地下水系統補給項演變特徵

2021-08-27 01:25:45 字數 5865 閱讀 6807

1樓:中地數媒

一、降水入滲補給量演變特徵

大氣降水入滲補給是該區地下水資源補給量的主要補給**,佔總補給量的48.6%(1976~2023年)。

1.總體特徵

2023年以來,石家莊平原區降水入滲補給量以1.0億m3/10a的速率呈減少趨勢(圖3-1),一方面與該區降水量呈減小趨勢密切相關(圖3-2),另一方面是因為該區地下水位下降趨勢明顯,造成包氣帶厚度增大,入滲補給係數減小所致。對降水入滲補給量與降水量和區域平均地下水位利用spss11.

5軟體進行迴歸分析得下式:

圖3-1 2023年以來石家莊平原區降水入滲補給量演變特徵

圖中迴歸方程通過α=0.05顯著水平的f檢驗(f=4.49)

圖3-2 2023年以來石家莊平原區降水量演變特徵

q =0.03p1.01h -0.18(r2=0.75) (3-1)

式中:q為降水入滲補給量,億m3;p 為降水量,mm;h 為研究區平均地下水位,m。引數0.

03的95%置信區間為(-0.02,0.18),1.

01的95%置信區間為(0.78,1.23),引數-0.

18的95%置信區間為(-0.30,0.06)。

由式(3-1)可以看出,降水入滲補給量與降水量呈正冪函式關係,與區域平均地下水位呈負冪函式關係,且降水量的冪指數(1.01)大於平均地下水位的冪指數(-0.18),說明降水量對降水入滲補給量的影響要大於平均地下水埋深。

2.超採初期階段

在地下水超採初期階段(1968~2023年),年均降水入滲補給量為10.2億m3,較多年(1976~2023年)平均9.05億m3多1.

15億m3。該階段內年均降水量為537.9mm,較多年(1976~2023年)平均482.

7mm多55.2mm。

3.地下水位降落漏斗形成階段

在地下水位降落漏斗形成階段(1981~2023年),年均降水入滲補給量為9.5億m3,較超採初期10.2億m3減少0.

7億m3。降水量473.9mm,較超採初期少64mm。

從年際變化來分析,在豐水年份降水入滲補給量顯著增大,如2023年、2023年和2023年,區域平均降水量分別達到618.0mm、695.9mm和687.

3mm,降水入滲補給量分別達到17.8億m3、12.7億m3和12.

1億m3。另外,雖然2023年比2023年降水量大,但是入滲補給量卻有所減小,主要是因為包氣帶厚度比2023年增大了5.6m,部分水分損失在包氣帶。

4.地下水嚴重超採階段

在地下水嚴重超採階段(1996~2023年),年均降水入滲補給量為8.6億m3,較超採初期減少1.6億m3,降水量473.

9mm,較超採初期減少64.8mm。從年際變化角度來分析,入滲補給量的大小與降水量大小密切相關,2023年為降水偏豐年份,降水量高達808.

2mm,降水入滲補給量達14.4億m3,2023年為枯水年,降水量288mm,降水入滲補給量僅5.1億m3。

5.地下水壓採嚴管階段

在地下水壓採嚴管階段(2023年至今),年均降水入滲補給量7.76億m3,較超採初期減少2.43億m3,降水量473.

2mm,較超採初期減少64.6mm。從年際變化角度來分析,2005~2023年降水量呈增大趨勢,入滲補給量亦呈增大趨勢,2009~2023年降水量有所減少,入滲補給量隨之減少。

二、側向流入補給量演變特徵

研究區西部太行山區,基岩裸露,裂隙發育,極有利於降水入滲補給,同時區內滹沱河、沙河和磁河等河流在出山口處均形成了以礫石、卵石及中粗砂為主的大中型衝洪積扇,為山前徑流側向補給提供了良好的條件。另外,黃壁莊水庫副壩側向滲透補給也是該區重要的地下水補給**。

1.總體特徵

山前徑流側向補給主要是現代河流出山口地下潛流補給和古河道地下潛流補給。圖3-3列出了2023年以來研究區側向徑流補給的年均變化圖。由圖上可以看出,研究區側向補給量呈明顯下降趨勢,下降速率達2.

02億m3/5a。

圖3-3 2023年以來石家莊平原區側向補給量演變特徵

2.地下水超採初期階段

在地下水超採初期階段(1976~2023年),研究區側向補給量處於較高水平,為22億m3/5a,較多年平均值(16.7億m3/5a)高出5.3億m3/5a。

3.地下水位降落漏斗形成階段

在地下水位降落漏斗形成階段(1981~2023年),平均側向補給量為19.62億m3/5a,較超採初期階段減少2.38億m3/5a。

其中1981~2023年期間補給量略高,為20.24億m3/5a,1991~2023年期間略低,為18.37億m3/5a,數值差為1.

87億m3/5a。

4.地下水嚴重超採階段

在地下水嚴重超採階段(1996~2023年),1996~2023年補給水平較高(16.19億m3/5a)。2001~2023年(10.

26億m3/5a)較之下降36.6%,這主要是因為2023年黃壁莊水庫副壩除險加固防滲工程完工後,造成水庫側向補給大量減少的緣故。據計算,在副壩除險加固之前,黃壁莊水庫副壩對平原地區的年均側向徑流補給量為1.

53億m3/a;副壩除險加固後,黃壁莊水庫副壩對平原地區的年均側向徑流補給量為0.65億m3/a,下降幅度為57.5%,即黃壁莊水庫副壩除險加固工程是造成該階段側向徑流補給量大幅減少的重要原因。

5.地下水壓採嚴管階段

地下水壓採嚴管階段(2006~2023年),在黃壁莊水庫副壩截滲工程影響下,側向流入補給量繼續維持在較低水平,為9.91億m3/5a,較超採初期階段減少12.09億m3/5a,較多年平均值(16.

7億m3/5a)減少6.79億m3。

三、河道滲漏補給量演變特徵

研究區河流主要有沙河、磁河、滹沱河、洨河等河流。近50年來,研究區社會經濟發展迅速,對水資源的需求大幅提高,分別在滹沱河上游修建了崗南水庫和黃壁莊水庫,在磁河上游修建了橫山嶺水庫,在沙河上游修建了朱莊水庫來調蓄地表徑流,河流平原段徑流量明顯減少。

1.總體特徵

圖3-4為2023年來研究區河道滲漏補給量,可以看出,河道滲漏補給量沒有明顯規律性,1976~2023年,1986~2023年和1996~2023年期間補給量較大,其餘年份則較小,這主要是因為河道滲漏補給量主要受河道行洪量控制,河道行洪量大,則河道滲漏補給量大,行洪量小,則補給量小。

圖3-4 2023年以來石家莊平原區河道滲漏補給量演變特徵

2.地下水超採初期階段

在地下水超採初期階段,河道常年行洪過水,河道滲漏補給量處於較高水平,補給量為7.49億m3/5a,補給量較多年平均值(6.87億m3/5a)大0.

62億m3/5a,滲漏量大小主要受河道行洪量大小控制。如圖3-5所示,滹沱河河道在2023年降水量較大,河道行洪量5.64億m3,河道滲漏補給量高達2.

34億m3,2023年行洪量小,則河道滲漏量只有0.42億m3。

圖3-5 2023年以來滹沱河河道滲漏補給量演變特徵

3.地下水位降落漏斗形成階段

在地下水位降落漏斗形成階段,1981~2023年研究區河道滲漏補給量接近於0;1986~2023年高達13.05億m3/5a,較超採初期大5.56億m3/5a;1991~2023年為6.

4億m3/5a,較超採初期小1.09億m3/5a,這是因為此階段研究區大部分河道常年斷流(據調查,1981~2023年期間,磁河多年平均斷流天數達355d,沙河327d,槐河達352d,滹沱河達356d,表3-1),河道遇降水偏豐年行洪過水河道滲漏量則劇增,而降水偏枯年河道無水則基本無滲漏量,隨機性較強。以滹沱河為例,1981~2023年期間為降水偏枯年或平水年,上游沒行洪放水,故河道滲漏量為零,2023年流域發生大洪水,黃壁莊水庫放水量達10.

7億m3,河道滲漏補給量增大至4.04億m3。

表3-1 20世紀80年代以來石家莊平原區主要河流斷流天數  單位:d

4.地下水嚴重超採階段

在地下水嚴重超採階段,河道滲漏量演變規律與地下水位降落漏斗形成階段基本相同。1996~2023年期間,由於2023年流域發生特大洪水,河道滲漏量17.11億m3/5a,較超採初期大9.

62億m3/5a。例如滹沱河河道行洪量高達22.9億m3,河道滲漏量達9.

48億m3。2001~2023年,河道行洪量小,滲漏補給量隨之減小,為2.48億m3/5a,較超採初期降低5.

01億m3/5a。

5.地下水壓採嚴管階段

在地下水壓採嚴管階段,河道仍基本處於常年斷流狀態,且沒有特大或較大洪水事件發生,河道滲漏量仍處於較低水平,為1.36億m3/5a,較超採初期減少6.13億m3/5a。

四、渠系滲漏補給量

1.總體特徵

研究區內主要渠繫有石津渠、群眾渠、八一渠、源泉渠、靈正渠、計三渠和東明渠等。圖3-6列出了2023年以來研究區渠系滲漏補給量年代變化趨勢。可以看出,2023年以來,渠系滲漏補給量總體以3.

68億m3/5a的下降速率呈減小趨勢。

圖3-6 2023年以來石家莊平原區渠系滲漏補給量演變特徵

2.地下水超採初期階段

在地下水超採初期階段,渠系滲漏補給量最高達25.18億m3/5a,超出多年平均值(8.62億m3/5a)16.

56億m3/5a,此階段區內灌溉面積較大(2023年,耕地696.58萬畝),且河道未斷流,農田通過渠系引水灌溉量大。以石津渠為例,此階段渠道年均過水流量達12.

37億m3/a。

3.地下水位降落漏斗形成階段

在地下水位降落漏斗形成階段,渠系平均滲漏補給量為7.42億m3/5a,較超採初期減小17.76億m3/5a。

研究區內由於氣候乾旱、河段斷流,農業灌溉轉而主要依靠地下水源,引水灌溉量減小。此階段石津渠年均過水流量5.0億m3/a,較超採初期的12.

37億m3/a減少7.37億m3/a。

4.地下水嚴重超採階段

在地下水嚴重超採階段,渠系平均滲漏補給量為4.92億m3/5a,較超採初期減少20.26億m3,且1996~2023年期間補給量比2001~2023年期間大5.

67億m3/5a。此階段區內灌溉面積逐漸減小(2023年,669萬畝),且主要依賴地下水進行灌溉,石津區年均過水流量為4.47億m3/a,較超採初期減少7.

9億m3/a。

5.地下水壓採嚴管階段

在地下水壓採嚴管階段,研究區內灌溉依舊主要依靠開採地下水源,引水灌溉量較小,為3.07億m3/5a,渠系滲漏補給量較超採初期減少22.11億m3/5a。

五、灌溉迴歸補給量演變特徵

1.總體特徵

圖3-7列出了2023年以來研究區灌溉迴歸補給量變化趨勢,可以看出2023年以來灌溉迴歸量以2.88億m3/5a的速率呈減少趨勢。這主要有兩方面的原因造成的,一方面是研究區灌溉面積減少造成灌水總量減少,據調查資料,研究區水澆地面積由2023年的696.

58萬畝減少到2023年的614.56萬畝,灌溉水量由18.80億m3,降低到11.

55億m3;另一方面是由於灌溉節水技術的提高使同等灌溉面積下的灌水量呈減小趨勢。

圖3-7 2023年以來石家莊平原區灌溉迴歸補給量演變特徵

2.地下水超採初期階段

在地下水超採初期階段,由於氣候乾旱,降水量以75.7mm/a的速率呈遞減趨勢,導致灌溉水量增加,灌溉迴歸補給量為30.27億m3/5a,較多年平均值(18.

66億m3/5a)增加11.61億m3/5a。

3.地下水位降落漏斗形成階段

在地下水位降落漏斗形成階段,灌溉迴歸補給量以9.03億m3/5a呈遞減趨勢。從總體水平來看,此階段平均灌溉迴歸補給量(19.

14億m3/5a)較多年平均值(18.66億m3/5a)增加0.48億m3/5a。

4.地下水嚴重超採階段

在地下水嚴重超採階段,灌溉迴歸補給量在13.5億~16.38億m3/5a之間變化,變化幅度很小,從總體水平來看,此階段平均灌溉迴歸補給量(14.

94億m3/5a)較多年平均值減少3.72億m3/5a。此階段區內灌溉面積逐漸減小,2023年灌溉面積較2023年減少30萬畝,導致灌溉水量減少,補給量亦隨之減少。

5.地下水壓採嚴管階段

在地下水超採嚴管階段,灌溉迴歸補給量為13.01億m3/5a,較多年平均值減小5.65億m3/5a。此階段區內2023年灌溉面積較2023年減少81萬畝,導致補給量大幅減少。

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