黄河下游地上悬河段开采条件下侧渗量变化研究

本文主要通过模型的方法定量研究黄河下游悬河段地下水与黄河关系。在黄河影响带水文地质条件分析的基础上,将黄河作为地下水系统的混合边界条件处理,运用地下水模型软件FEFLOW建立研究区地下水流模拟模型。以模型为工具,重点评价了原阳水源地规划开采规模为40×104m3 d情况下,地下水流场和动态的变化趋势,计算了黄河侧渗量的变化情况。结果表明,地下水流场在开采10年后趋于稳定,地下水最大水位降深为20m,激发黄河水对地下水为补给量为1 02×108m3 a,占水源地开采量的69 7%。本研究还计算了8个规划新建和扩建傍河水源地条件下地下水变化趋势和黄河侧渗量的增加量。研究表明,黄河对于研究区地下水可再生能力的提高具有重要意义,规划新建和扩建傍河水源地新增地下水开采量4 86×108m3 a是有保证的。

膜孔灌灌溉入渗量的简化计算方法及验证

为简化膜孔灌入渗量的数值计算,将膜孔入渗量分解为垂直入渗量和膜孔侧渗量,引入单位膜孔周长侧渗量计算膜孔侧渗量。采用HYDRUS-1D/3D软件对土壤垂直一维入渗特性和膜孔入渗特性进行数值模拟,利用模拟结果分析单位膜孔周长侧渗量与垂直一维入渗的影响因素及其入渗系数,结果表明：膜孔直径对单位膜孔周长侧渗量影响微弱,可忽略其对单位膜孔周长侧渗量的影响;土壤质地对相对吸渗率（单位膜孔周长侧渗量的吸渗率与垂直一维入渗的吸渗率的比值）和相对稳渗率（单位膜孔周长侧渗量的稳渗率与垂直一维入渗的稳渗率的比值）影响均较大,相对吸渗率随初始含水率增大而略有减小,减小幅度为5.49%～24.72%,灌溉水深对其影响较小,最大变化幅度为21.80%;相对稳渗率随灌溉水深增大而增大,增大幅度为2.55%～42.76%,初始含水率对其影响微弱,最大变化幅度为2.94%。据此,建立侧向入渗系数与垂向入渗系数间的函数关系式,提出包括膜孔直径、灌溉水深、垂直一维吸渗率和饱和导水率的膜孔灌入渗量简化计算模型,实现由垂直一维入渗参数确定膜孔入渗参数的可能。利用室内垂直一维入渗和膜孔入渗试验及已有文献资料验证所建模型的可靠性,结果表明,所建模型计算值与实测值一致性较好（R2≥0.995,P〈0.001）,平均相对误差在5%左右（4.84%～6.81%）。所建模型仅有2个待定系数,只需垂直一维入渗和膜孔入渗2组试验数据即可推求,试验设计简化,可为准确预测膜孔灌入渗特性提供参考。

黄河下游悬河温县段河水位变化对侧渗的影响研究

黄河水资源是沿黄地区经济和社会发展的重要限制因子。由于黄河在下游河段形成地上悬河,黄河的侧渗成为该地区地下水的重要补给源。通过分析温县的含水层结构,建立了地下水的二维模型,应用feflow软件对温县的浅层地下水进行了模拟,并对不同黄河水位变化情况下的黄河侧渗量进行了模拟计算,认为随着黄河水位的变化,将会引起两岸地下水位的相应变化,这为该县的水资源管理提供了依据。

不同膜孔直径的浑水膜孔灌自由入渗特性研究

根据室内浑水膜孔灌自由入渗试验资料,对比分析了浑水与清水膜孔灌自由入渗的区别,研究了不同膜孔直径的浑水膜孔灌自由入渗特性及浑水膜孔灌自由入渗与浑水垂直一维入渗之间的关系;建立了浑水膜孔灌自由入渗参数、湿润锋运移参数与不同膜孔直径的关系;提出了不同膜孔直径的浑水膜孔灌自由入渗单位膜孔面积累积入渗量模型、稳定入渗率模型、单位膜孔面积侧渗量模型和湿润锋运移模型。结果表明,浑水膜孔灌自由入渗随着膜孔直径的增大,单点膜孔累积入渗量逐渐增大,单位膜孔面积累积入渗量和单位膜孔面积侧渗量逐渐减小;不同膜孔直径的浑水膜孔灌自由入渗单位膜孔面积累积入渗量的入渗系数K和入渗指数α都随着膜孔直径的增大而减小,单位膜孔面积侧渗量的入渗系数Kc随着膜孔直径的增大而减小,侧渗量入渗指数αc随着膜孔直径的增大而增大;在相同入渗时间内,随着膜孔直径的增大,垂直和水平湿润锋运移距离都逐渐增加。

黄河下游悬河段断流对沿岸地下水影响评价

黄河下游悬河段地下水系统分布面积29288·27km2,含有两个含水层组。浅层含水层组赋存潜水和微承压水,中深层含水层组赋存承压水;并对含水介质结构、边界条件及地下水流态进行了研究,建立了水文地质概念模型,构建了三维地下水流数学模型。通过对数学模型的识别和验证,进行了悬河段地表水、地下水转化关系的模拟研究;预测了黄河下游在不同的断流时间和断流河段长度下,黄河侧渗量的变化趋势。模拟计算结果表明,花园口站—河口段全年断流时,黄河悬河段无侧渗补给;断流300天时,黄河全年侧渗量为2·98×108m3,较现状年侧渗量减少了52·25%。夹河滩站—河口段全年断流时,黄河全年侧渗量为1·6×108m3,较现状年侧渗量减少了74·4%;断流300天时,黄河全年侧渗量3·46×108m3,较现状年黄河侧渗量减少了44·5%。泺口站—河口段全年断流时,黄河全年侧渗量为4·83×108m3,较现状年黄河侧渗量减少了22·58%;断流300天时,黄河全年侧渗量为5·17×108m3,较现状年黄河侧渗量减少17·06%。利津站—河口段全年断流时,黄河全年侧渗量为6·15×108m3,较现状年黄河侧渗量仅减少1·5%。上述研究为水资源合理开发利用和黄河水量人工实时调控提供了依据。

黄河下游傍河水源地开采对水循环影响的研究

通过建立地下水流模拟模型,对傍河开采给黄河下游地下水循环、侧渗量及径流量带来的影响进行了分析。结果表明:①在黄河下游悬河段建立11个傍河取水的地下水源地,有利于水资源的多年调节和合理开发利用;②傍河取水改变了地下水的循环途径,有利于水资源的合理转化,有利于“三水”转化和改善水质;③傍河水源地大规模开采不会对黄河径流量产生明显影响。

黄河下游断流对傍河水源地影响的研究

保持黄河不断流是傍河水源地存在的必要条件,黄河频繁的断流威胁傍河开采水源地的稳定性。本文建立了黄河下游影响带地下水系统模拟模型,模拟预测黄河下游在断流和恢复过流条件下,傍河开采时黄河侧渗量的变化趋势及傍河开采水源地地下水的演变趋势。研究表明:断流条件下,因傍河水源地开采而激发的黄河侧渗补给量增加幅度达28．4％-126．4％;小浪底水库运行对于傍河水源地实现稳定开采具有重要意义。

东北寒区黑土稻田土壤水分剖面二维运动规律研究

为揭示东北寒区黑土稻田分层土壤水分二维运动规律,选择黑龙江省庆安灌溉试验站稻田土壤开展控制灌溉水层及地下水位条件下分层土壤与均质土壤室内入渗试验。设计装置分层收集侧渗水量,定量识别分层土壤垂直渗漏与侧向渗漏,并基于HYDRUS-2D软件建立水分二维运动模型。结果表明土壤水力特性参数反演效果较好,模型模拟值与实测值吻合;土壤的分层结构抑制了水分入渗,降低了水平侧渗速率及垂直渗漏速率,分层土柱犁底层基本无侧渗输出,耕作层与底土层稳定后的侧渗速率分别为0.007和0.023 cm/h。进行水量平衡分析,分层土柱入渗稳定后侧向渗漏占总渗漏的72.45%,主要通过底土层输出(63.42%);引入"单宽侧渗量"表示不同控制条件下土壤的侧渗输出,灌溉水层的增加显著增大了耕作层与底土层土壤的单宽侧渗量,控制灌溉水层有利于减少侧渗,提高用水效率;犁底层厚度增加主要贡献底土层的单宽侧渗量,反之,地下水位埋深增大则降低了底土层的单宽侧渗量,因此维持稻田适宜的犁底层厚度及地下水位埋深有利于减少深层渗漏损失。

黄河下游断流对沿岸地下水形成与开发的影响

黄河下游河段断流对沿黄地区生态环境影响严重。以1999年为基准年,利用黄河下游侧渗补给影响带地下水系统模拟模型研究了黄河断流对黄河侧渗量及地下水循环的影响。花园口—河口断流300d,黄河侧渗量减少53.8%。夹河滩-河口全年断流,黄河侧渗量减少75.2%;断流300d,黄河侧渗量减少46.3%。泺口—河口全年断流,黄河侧渗量减少25.1%;断流300d,黄河侧渗量减少19.8%。利津-河口全年断流,黄河侧渗量减少4.7%。断流对黄河侧渗补给影响带地下水流场的形态影响较小,浅层地下水系统边界的水力性质没有改变。断流对黄河下游傍河水源地开采动态水位影响较大,但宏观上对侧渗补给影响带地下水资源不会产生较大影响。

FEFLOW在黄河下游断流对地下水影响评价中的应用

结合黄河下游断流对地下水影响评价的研究,利用FEFLOW软件建立了研究区的三维地下水流模拟模型。在此基础上,根据不同断流条件,用模型模拟了黄河侧渗补给量和地下水流场的变化。结果表明,断流对黄河侧渗补给量影响显著:花园口—河口断流300 d,黄河侧渗量减少53.8%;夹河滩—河口全年断流,黄河侧渗量减少75.2%,断流300 d,黄河侧渗量减少46.3%;泺口—河口全年断流,黄河侧渗量减少25.1%,断流300d,黄河侧渗量减少19.8%;利津—河口全年断流,黄河侧渗量减少4.7%。地下水流场的形态和系统边界的水力性质基本没有改变;断流期地下水位下降,在丰水期水位得以恢复,说明该区含水层具有良好的调蓄能力,只要断流时间不长,可保持黄河不傍河水源地的稳定开采。