地下水开采对河流流量衰减的影响分析.doc

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1、地下水开采对河流流量衰减的影响分析摘要：以内布拉斯加州普拉特河谷为例，详细分析了地下水开采对河流流量衰减的影响。计算了从1981年10月1日～1986年9月30日5年期间，普拉特河南、北两侧在抽水期间和抽水后期河流基流的减少和河流入渗的增加。其结果表明：无论是南侧还是北侧，抽水后期对河流流量影响的程度要明显大于抽水期间的；在河流南、北侧，抽水对河流基流的减少和河流入渗的增加影响恰恰相反。抽水在河流南侧对河流基流量减少的影响要明显大于河流的北侧，对河流渗漏量增加的影响却明显小于河流的北侧。这是因为在河流南侧，地下水水位高出河水位的值要大于河流

2、的北侧。地下水位高出河水位的值越大，抽水对河流基流量减少的影响越明显，对河流渗漏增加的影响却微弱。这些信息对该地区，或类似地区水资源的合理开发利用是极其重要的。关键词：地下水开采河流基流的减少河流入渗的增加河流流量衰减普拉特河谷　　目前，内布拉斯加州主要的水资源问题之一是如何保护普拉特河谷的水资源。该州在1936年只有1200眼水井，到1985年，注册的水井数达到70701眼，是1936年水井数的近60倍，这些水井承担着该州85%的灌溉任务。另外，中心井灌溉系统（thecenterpivotirrigationsystem）数也从1972

3、年的2757增加到1985年的27271个。该州开采的地下水，80%以上用于灌溉[1]。而普拉特河与相邻的潜水含水层具有密切的水力联系，所以为了农业灌溉而开采地下水，必然造成河流径流量的衰减，并威胁到一些野生动物的生存及其栖息地的存在。研究河流径流量的衰减不仅是该地区，也是科罗拉多州、怀俄明州、联邦政府内务部、地方政府及不同用水户等共同关心的焦点之一。模拟地下水开采造成的河流径流量的衰减是实现地表水和地下水联合利用的重要步骤之一。　　已有许多河流流量衰减的研究成果，其研究方法包括解析法和数值法。解析法的研究包括Theis(1941)，Glo

4、ver和Balmer(1954)，Hantush(1964)，Wallace等(1990)，Hunt(1999)；和Darama2001等[2～7]，这些成果计算的都是简化的河流——含水层系统的河流流量的总衰减量。近年来，数值法已广泛应用于河流径流量衰减的研究中(Sophocleous等，1995；Conrad和Beljin，1996；Chen和Yin，2001)[8～10]。数值模型法较解析法有许多优点，它可以考虑实际河流——含水层系统的复杂条件。但这些数值法与解析法一样，都只是研究了一个理想的情况，并非实际问题。把河流流量衰减的过程分解

5、成河流基流的减少和河流入渗的增加两个过程，并分析各自在抽水期间和抽水后期的变化特征的研究尚不多见。而这些信息对每一个流域的水资源管理都是非常重要的。　　本文重点介绍了如何计算河流基流的减少和河流入渗的增加两个过程在抽水期间和抽水后期的体积变化，并将其应用于内布拉斯加州普拉特河谷的河流——含水层系统。1研究区简介5　　研究区位于美国中部的内布拉斯加州普拉特河谷，包括布法罗县(BuffaloCounty）南部和卡尼县（KearneyCounty）的北部（图1）。总面积约1118km2。普拉特河横穿研究区的中部，自西向东流。地面南北边界处较高，中

6、部河谷区较低。在西北部最高，约700m，东北部最低，约610m。　　研究区多年(1981～1986)平均降水量为636.2mm，多年平均蒸发量为1076mm。根据普拉特河在卡尼站1983～1986年的观测资料，河流的平均水位为651.7m，其变幅小于1m。地下水在河流附近埋深很小，只有1m左右。离河流越远，其埋深值越大，在研究区的南北边界处，埋深值大于5m。根据前人的研究成果，本区的极限埋深为4.6m。研究区的含水层系统包括上部的冲积层(潜水含水层)、中部的淤泥和粘土层(隔水层)和下部的Ogallala组的地层(承压含水层)。隔水层将浅层的

7、冲积层和Ogallala组的地层分开，冲积层主要由未固结的砂和砾石组成，而Ogallala组地层主要为各种粒径的砂，呈半固结状态。研究区有1000多眼农业灌溉的开采井，其开采集中在每年的6～8月间，开采井主要分布在普拉特河谷区。2河流流量衰减的计算　　该研究中，河流流量衰减的计算采用的是美国地质调查局开发研制的VisualMODFLOW[11]。根据研究区的水文地质条件建立了相应的数学模型，并用1981年10月1日～1986年9月30日共5年(1825d)，60个应力期的资料对模型进行了识别。模型识别结果表明：不但每个观测孔的计算水位与观测

8、水位非常接近，而且全区计算的地下水等水位线与观测的等水位线也拟合得很好。这说明所建立的数学模型正确，能较准确地代表实体的水文地质条件，可用于模拟抽水对河流流量的影响。　　为了研究