水埋深动态变化表现为升-平-降三段式,整体呈现增加趋势,年增加速率0.88 m/a;地下水开采量同样经历了高-较高-较低三个阶段;多年平均降水量500.2 mm且在2013014年发生突变。采用相关分析法分析开采降水对埋深的影响,结果表明埋深与开采量呈显著的正相关;由于人工开采地下水的影响,进一步以降水量与开采累积距的比值作为影响因子分析降水与埋深的相关性,结果表明随降水增加和开采量减少,埋深减小。(2)结合地下水埋深动态特征和对生态、地质环境及机井提水效率的影响,确定了地下水库调蓄过程中所依据的极限上、下水位,同时以最大库容为例,介绍库容计算方法,得出最大库容为8.13亿m3。基于水文地质资料,分析研究区补径排特征,结果表明地下水均衡呈负均衡,均衡差为-1222.85万m3。(3)分析了东庄水库补水水源的补给条件,确定东庄水库补水水源的年供水能力为9990万m3,同时结合研究区水文地质条件,选取地下水库两个适宜的回灌场所,分别为:西吕村—吴家村—来家村一带和焦村—肖家堡—南阳村一带。对于开采条件的设置,本着激发地下水最大开发潜力的原则,建立了可开采量控制下的开采标准,该标准下2029年开采量较现状年2018年压缩了13%开采量,同时考虑到地下水库建成正常运行后,为研究区储备了相当多的地下水资源量,因此增设两种开采方案,为增采13%和增采20%。(4)结合开采条件和回灌条件,设置了10种调蓄方案,并利用数值模拟法对各调蓄方案的地下水位进行预测。各方案的结果分析表明:回灌的同时压缩开采量采是增加地下水资源量的最有效途径,其中,东庄水库按灌期非灌期回灌5519.48万m3/a且压缩13%开采量时,使2029年水位回升最大,为31.02 m,地下水储量增加4.50亿m3,仅低于上限水位5.99m;方案结果对比表明,开采条件相同时,回灌量对地下水位的作用大于回灌方式。在地下水库人工调蓄时,由于受到上限水位的制约,需遵循适度原则,回灌量与压采程度不宜过大。

关键词：石川河富平地下水库地下水动态数值模拟开采回灌条件调蓄方案

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石川河富平地下水库综合效益评价研究

石川河富平地下水库综合效益评价研究

作者：李云长安大学

学位级别：硕士

地下水库综合效益评价对地下水库的规划、建设和管理具有重要的科学意义和应用价值。本文结合陕西省水利科技计划项目,针对拟建的陕西省石川河富平地下水库,利用灰色关联理想解模型(GC-TOPSIS)、实数编码的加速遗传算法优化的投影寻踪... 详细信息

地下水库综合效益评价对地下水库的规划、建设和管理具有重要的科学意义和应用价值。本文结合陕西省水利科技计划项目,针对拟建的陕西省石川河富平地下水库,利用灰色关联理想解模型(GC-TOPSIS)、实数编码的加速遗传算法优化的投影寻踪分类模型(RAGA-PPC)等方法,开展了地下水库综合效益评价研究,取得研究成果如下:(1)阐明了地下水库综合效益内涵及其水资源、生态环境、社会经济各系统之间的互馈关系,分析了各系统共同影响着地下水库综合效益。(2)构建了石川河富平地下水库综合效益评价指标体系。该指标体系包含3项准则(水资源效益、生态环境效益、社会经济效益),5个要素(水资源量、水资源开发利用、地下水脆弱性、生态环境、社会经济),能够充分反映地下水库综合效益,与其自身属性紧密相连且针对性较强的26项指标(地下水资源开发利用率、供需平衡率、地下水埋深、地下水均衡差、万元GDP用水量等)。采用克伦巴赫信度系数判别评价指标可信度,结果表明该评价指标体系可信度良好,切实可行。(3)采用GC-TOPSIS、RAGA-PPC对石川河富平地下水库拟建前综合效益、准则效益进行了评价。通过计算评分者信度可得两种评价方法都较为可靠,评价结果均可作为分析石川河富平地下水综合效益的依据,可选取操作简便、不易受主观因素影响的RAGA-PPC模型评价结果进行讨论。结果表明:石川河富平地下水库拟建前综合效益状态在略有波动的情况下整体呈现上升趋势,但存在的水资源以及生态环境问题仍然没有解决。(4)根据不同补给条件、不同开采条件,以2018年为基准年,2030年为规划年,设定了9种石川河地下水库拟建后调蓄情景,利用频率计算、趋势法、水量平衡法、三维地质模型、地下水流模型等对评价指标数值进行了分析计算。采用RAGA-PPC模型,对石川河富平地下水库拟建后综合效益、准则效益进行了评价,结果显示各情景地下水库综合效益和准则效益均有明显提升,在该地修建地下水库具有较好的生态维护价值和水资源恢复效果,间接论证修建石川河富平地下水库的必要性。(5)为得到影响石川河富平地下水库拟建后综合效益的障碍因素,计算分析了评价指标间的障碍度,结果表明:石川河富平地下水库拟建后综合效益的主要障碍因素指标为地下水埋深,后续对地下水库的规划、建设、管理,可针对该指标构建提高地下水库综合效益的措施体系和调控模式。通过本文的研究,可为地下水库的综合效益评价、地下水库规划、设计和管理提供科学参考,为石川河流域地下水库建设、水资源开发利用及水生态保护治理提供决策支持。

关键词：地下水库综合效益评价 GC-TOPSIS RAGA-PPC 石川河富平

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西安市阎良区石川河景观设计研究

西安市阎良区石川河景观设计研究

作者：张文超西北农林科技大学

学位级别：硕士

城市河道作为城市建设中不可或缺的空间之一,是城市发展的重要版块,蕴含着悠久的地区历史。滨水空间具有自然属性和人工特征两种特点,能够产生巨大的生态、社会和经济效益,对城市的发展建设和环境的生态防护有着深远影响。近代工业革命... 详细信息

城市河道作为城市建设中不可或缺的空间之一,是城市发展的重要版块,蕴含着悠久的地区历史。滨水空间具有自然属性和人工特征两种特点,能够产生巨大的生态、社会和经济效益,对城市的发展建设和环境的生态防护有着深远影响。近代工业革命以来,城市扩张和科技发展使城市滨水地区发展加快,侵占了自然水体和河道空间,破坏了滨水空间生态平衡。而耗费大量资金和人力建造的人工水景也无法提供一个可持续发展的生态系统,难以体现地域文化特征。因此,对滨水区的再开发和利用已经成为人们日益重视的问题。在此背景下,本文将结合相关生态修复理论和滨水景观设计方法,通过收集国内外典型的滨水景观设计案例,分析其设计理念和方案规划,吸收借鉴优秀之处。以西安市阎良区石川河作为研究对象,分析其自然、人文景观现状,将城市河道景观设计与生态修复理论相互结合,融入地域元素,对石川河滨水景观设计进行修复和提升。通过对石川河进行总体规划、分区设计和各类专项设计,得出以下结论:(1)石川河景观设计以河流生态修复理论和景观设计理论为基础,结合石川河“老秦人”的流域文化,修复石川河流域生态环境,展现阎良地区的民俗特色。(2)通过对相关案例分析和阎良地域文化的研究,将园区分为“生命律动”、“静湖月夜”、“浅溪花海”、“古秦遗风”四大分区,将其打造成日常运动、休闲游憩、生态体验、文化教育四大功能于一体的综合性滨水公园。(3)设计中将石川河流域内的传统文化和民俗文化融合进各类景观元素中,利用商鞅变法雕塑、核雕体验作坊、皮影戏台等形式展现阎良历史文化和民俗风情,使石川河流域文化在园区景观中得以传承。

关键词：滨水景观规划设计石川河西安

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陕西省石川河富平地下水库回灌模式研究

陕西省石川河富平地下水库回灌模式研究

作者：欧阳卫长安大学

学位级别：硕士

石川河富平地区位于关中腹地,是流域内水资源供给矛盾最为突出的区域,石川河径流量具有明显的季节性特征,由于当地地表水资源短缺,用水多以地下水为主,但是多年的连续开采导致石川河富平地区潜水位大面积下降,已形成多处含水层疏干降深... 详细信息

石川河富平地区位于关中腹地,是流域内水资源供给矛盾最为突出的区域,石川河径流量具有明显的季节性特征,由于当地地表水资源短缺,用水多以地下水为主,但是多年的连续开采导致石川河富平地区潜水位大面积下降,已形成多处含水层疏干降深漏斗,存在较大的储水空间,具备地下水库修建的首要条件。随着当地工业园区的发展,水资源供给失衡将进一步突出,为改善地区缺水问题,提高水资源利用率,可以考虑通过建设地下水库来缓解地下水资源长期亏损的情况。在地下水库水源回灌过程中,场地的适宜性、回灌工艺的选择是回灌目的达到与否的核心要素,需要结合当地特征进行分析研究,确定最为合适的回灌模式。基于此,本文以石川河河谷区为研究区,在总结国内外地下水库研究进展、收集研究区地质勘探资料和调查水文地质条件基础上,构建研究区三维地质模型及符合区域特征的回灌补给适宜性评价模型,从空间条件、回灌补给适宜性、回灌工艺三个角度充分论证了研究区的回灌模式。论文研究成果对于拟建的石川河富平地下水库回灌地段的布设和实施具有指导意义,同时对于提高补给水源利用效率、保障区域水资源安全具有实际意义。论文取得主要成果如下:(1)依据研究区钻孔资料建立了三维地质模型,经设置虚拟钻井和地质剖面图验证后,较好地揭示了区域含水层具备修建地下水库的条件;同时从经济、工程限制、生态环境等角度确定了地下水库的上下限调蓄水位,经公式法和数值模型法二者验证后求得石川河富平地下水库调蓄库容为7.535亿m。(2)基于建立的符合石川河富平地下水库特征的回灌补给适宜性评价模型,对该区域的回灌补给适宜性进行了评价。结果表明:研究区内高适宜性和较高适宜性区域集中在官庄-来家一带、凤凰村周边和庄里镇、南社乡、南韩村东部,总面积达48.01km,占地下水库河谷区总面积的32.0%。(3)在三维地质模型分析和回灌补给适宜性评价模型的基础上,根据渗渠、渗水坑、反滤回灌井、橡胶坝的特点,为各个适宜区域选定与之相匹配的回灌工艺,得到研究区回灌模式,其年最大回灌能力为3712.72万m;经综合分析比选泾惠渠补水、东庄水库来水、洛河调水三个外来水源,最后确定东庄水库为研究区回灌补给水源,可向石川河地下水库补给9990万m,满足地下水库回灌水量要求。

关键词：石川河富平地下水库 GMS 回灌补给适宜性评价回灌模式

关中地区河流健康评价指标体系构建与应用——以石川河为例

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关中地区河流健康评价指标体系构建与应用——以石川河为例

作者：陈文斌西北农林科技大学

学位级别：硕士

随着经济社会的快速发展以及人类活动的加剧,水污染、生境退化、水资源短缺、生物多样性降低等一系列河流生态健康问题引起了广泛关注。依据地区生态环境本底特征及保护需求制定适应的指标体系和评价方法开展河流健康评价,是科学诊断河... 详细信息

随着经济社会的快速发展以及人类活动的加剧,水污染、生境退化、水资源短缺、生物多样性降低等一系列河流生态健康问题引起了广泛关注。依据地区生态环境本底特征及保护需求制定适应的指标体系和评价方法开展河流健康评价,是科学诊断河流健康问题的主要手段。本研究构建了关中地区河流健康评价指标体系,分别于丰水期和枯水期对石川河进行健康评价,同时建立了微生物完整性指数(M-IBI)评价体系对石川河进行健康评价,以验证评价结果的准确性以及M-IBI评价方法的有效性,为关中地区河流健康保护与管理提供了方向,也为应用M-IBI评价方法快速监测河流健康提供了依据。本研究的主要结论如下:(1)本研究参考国内外相关研究成果与规范,构建了由目标层、准则层和指标层组成,包括水环境、水生态、水资源、水生境及水安全5个准则层,共15项评价指标的关中地区河流健康评价指标体系。(2)应用构建的评价指标体系,分别于丰水期和枯水期对石川河进行了健康评价。结果显示,石川河两个时期的健康状态一致,整体呈现亚健康接近健康状态,其中三条主要支流均呈健康状态,干流呈亚健康接近不健康状态。根据指标赋分,水环境、水生态、水资源、水生境及水安全准则层存在的健康问题分别为:干流水环境质量差,干流和支流清河营养水平高;支流清河生物多样性水平较低,干流枯水期生物多样性水平降低,干流和支流清河枯水期存在硅藻水华风险;流域水资源开发利用率过高;干流、支流沮河和清河纵向连通性受阻,干流和支流漆水河缓冲带宽度不足;支流漆水河和沮河防洪安全难以保障。(3)石川河底泥中共鉴定出微生物69门,183纲,462目,742科,1461属,20090个ASV。分析显示,盐度、氧化还原电位、水温和化学需氧量是影响底泥微生物群落分布的关键环境因子。参照IBI评价体系构建的标准化方法,筛选出4个核心生物参数计算M-IBI分值,并采用比值法建立了石川河M-IBI评价体系。评价结果显示,石川河丰水期整体呈现亚健康接近健康状态,其中漆水河和沮河呈非常健康或健康状态,清河和石川河干流呈亚健康状态。石川河枯水期整体呈现健康状态,其中三条主要支流呈健康状态,石川河干流呈亚健康状态。(4)将M-IBI评价结果与指标体系评价结果进行了比对,结果显示,两个时期的M-IBI分值与水质综合得分以及M-IBI评价体系赋分与指标体系赋分均显著正相关,表明两种评价方法得到的评价结果整体一致,进一步表明本研究建立的M-IBI评价方法能够有效反映石川河健康状况。本研究为关中地区启动河流健康评价工作,逐步建立河流健康档案库提供了理论与实践基础,同时也为实现M-IBI评价方法日常监测河流健康提供了应用实例。

关键词：石川河河流健康指标体系微生物完整性指数

石川河地下水库建库条件分析及地下水位动态预测

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水资源保护 2017年第3期33卷 13-18页

作者：李璇束龙仓鲁程鹏石文凯河海大学水文水资源学院江苏南京210098

通过分析富平县石川河河谷阶地区的自然地理、气象、水文、地质等条件以及地下水资源开发利用情况,建立了水文地质结构三维模型,论证了建立石川河地下水库的可行性,初步计算了地下水库库容约为4.95亿m^3。利用Visual MODFLOW软件建立了... 详细信息

通过分析富平县石川河河谷阶地区的自然地理、气象、水文、地质等条件以及地下水资源开发利用情况,建立了水文地质结构三维模型,论证了建立石川河地下水库的可行性,初步计算了地下水库库容约为4.95亿m^3。利用Visual MODFLOW软件建立了地下水库库区的地下水数值模型,预测了不同降水和开采条件下,进行人工回灌0.52亿m^3/a、10年后地下水库库区的地下水位变化情况。结果表明,库区内的地下水位将大范围的抬升,大部分地区与1959年的水位相近,可基本满足当地的用水需求。

关键词：地下水库建库条件数值模拟地下水位动态石川河

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石川河综合整治项目覆土方案智能优化研究

西部大开发（土地开发工程研究） 2020年第2期 18-24页

作者：牛岩孙剑虹谢潇陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司陕西西安710075 陕西省土地工程建设集团有限责任公司陕西西安710075 自然资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室陕西西安710021 陕西省土地整治工程技术研究中心陕西西安710075

石川河(城区段)综合整治项目中,覆土方案的确定不仅影响植物生长、土体稳定性,同时决定工程成本。为了得到最优化的覆土方案,本文采用盆栽试验和数值模拟方法,针对不同覆土方案对薄荷生长和土体稳定性的影响进行研究,在此基础上应用支... 详细信息

石川河(城区段)综合整治项目中,覆土方案的确定不仅影响植物生长、土体稳定性,同时决定工程成本。为了得到最优化的覆土方案,本文采用盆栽试验和数值模拟方法,针对不同覆土方案对薄荷生长和土体稳定性的影响进行研究,在此基础上应用支持向量机和智能优化算法粒子群算法对覆土方案进行寻优。结果显示:最优覆土方案为覆土厚度28cm,分2层压实,岸坡角度35°。研究结果可为类似流域治理工程提供借鉴。

关键词：石川河覆土支持向量机粒子群算法智能优化