专题四 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(1sthead)外，其余均概化为三类水头边界(3rdhead)。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
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
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 时间步长控制图
5.3.3初始流场
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。
表5-1 宿迁市2000年1-3月份深层地下水监测井水位埋深统计表
县（区） | 井号 | 地理位置 | 1月1日埋深（m） |
宿城区 | 1302002 | 市供电局 | 5.94 |
泗
洪
县
| 1318001 | 龙集水利站 | 27.37 |
1318003 | 天岗湖乡政府 | 12.69 | |
1318004 | 金锁镇自来水厂 | 4.50 | |
1318005 | 陈圩乡水利站 | 10.00 | |
1318006 | 魏营乡王拐村王元庄 | 24.82 | |
1312008 | 成河自来水厂 | 1.82 | |
1312009 | 孙园乡井村 | 16.06 | |
1311010 | 双沟中心卫生院 | 11.98 | |
1312011 | 峰山乡黄岗村翟岗 | 33.78 | |
1312012 | 重岗乡水利站 | 8.97 | |
1313013 | 界集自来水二厂 | 20.06 | |
1313014 | 大楼乡 | 11.01 | |
1318016 | 县人民银行 | 9.11 | |
泗 阳 县 | 1328002 | 王集自来水厂 | 7.92 |
1328003 | 新源自来水厂 | 19.53 | |
1328004 | 八集粮管所 | 7.33 | |
宿豫区 | 1338001 | 侍岭缫丝厂（3号井） | 16.76 |
沭
阳
县 | 1342001 | 高墟乡政府 | 2.73 |
1342002 | 吴集乡柳树村 | 4.49 | |
1342004 | 吴集乡柳树村 | 2.80 | |
1348005 | 悦来乡双蔡村 | 16.74 | |
1348006 | 耿圩乡沂南村 | 10.02 | |
1348007 | 沂涛乡敬老院 | 3.24 | |
1348009 | 胡集乡盆荡村 | 6.06 | |
1348010 | 扎下乡 | 11.44 | |
1342011 | 刘集乡吉湖村 | 10.08 |
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
县（区） | 井号 | 地理位置 | 1月1日埋深（m） |
沭阳县 | 1348012 | 华冲镇淀粉厂 | 1.63 |
1348013 | 庙头村乡政府 | 2.44 | |
宿城区 | 1301001 | 井头乡彩塑厂 | 2.7 |
泗 洪 县 | 1318002 | 太平乡粮管所 | 14.89 |
1311007 | 归仁镇政府 | 11.77 | |
1313015 | 半城镇大新庄 | 14.91 | |
泗 阳 县 | 1321001 | 县绢纺厂 | 14.14 |
1328005 | 林河乡水厂 | 26.00 | |
1328006 | 卢集粮管所 | 12.15 | |
宿 豫 县 | 1338002 | 丁嘴中学 | 12.94 |
1338003 | 洋北中学 | 19.12 | |
1338004 | 王官集中学 | 4.36 | |
沭阳县 | 1342003 | 南关乡杨店村 | 9.87 |
1342008 | 钱集乡钱东村 | 6.71 | |
宿城区 | 1301001 | 井头乡彩塑厂 | 2.70 |
泗 洪 县 | 1318002 | 太平乡粮管所 | 14.89 |
1311007 | 归仁镇政府 | 11.78 | |
1313015 | 半城镇大新庄 | 14.96 | |
泗 阳 县 | 1321001 | 县绢纺厂 | 14.14 |
1328005 | 林河乡水厂 | 25.86 | |
1328006 | 卢集粮管所 | 12.16 | |
宿 豫 县 | 1338002 | 丁嘴中学 | 12.93 |
1338003 | 洋北中学 | 19.32 | |
1338004 | 王官集中学 | 4.33 | |
沭阳县 | 1342003 | 南关乡杨店村 | 9.82 |
1342008 | 钱集乡钱东村 | 6.63 |
5.3.4边界条件
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[2001]165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。
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
表5—3 沭城县各乡镇深井开采量
沭阳县各乡镇名 | 2007-2009年开采量（m3/d） | 2010-2020年开采量（m3/d） |
沭城镇 | 25800.0 | 20263.0 |
贤官镇 | 1087.5 | 854.1 |
马厂镇 | 12290.9 | 9653.1 |
北丁集乡 | 1718.9 | 1350.0 |
十字镇 | 7748.1 | 6085.3 |
汤涧镇 | 1946.9 | 1529.1 |
胡集镇 | 8962.8 | 7039.2 |
悦来镇 | 19157.7 | 15046.2 |
刘集镇 | 17434.4 | 13692.8 |
耿圩镇 | 18368.4 | 14426.3 |
庙头镇 | 13632.7 | 10706.9 |
七雄镇 | 10287.0 | 8079.3 |
张圩乡 | 4371.8 | 3433.5 |
章集镇 | 12233.9 | 9608.4 |
塘沟镇 | 17829.1 | 14002.7 |
沂涛镇 | 4950.6 | 3888.1 |
颜集镇 | 1942.5 | 1525.6 |
东小店乡 | 2249.5 | 1766.7 |
高墟镇 | 1363.7 | 1071.0 |
茆圩乡 | 7169.3 | 5630.7 |
官墩乡 | 3538.6 | 2779.2 |
新河镇 | 1026.1 | 805.9 |
万匹乡 | 1126.9 | 885.1 |
桑墟镇 | 1819.7 | 1429.2 |
华冲镇 | 3867.5 | 3037.5 |
吴集镇 | 8169.1 | 6415.9 |
李恒镇 | 8265.6 | 6491.7 |
青伊湖镇 | 482.3 | 378.8 |
周集乡 | 9725.7 | 7638.5 |
西圩乡 | 1968.8 | 1546.3 |
陇集镇 | 11036.8 | 8668.2 |
钱集镇 | 12549.6 | 9856.3 |
龙庙镇 | 1232.2 | 967.7 |
韩山镇 | 6331.8 | 4972.9 |
扎下镇 | 3793.0 | 2978.9 |
合计 | 265479.4 | 208504.1 |
年合计（亿m3） | 0.969 | 0.761 |
表5—4 泗洪县各乡镇深井开采量
泗洪县各乡镇名 | 2007-2009年开采量（m3/d） | 2010-2020年开采量（m3/d） |
青阳镇 | 67310.8 | 52865.0 |
双沟镇 | 21982.7 | 17265.0 |
峰山乡 | 924.3 | 725.9 |
天岗湖乡 | 1709.7 | 1342.8 |
上塘镇 | 4365.3 | 3428.5 |
魏营镇 | 1501.4 | 1179.2 |
车门乡 | 954.6 | 749.8 |
瑶沟乡 | 1952.7 | 1533.6 |
石集乡 | 1015.4 | 797.5 |
城头乡 | 694.3 | 545.3 |
临淮镇 | 199.6 | 156.8 |
陈圩乡 | 5033.6 | 3953.3 |
半城镇 | 1501.4 | 1179.2 |
孙园镇 | 7758.6 | 6093.5 |
重岗乡 | 1189.0 | 933.8 |
梅花镇 | 902.6 | 708.9 |
归仁镇 | 338.5 | 265.8 |
金锁镇 | 2360.6 | 1854.0 |
曹庙乡 | 5988.2 | 4703.1 |
朱湖镇 | 1241.0 | 974.7 |
界集镇 | 1640.2 | 1288.2 |
太平镇 | 3106.9 | 2440.1 |
龙集镇 | 1353.9 | 1063.3 |
四河乡 | 43.4 | 34.1 |
合计 | 135068.7 | 106081.1 |
年合计（亿m3） | 0.493 | 0.387 |
表5—5 泗阳县各乡镇深井开采量
泗阳县各乡镇名 | 2007-2009年开采量（m3/d） | 2010-2020年开采量（m3/d） |
众兴镇 | 16300.0 | 12801.8 |
王集镇 | 26208.5 | 20583.8 |
新袁镇 | 15173.3 | 11916.9 |
裴圩镇 | 1379.4 | 1083.4 |
爱园镇 | 17932.1 | 14083.7 |
李口镇 | 1379.4 | 1083.4 |
城厢镇 | 1379.4 | 1083.4 |
临河镇 | 6897.0 | 5416.8 |
穿城镇 | 13793.9 | 10833.6 |
张家圩镇 | 2758.8 | 2166.7 |
高渡镇 | 1379.4 | 1083.4 |
三庄乡 | 4138.2 | 3250.1 |
来安乡 | 6897.0 | 5416.8 |
合计 | 115616.4 | 90803.6 |
年合计（亿m3） | 0.422 | 0.331 |
5.3.5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 模型第三层水文地质参数分区表
参数分区号 | Ⅰ | Ⅱ | Ⅲ | Ⅳ | Ⅴ | Ⅵ |
渗透系数（m/d） | 1.0 | 1.2 | 8.0 | 10.0 | 20.0 | 25.0 |
贮水系数 | 0.0001 | 0.00024 | 0.00035 | 0.00085 | 0.0012 | 0.0015 |
5.3.6降雨蒸发
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。
图5—7 2007年12月31日地下水位空间分布示意图
图5—8 2010年12月31日地下水位空间分布示意图
图5—9 2020年12月31日地下水位空间分布示意图
表5—7 节水前后几个乡镇的水位对比表 单位：m
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。
表5—8 深层水均衡统计表
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-13546.1*104m3增加到2010年后的-13284.6*104m3。可见，节水有助于地下水位的恢复。
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25800.0m3/d；沭城镇的周围，如七雄（10287.0m3/d）、塘沟（17829.1m3/d）、胡集（8962.8m3/d）、悦来（1957.7m3/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67310.8m3/d，在西部形成了局部漏斗。
泗洪县双沟镇开采量21982.7m3/d，在西南部形成了局部漏斗。
泗阳县众兴镇开采量16300.0m3/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。
主要参考文献：
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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；
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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；
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21、王大纯、张仁权，史毅虹等，水文地质学基础，地质出版社，1986；
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