地下水开采对河流流量衰减的影响分析

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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)，ODFLOsoNormalstyle="TEXT-ALIGN:center"align=center>(1)式中：Vb是基流量减少的体积；R0为抽水前的基流量；R是抽水后的基流量；Δt是时间段的长度。而任一时段内河流渗漏量增加的体积则可用下式计算：(2)式中：Vi是渗漏量增加的体积；q0为抽水前的渗漏量；q是抽水后的渗漏量；Δt是时间段的长度。本文分别计算了抽水期间(每年的6～8月)和抽水后期(本年的9月～下一年的5月)的Vb和Vi，总的Vb和i之和，就是河流流量衰减的体积。研究

5、河流流量衰减时，常用河流流量的衰减量与抽水井开采量的比值来表达[3,8,10]基流减少量、渗漏增加量与抽水量的比值分别为：(3)和(4)式中：Vbr为某一时段内总的基流减少量与总抽水量的比值；Vir为某一时段内总的渗漏增加量与总抽水量的比值；Q为抽水井的抽水量。本文分别计算了抽水期间和抽水后期5年内Vbr和Vir的平均值。3计算结果及分析　　3.1河流基流的减少图2为Ｖbr的空间分布特征，对比图2(a)和图2(b)可知，无论是在河流的南侧，还是北侧，Vbr2比Vbr1要大约3倍，这说明：当抽水井开采地下水时，抽水后期对河流基流量减少的影响约

6、是抽水期间影响的3倍。这一信息提示人们：在设计地下水的优化开采方案时，不仅要考虑抽水井开采地下水在抽水期间对河流基流量减少的影响，更要重视开采地下水在抽水后期对河流基流量减少的影响，即抽水的残余影响(theresidualeffect)。　　从图2(c)可以看出：河流南侧的Vbr比北侧的大。这说明：抽水井开采地下水在河流南侧对河流基流量减少的影响要明显大于在河流北侧的影响。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。因此，从减少抽水对河流基流量减少的影响角度出发

7、，同等条件下(如抽水井离河流的距离相同、抽水量相同等)，应优先选择在河流北侧开采地下水。图2抽水期间的Vbr(a),抽水后期的Vbr(b)和总的Vbr(c)的平面等值线　　3.2河流入渗的增加图3为Vir的空间分布特征，对比图3(a)和图3（b）可知，无论是在河流的南侧，还是北侧，Vir2也比Vir1要大，约大2～3倍。该信息表明：开采地下水在抽水后期对河流渗漏量增加的影响比抽水期间对河流渗漏量增加的影响要大2～3倍。图3抽水期间的Vir(a),抽水后期的Vir(b)和总的Vir(c)的平面等值线　　从图3(c)可以看出：河流南侧的Vir比

8、北侧的小。这说明：抽水井开采地下水在河流南侧对河流渗漏量增加的影响要明显小于在河流北侧的影响。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的北侧。地下水位高出河水位的值