地下水具储量大、分布广、水质好、便于应用等特点,在水资源供给中扮演不可或缺的角色,同时地下水循环也是自然生态演化中极为重要的一环。目前地下水资源开发不合理,致使区域水位持续下降,所带来的次生环境地质问题频频发生,如地面沉降、生态植被退化等。合理利用地下水资源,平衡发展与生态系统间的矛盾是亟待解决的问题。雄安新区是国家重点规划新区,作为我国未来城市发展模板,地下水是其建设发展的重要支撑,分析该地区地下水动力场演化规律,可为新区建设、水资源合理利用提供科学依据。本文以国家重点研发计划课题——“雄安新区地下水环境风险预测预警与防控项目”为依托,以白洋淀流域平原区为研究对象,综合运用资料收集、野外补充调查、水文地质勘察和地下水流数值模拟等方法,研究地下水动力场时空演化特征,构建三维地下水流数值模型,预测未来情境下研究区地下水动力场演化规律。主要取得以下认识和成果:(1)近40年来,研究区浅层地下水系统演变趋势是地下水位持续下降,浅层地下水形成水位降落漏斗,局部水流方向发生变化。水流方向由单一的山前向白洋淀的流向变为局部水位漏斗区边缘向中心流动、白洋淀地下水向周围流动。空间上,安新县南部至高阳县浅层水位降幅为30～40m,雄县北部水位降幅为20～30m,保定-徐水-容城水位降幅为10～20m。深层地下水水位整体下降,水位降幅东部大于西部,西部水位降幅在5～10m,东部安新县和高阳县水位降幅为25～35m。(2)通过分析近30年安新、容城、雄县4处地下水时间序列水位动态曲线,得出研究区地下水位整体呈下降趋势。其中容城县浅层地下水位降幅为0.65m/a、安新县浅层地下水位降幅为0.52m/a、雄县浅层地下水位降幅为0.50m/a,雄县深层地下水位降幅0.79m/a。在下降速率上深层>浅层,容城>雄县>安新。(3)研究区内地下水水位下降产生的生态环境效应主要为水位漏斗、地面沉降、地裂缝等。其中最大的水位漏斗——高清蠡水位漏斗区逐年增大,到2000年,漏斗区面积增大到1091km~2,到2015年漏斗中心水位下降了40m左右。整个华北平原,在1988年地面沉降量达到300mm的沉降面积有15253km~2。而造成地下水下降的主要因素为降雨量和开采量:降雨量增大,开采量的减小,使得地下水水位出现上升或下降趋势减缓的现象,降雨和开采作用水位的波动状态。(4)综合分析区域水文地质条件,地下水的主要补给为降水补给,主要排泄方式:人工开采和侧向径流。通过计算,得出研究区地下水补给量为263737.52×10~4m~3/a,排泄量为297356.8×10~4m~3/a,均衡差为-33619.28×10~4m~3/a,总体为负均衡。降水入渗量183531.18×10~4m~3/a,,在补给项中,占总的69.5%,其次为侧向补给量46757.64×10~4m~3/a,在补给项中,占总的17.72%;排泄项中人工开采量281693.82×10~4m~3/a为主要的排泄量,占总排泄量的94.72%。(5)综合水文地质条件上,基于GMS构建了研究区内三维地质结构模型、水文地质概念模型和三维地下水流数值模型,采用共轭梯度法(PCG)进行模型求解,通过PEST反演渗透系,选取合适的水文地质参数,经过模型识别和验证,构建的模型符合研究区实际情况,满足预测精度要求,并用于模型预测。(6)根据雄安新区建设规划和水资源开发利用及生态环境修复要求,设置了3种水资源开发利用与生态修复方案,按照不同情境,进行模拟预测。结果表明,现状年开采下,区域地下水位持续下降,观测孔中水位下降最高为10m,最低为5m;在现状年的基础上进行开采量压采的情况下,区域地下水基本达到补排均衡,地下水动力场发生变化,其中高清蠡水位漏斗区中心水位上升4～6m,其他区域平均上升0～2m。水位观测孔中地下水下降趋势减缓;在前两种情境下通过外调水对白洋淀进行生态补水,扩大了水域面积,增加了研究区内补给量,均衡差为4058.877×10~4m~3,使得研究区处于正均衡状态,改变了局部地下水空间分布,使补水沿线区域和白洋淀周围地下水水位上升。其中高阳县东部水位上升最大,为10～12m,在高清蠡漏斗中心水位上升了4～6m,南拒马河到白沟引河周围水位上升了2～4m。