松原市地下水资源与环境综合信息模拟管理研究
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摘要
本论文是松原市水利局水资源管理办公室的立项课题(松原市地下水资源与环境综合模拟管理研究)中期研究工作的基础上完成的。本论文的研究领域属于地质科学、水利工程、环境科学、系统工程、现代计算机应用技术的交叉应用学科范畴，其研究内容反映了上述各学科理论基础和应用技术的有机结合。本论文在充分了解和分析国内外研究现状的基础上，结合松原市水资源和水环境保护的实际，从系统论、综合信息论的观点出发，运用Visual-Modflow技术软件对松原市多层介质地下水的纵横向信息进行分析、关联、综合的基础上，建立起多层介质含水系统、地下水循环与污染系统、地下水水质与水量三维数值模拟管理系统。该系统的建立和应用，将使松原市地下水资源管理从传统的单一含水层的平面二维流信息管理跨入到多层介质含水系统的空间三维综合信息管理的新阶段，从单一水量管理跨入到水资源与水环境综合管理的新领域。从而彻底改变松原市水资源管理的现状，废除传统的定性或半定量的单一要素管理方式，建立新型的系统化、信息化、可视化、最优化的管理模式，在地下水资源开发利用与环境保护的综合管理和动态管理技术研究方面，实现新的突破。该管理系统的优势在于，可快捷准确地解决松原市地下水资源管理中常见的而且难以解决的一些重要问题。如三维数值模拟和预测、地下水循环系统和污染系统、地下水资源评价(区域、流域、分层、分区的评价)、地下水开采方案的抉择(现状开采方案预测评价、扩大开采方案预测评价、规划水源地开采方案预测评价、开采方案的比选优化等)和地下水环境保护措施的制定等问题。为松原市地下水资源开发与环境保护的综合管理提供先进的理论、技术、方法、模式，并树立系统化、模型化、计算机化、可视化的水资源管理样板。为松原市地下水资源管理开拓新途径，为地下水资源可持续利用提供可靠的技术保障，具有重要的理论意义和实用价值。
本论文的研究目标是，研究成果为松原市地下水资源开发与保护的综合管理树立“样板”，开拓新途径，提供一套符合21世纪可持续发展战略要求的综合管理理论、方法和模式。使松原市水资源管理早日实现现代化、规范化、科学化和计算机化，从而步入全国水资源开发利用与保护的综合管理的先列。
本论文研究的技术路线是，资料收集整理与国内调研查新→现场调查测试、形成工作大纲→地下水赋存环境背景研究(自然地理、地质、水化学环境)→地下水赋存环境演变→(自然地理、含水系统、水动力场、水化学环境)→野外室内实验与水量模型参数测定→地下水循环系统→室内实验与水质模型参数测定→地下水污染系统→含水系统三维流场生成(浅层水流场、弱透水层流场、深层水流场)→地下水三维数值模拟模型建立→地下水三维数值模拟管理系统→模拟管理系统的应用→结论。
本论文的主要研究内容：
1．地下水赋存的自然环境，包括地形地貌、气象、水文、地质环境。地质环境包括岩土环境(岩土的粒度、化学、矿物组成，岩土的结构和空隙类型、岩土的物性指标)和含水系统。借助于电镜扫描、孔隙水压力传递实验、饱和粘性土渗透实验等手段，对松原市弱透水层的孔隙结构、孔隙存在形式、孔隙网络及其中水分运移规律等进行了深入的研究，在原有研究的基础上，得出水分在松原弱透水层中的渗透规律Ⅴ——Ⅰ关系曲线及其关系方程，为正确认识弱透水层透水与隔水的双层性质及其相互转化条件，对沟通上下含水层的水力联系起到的纽带作用等水分运移的机理问题，为多层介质含水系统和统一渗流场的建立奠定了基础。反映了该领域的前沿水平。
2．地下水赋存环境的演变，阐述了随着社会生产力的发展、人类活动对地下水的赋存环境的影响越来越大。这种影响主要表现在自然地理环境的演变，包括河、湖、库水
吉林大学硕士论文摘要
文环境的演变(第二松花江、松花江、拉林河、查干湖水质恶化、水量锐减);地质环
境的演变(包括地形地貌景观的演变、含水系统的演变、水动力场的演变)，原生地形
地貌的变化和地下水开采的加剧，使松原市含水系统由浅、深层复合的具有统一水位的
半敞开、半封闭含水系统转化为全敞开型地下水含水系统;水动力场由平面二维流演变
为空间三维流;水化学环境演变表现为水化学类型由原来较为单一的重碳酸钙型、重碳
酸钙钠型、重碳酸钠型变为复杂的HCq一SqZ一代扩+、HcO3一5042义a2+一Mg2+、
Heo3一5042.一衬a+一CaZ+、5042一Heo3训a+一ea，+、el‘一504，，一HCo3一Na+一CaZ+型
等。矿化度、pH条件也发生明显的变化。
3.水化学与水污染系统。本文全面系统研究了松原市潜水、承压水的水化学环境特
征，包括水化学类型的分布特征、矿化度、pH环境的变化特征，系统评价了潜水、承
压水的水污染程度，水环境质量，根据地下水流场特征、污染源分布特征、污染途径、
污染运移特征，按系统论观点阐明了地下水污染系统的构成与分布，并在此基础上综合
考虑地表水与地下水环境进行了水环境功能分区和水环境保护分区治理规划，计算了第
二松花江、查干湖的环境容量、划分了重点水源地的卫生防护带提出了具体的控制对策
和治理措施，为松原市水?
This paper based on the mid-term study of the lesson belonging to The Hydraulic Bureau and Water Resources Management Office in SongYuan. The research realm of this thesis belonged to the cross-research of Geology Science, Hydraulic Engineering, Environment Science, System Engineering, and Modern Calculator Application .Its research reflected the organic combination of each course theories foundation and application technologies above .On the basis of the present condition of the domestic and international research , and the water resources and environment of SongYuan, this paper set out from the system and total information theory, utilized the Visual Modflow to analyze, correlate and synthesize the vertical and horizontal information of the aquifar multi-layer medium, and established the water system of multi-layer medium, the circulation and pollution system of groundwater, and the three-dimensional numerical simulation management system of the water quality and flow of the groundwater . The establishment
and application of this system , will improve the groundwater resources management in SongYuan from the two-dimensional information of the traditional simple aquifar into the new stage of the three-dimensional total information management, from the simple water flow management into the frontier of the water resources and environment general management. Thus can change thoroughly the present condition of water resources management in Son Yuan , abolish the traditional single element factor management methods of qualities and semi quantitative, establish the neotype management mode of systematization , information , visualization and optimization, and realize the new breakthrough in the integrated management of groundwater resources exploitation with environmental protection and the dynamic management technologies .The predominance of this management system is that it can swiftly and exactly settle some important problems that are common but hard to resolve in groundwater resources management of SongYuan .Suc
h as three-dimensional numerical simulation and predication ,the groundwater circulatory and pollution system, the groundwater resources evolution( district, river basin , layering, the zoning evaluation), the program alternatives of the groundwater exploitation ( the estimate evaluation to the present condition exploitation program , to extend exploitation program ,and to program the watershed exploitation program , the optimization of exploitation program etc.) and the establishment of the environment protection measures of groundwater resources etc. This provides he integrated management of the groundwater resources exploitation ,protection and environment in SongYuan with advanced theories, techniques, methods, modes and offers the water resources management sample plate with setting up systematize, modeling, calculating and visualizing. This also expands the new path of the groundwater resources management and offers guarantees for sustainable exploitation of the groundwater resources. It has an importa
nt theoretical meaning with the practical value.
The research target of this thesis is, that the study result is to set up the integrated management of the groundwater resources exploitation and protection for" sample plate", to expand the new path, and to provide a set of integrated management theories, methods and modes matching the lasting development strategic requirements of the 21 centuries .The result is to make the water resources management of SongYuan soon realize the modernization , the normalization, the scientific ,the calculator, and further step in the top of the national water resources development and protection integrated management.
The investigative technique route in this thesis is, data collecting, sorting, the domestic investigation - field investigation and testing, formatting the work outline - researching the groundwater background environment (nature geography, geology, hydrochemistry
environment) -groundwater environment evolution- (nature geography , aquifar system ,
本论文的研究目标是，研究成果为松原市地下水资源开发与保护的综合管理树立“样板”，开拓新途径，提供一套符合21世纪可持续发展战略要求的综合管理理论、方法和模式。使松原市水资源管理早日实现现代化、规范化、科学化和计算机化，从而步入全国水资源开发利用与保护的综合管理的先列。
本论文研究的技术路线是，资料收集整理与国内调研查新→现场调查测试、形成工作大纲→地下水赋存环境背景研究(自然地理、地质、水化学环境)→地下水赋存环境演变→(自然地理、含水系统、水动力场、水化学环境)→野外室内实验与水量模型参数测定→地下水循环系统→室内实验与水质模型参数测定→地下水污染系统→含水系统三维流场生成(浅层水流场、弱透水层流场、深层水流场)→地下水三维数值模拟模型建立→地下水三维数值模拟管理系统→模拟管理系统的应用→结论。
本论文的主要研究内容：
1．地下水赋存的自然环境，包括地形地貌、气象、水文、地质环境。地质环境包括岩土环境(岩土的粒度、化学、矿物组成，岩土的结构和空隙类型、岩土的物性指标)和含水系统。借助于电镜扫描、孔隙水压力传递实验、饱和粘性土渗透实验等手段，对松原市弱透水层的孔隙结构、孔隙存在形式、孔隙网络及其中水分运移规律等进行了深入的研究，在原有研究的基础上，得出水分在松原弱透水层中的渗透规律Ⅴ——Ⅰ关系曲线及其关系方程，为正确认识弱透水层透水与隔水的双层性质及其相互转化条件，对沟通上下含水层的水力联系起到的纽带作用等水分运移的机理问题，为多层介质含水系统和统一渗流场的建立奠定了基础。反映了该领域的前沿水平。
2．地下水赋存环境的演变，阐述了随着社会生产力的发展、人类活动对地下水的赋存环境的影响越来越大。这种影响主要表现在自然地理环境的演变，包括河、湖、库水
吉林大学硕士论文摘要
文环境的演变(第二松花江、松花江、拉林河、查干湖水质恶化、水量锐减);地质环
境的演变(包括地形地貌景观的演变、含水系统的演变、水动力场的演变)，原生地形
地貌的变化和地下水开采的加剧，使松原市含水系统由浅、深层复合的具有统一水位的
半敞开、半封闭含水系统转化为全敞开型地下水含水系统;水动力场由平面二维流演变
为空间三维流;水化学环境演变表现为水化学类型由原来较为单一的重碳酸钙型、重碳
酸钙钠型、重碳酸钠型变为复杂的HCq一SqZ一代扩+、HcO3一5042义a2+一Mg2+、
Heo3一5042.一衬a+一CaZ+、5042一Heo3训a+一ea，+、el‘一504，，一HCo3一Na+一CaZ+型
等。矿化度、pH条件也发生明显的变化。
3.水化学与水污染系统。本文全面系统研究了松原市潜水、承压水的水化学环境特
征，包括水化学类型的分布特征、矿化度、pH环境的变化特征，系统评价了潜水、承
压水的水污染程度，水环境质量，根据地下水流场特征、污染源分布特征、污染途径、
污染运移特征，按系统论观点阐明了地下水污染系统的构成与分布，并在此基础上综合
考虑地表水与地下水环境进行了水环境功能分区和水环境保护分区治理规划，计算了第
二松花江、查干湖的环境容量、划分了重点水源地的卫生防护带提出了具体的控制对策
和治理措施，为松原市水?
This paper based on the mid-term study of the lesson belonging to The Hydraulic Bureau and Water Resources Management Office in SongYuan. The research realm of this thesis belonged to the cross-research of Geology Science, Hydraulic Engineering, Environment Science, System Engineering, and Modern Calculator Application .Its research reflected the organic combination of each course theories foundation and application technologies above .On the basis of the present condition of the domestic and international research , and the water resources and environment of SongYuan, this paper set out from the system and total information theory, utilized the Visual Modflow to analyze, correlate and synthesize the vertical and horizontal information of the aquifar multi-layer medium, and established the water system of multi-layer medium, the circulation and pollution system of groundwater, and the three-dimensional numerical simulation management system of the water quality and flow of the groundwater . The establishment
and application of this system , will improve the groundwater resources management in SongYuan from the two-dimensional information of the traditional simple aquifar into the new stage of the three-dimensional total information management, from the simple water flow management into the frontier of the water resources and environment general management. Thus can change thoroughly the present condition of water resources management in Son Yuan , abolish the traditional single element factor management methods of qualities and semi quantitative, establish the neotype management mode of systematization , information , visualization and optimization, and realize the new breakthrough in the integrated management of groundwater resources exploitation with environmental protection and the dynamic management technologies .The predominance of this management system is that it can swiftly and exactly settle some important problems that are common but hard to resolve in groundwater resources management of SongYuan .Suc
h as three-dimensional numerical simulation and predication ,the groundwater circulatory and pollution system, the groundwater resources evolution( district, river basin , layering, the zoning evaluation), the program alternatives of the groundwater exploitation ( the estimate evaluation to the present condition exploitation program , to extend exploitation program ,and to program the watershed exploitation program , the optimization of exploitation program etc.) and the establishment of the environment protection measures of groundwater resources etc. This provides he integrated management of the groundwater resources exploitation ,protection and environment in SongYuan with advanced theories, techniques, methods, modes and offers the water resources management sample plate with setting up systematize, modeling, calculating and visualizing. This also expands the new path of the groundwater resources management and offers guarantees for sustainable exploitation of the groundwater resources. It has an importa
nt theoretical meaning with the practical value.
The research target of this thesis is, that the study result is to set up the integrated management of the groundwater resources exploitation and protection for" sample plate", to expand the new path, and to provide a set of integrated management theories, methods and modes matching the lasting development strategic requirements of the 21 centuries .The result is to make the water resources management of SongYuan soon realize the modernization , the normalization, the scientific ,the calculator, and further step in the top of the national water resources development and protection integrated management.
The investigative technique route in this thesis is, data collecting, sorting, the domestic investigation - field investigation and testing, formatting the work outline - researching the groundwater background environment (nature geography, geology, hydrochemistry
environment) -groundwater environment evolution- (nature geography , aquifar system ,
引文
[1] 王占兴、宿青山等，白城地区地下水及第四纪地质，地质出版社，1985
[2] 陈崇希、唐仲华，地下水流动问题数值解法，中国地质大学出版社，1990
[3] 陈崇希、李国敏，地下水溶质运移理论及模型，中国地质大学出版社，1996
[4] 孙讷正，地下水流的数学模型和数值方法，地质出版社，1981
[5] 孙讷正，地下水污染：数学模型和数值方法，地质出版社，1989
[6] 孙永堂，饱和．非饱和水分及污染质运移三维数值模拟研究及应用，国家地震局地质研究所博士论文，1996．12
[7] 雅·贝尔，许涓铭译，地下水水力学，地质出版社，1985
[8] 宿青山等，现代实验水文地质学，吉林科学技术出版社，1991．12
[9] 宿青山等，环境水文地质学基础，吉林大学出版社，1994
[10] 李绪谦，环境水化学，吉林科学技术出版社，2001．
[11] 李宏卿 长春城区地下水水质数值模拟预警及水环境保护策略研究，硕士学位论文，吉林大学，2003
[12] Willis R. and Liu E Optimization Model for Groudwater planning, Journal of Water Resources Planning and Management Vol. 110,No.3,1984
[13] Jozsef Toth.Hydraulic Continuity in Large Sedimentary Basins, Hydrogeology Journal,V.3,No.4,1995
[14] TothJ.A Theoretical analysis of groundwater flow in small drainage basin[J] .Journal of Geophusieal Research, 1963,67(11):4375-4397
[15] Engelen GB,Jones G PDevelopment in the Analysis of Groundwater Flow System [M] .Amsterdam:IAHS Press, 1986
[16] 张人权，关于水文地质学有一些思考，地质科技情报，2002，21卷，第1期，3-6页
[17] 朱英俊，吉林西部地下水资源的模拟和预报，吉林大学，硕士学位论文，2001
[18] 周念清，朱蓉，朱学愚，MODFLOW在宿迁市地下水资源评价中的应用，水文地质工程，2002，6，9-13
[19] 武强，董东林，武钢，刘金韬，水资源评价的可视化专业软件(visual MODFLOW)与应用潜力，水文地质工程地质，199，5，21-23
[20] 李建萍，垃圾渗滤液自然衰减过程的水文地球化学模拟研究，硕士学位论文，吉林大学，2001
[21] 房佩贤，卫中鼎，；廖资生，专门水文地质学，地质出版社，北京，1996
[22] 邱汉学，焦超颍，刘贯群，郑继民，董怡喜，白沙河平原地下水系数值模拟，青岛海洋大学学报，1995，第25卷，第2期
[23] 罗焕炎，陈雨孙，地下水运动的数值模拟，北京，中国建筑工业出版社，1988
[24] 朱学愚，刘建立，山东淄博市大武水资源地裂隙岩溶水中污染物质运移的数值研究，地学前缘(中国地质大学，北京)2001，第8卷，第1期，171-178
[25] 吴剑锋，朱学愚，由MODFLOW浅谈地下水数值模拟软件的发展趋势，工程勘察，2000，2，12-15
[26] 魏林宏，束龙仓，郝振纯，地下水数值模拟的研究现状和发展趋势，重庆大学学报，
2000，10，第23卷增刊
[27] 朱宛华，浅谈水文地质学的研究方向，水文地质工程地质，1997，4，25-26
[28] 武强，董东林，试论生态水文学主要问题及研究方法，水文地质工程地质，2001，2，69-72
[29] 陈崇希，方军伟，地下水水平井流的模型及数值模拟方法，地球学报(中国地质大学学报)2002，第27卷，第2期，135-139
[30] 邹立芝，关于渗透速度与渗流速度的定义，水文地质工程地质，1991，第18卷，第5期，44-45
[31] 邹立芝，关于储水率与储水系数概念的探讨，水文地质工程地质，1989，3，50-52
[32] 邹立芝，应进一步地完善数值模拟与拟合的理论基础，水文地质工程地质，1992，第19卷，第6期，4-5
[33] 薛禹群，地下水动力学，地质出版社，北京，1997
[34] 给水度的定义，水文地质工程，1994，1，31-33
[35] Hou Jie Su Qinghan etc.The new Understanding of water Movement in Saturated Clay Soil Proceeding of the 30 th IGC,Vol 22-Hydrogeology, VSP, 1997
[36] Wills R.and Liu P.Optimization Model for Groudwater planning,journal of water Resources Planning and Management Vol. 110,No.3,1984
[37] Jozsef Toth.Hydraulic Continuity in Large Sedimentary Basins,Hydrogeoloyg journal,V.3No.4,1995
[38] 王浩，王建华等，现代水资源评价及水资源科学体系研究，地球科学进展，2002，17卷，第1期，12-17
[39] 赵勇胜，林学钰著，地下水污染模拟及污染的控制利处理，吉林科学技术出版社，长春，1994
[40] 侯杰，地下水系统及其综合信息评价研究，博士学位论文，长春科技大学，1997
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[36] Wills R.and Liu P.Optimization Model for Groudwater planning,journal of water Resources Planning and Management Vol. 110,No.3,1984
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