傍河开采对河川径流袭夺量影响研究

Exploitation along riverside is changed the path of hydrological cycle, increased the conversion of the surface and underground runoff, captured from river flow which occurred from the river floodplain or first and second terraces. It is impact on water resources, ecological environmental protection. The key factor of determined accuracy simulation and accurately predict by coupled model is many hydro-geological parameters uncertainty which is made by complex hydro-geological conditions in the wide range of aquifer system.The subject is analyzed spatial variability of medium parameters in coupling model based on surface water model (SWAT) and groundwater model (Modflow), combined with hydrology and groundwater flow random theory, which is also used geo-statistical method. It is overcame bigger computational complexity abuse of traditional randomly sampling by Latin hypercube sampling（LHS）and analyzed uncertainty of coupled model totally. The research will be supported the development of certainty coupled model to the randomness and contributed to a more scientific and objective quantitative calculation of the amount of river runoff capture by exploitation along riverside, what will be also provided a scientific basis for the rational of exploitation groundwater along riverside, water resources, ecological environmental protection and the causes of the sharp drop of the river flow in the middle reaches of the Yellow River.

傍河开采多发生在离河流不远的河漫滩或一、二级阶地上，改变了水文循环路径，加剧了地表径流与地下径流的转换，袭夺河川径流量，对水资源、生态环境保护产生影响，大范围内含水层系统的复杂水文地质条件使得众多水文地质参数的不确定性是影响并决定耦合模型模拟精度及预测准确与否的关键因素。本课题以地表水模型（SWAT）与地下水模型（Modflow）为基础，结合水文学、地下水流随机理论，采用地质统计学方法分析模型耦合中介质参数的空间变异性，运用拉丁超立方取样方法（LHS），对耦合模型的不确定性进行全面分析，克服传统随机取样计算量过大的弊端。本研究将为耦合模型从确定性向随机性发展提供一定的支持，同时研究成果将有助于更加科学与客观的定量计算傍河开采对河川径流袭夺量，将为合理开采傍河地下水、水资源、生态环境保护、回答黄河中游河川径流锐减成因分析提供科学依据。

本研究以渭河干流咸阳-渭南段为研究对象，选取不同河段（眉县、咸阳、西安草滩、临潼、华县五个研究河段），通过不同深度河床沉积物渗透系数，温度测定、应用热扩散对流方程，计算研究区渗流量。结果表明：研究区渭河沿岸地区地下水埋深一般小于20m，向渭河干流南北两侧地下水埋深逐步加大（约70m）。东北和西北部地区变动范围在0.1～2m，中部地区变动范围在0.1～1m；改进后的产汇流模块中将上层土壤划分为暴雨产流区，该层模块有两部分组成：一个线性水库和一个与线性水库相关的起反馈调节作用的水箱改进SWAT模型；咸阳在上、下两层沉积物粒度变化不大，河床沉积物Kv值随深度增加而降低并不完全是由沉积物粒度分布的不同引起的；五个测试河段，不同季节各个测试点水量交换活跃的深度范围变化不大，约0.2~0.6m，水量交换方式都表现为地下水补给地表水。河床坡度对沉积物温度的垂向变化影响明显，在河床表面起伏较大的测试点，等温线的宽度变窄，温度的垂向变化更加明显；秋冬季渗流量最小的为0.013m*d-1（眉县），最大值为0.077m*d-1（临潼）。除了眉县外，其他所有测试点秋冬季的渗流量明显大于春季。秋冬季，临潼河段的渗流量最大；春季中，眉县测试点的渗流量最大。秋冬季渗流量明显大于春季反映出秋冬季比春季相比地下水对地表水的补给更为明显；各研究河段渗流量的空间分层较为明显，随着深度的增加，各测试点的渗流量均表现出逐渐增大的趋势。同一河段同一时间各个测点在相同深度的层面上的沉积物温度较为接近，并且随着深度的增加，单位深度上的温度变化越来越不明显；河岸、滩区、河床中水体均受到碳酸的影响，滩区中离子浓度介于河床和河岸中，较为接近河岸浓度，说明滩区同时接受地表水和河水补给，受地下水补给较为明显。沿河上游至下游段，主要阴阳离子（HCO3-、Ca2+）沿程略有变化，与河流蒸发、地表水地下水交换作用等因素有关；研究区傍河开采对河川径流袭夺量约为25259万m3/a，仅占气候变化、人类活动整体影响量的3.8%。