b加州Antelpope峡谷含水层系统压缩中的应用.pdf

MODFLOW的SUB-WT模块 在模拟美国加州Antelpope峡谷 含水层系统压缩中的应用 1 2 Stanley A.Leake , Devin L.Galloway 1. US Geological Survey, 520 N. Park Ave, Suite 221, Tucson, Arizona 85719, USA 2. US Geological Survey, 3020 State University Drive East, Suite 3005, Sacramento, California 95819, USA 摘　要　美国加利福尼亚南部的Antelpope 峡谷的含水系统由上部的非承压含水层和中、下部的 承压含水层组成。由于地下水的抽取，在Lancaster 附近引发了约2m 的地面沉降量（1930~ 1992 ）。 以前用美国地调局 （USGS ）开发的MODFLOW 和 Interbed Storage Package 版本 1 （IBS1 ）来模 拟 Antelpope 峡谷区域地下水流、含水层系统的压缩和地面沉降，该方法假定土压力和土体单位 储水量为定值。在此基础上，开发 了新的沉降和含水层系统压缩程序包 （SUB-WT ），该模块 可将土压力设为变量，采用基于应力变化的土体储水系数进行数值模拟来评价地面沉降。本次 研究中，用 SUB-WT 模块来模拟 Antelpope 峡谷 区域地面沉降，以此说明将土压力设为变量， 采用基于应力变化的土体储水系数进行地面沉降模拟的重要性。 关键词　地面沉降；含水系统压缩；地下水流模型；美国加利福尼亚 Antelpope 峡谷 0 引言 在地下水开采引起地面沉降的地区，资源管理者通常建立地下水流和含水系统压 缩的耦合模型来进行土层沉降量的预报。模型的建立需要程序代码，如MODFLOW （Harbaugh,2005 ），可以进行水文地质属性的建模。Leake 和Prudic （1991 ）编写了 Interbed Storage Package 版本1 （IBS1 ）模拟含水系统中的地下水的变化和土层的压缩。 IBS1 是基于有效应力原理，其假设：（1 ）水位的下降引起了有效应力的增加，（2 ） 土体的储存属性不是有效应力的函数。Leake 和Galloway （2007 ）在MODFLOW 的基 础上开发了沉降和含水系统压缩模块 （SUB-WT ），这个模块去除了上述假设条件。在 已有的美国加利福尼亚Antelpope 峡谷地区地下水流模型 （Leighton Phillips,2003 ） 基础上，对比IBS1 模块，本文进行了SUB-WT 模块的一些测试。 1 研究区 加利福尼亚Moj ave 沙漠中的Antelpope 峡谷位于洛杉矶东北部约80km 处， Moj ave 沙漠是一个近2500km2 的高原沙漠 （平均海拔超过600m ）（图1 ）。Lancaster 和Palmdale 是Antelpope 峡谷中最大的两个城市，也是20 世纪90 年代加利福尼亚州 发展最快的两个城市。爱德华兹空军基地的跑道是作为美国国家航空和航天局的航天 91 • • 飞机备用降落地点。 Antelpope 峡谷位于Moj ave 沙漠的西部，成楔形。北面与东北走向的特哈查比山脉— 加洛克断裂带相邻，南面与西北走向的圣加布里埃尔山—圣安地列斯断层连接（图1 ）。 三个干湖 （Rogers,Rosamond 和Buckhorn ）偎依在峡谷的东北部。Antelpope 峡谷被第 四纪松散的冲积和湖积物所覆盖，第四系松散层构成了该区的地下水含水系统，该含 水系统可进一步划分为数个次级含水系统 （图1 ）。 从20 世纪之初起，研究区开始开采地下水用于农业灌溉。到20 世纪50 年代初， 地下水年开采量达到最大值493 ×106m3 ，并一直持续到60 年代中期。从70 年代早期 开始到1990 年，