人工调控下干旱区地下水库水循环演化规律研究

Surface water in the arid area is of scarcity, thereby, utilization of groundwater reservoir can effectively regulate the limited surface water resources. The research on water cycle and its evolution in the area of groundwater reservoir is important to protect the regional water supply security, and to promote the scientific knowledge of water cycle under the artificial regulation. The groundwater reservoir area in Tailan River watershed was be taken as the study area in this project. A large number of long-term hydrologic observation data have been collected and analyzed. Many hydrogeological tests have been performed and the hydrogeological parameters were calculated. The calibrated and verified groundwater flow model will also be used to simulate the complex water cycle process of groundwater reservoir. Our objectives also include the development of a sand tank model to inspect and simulate the singular water table under the condition of pumping and recharging simultaneously. The medium texture of aquifer and hydrodynamic conditions are involved into the study of water cycle under high intensity artificial regulation. A high resolution camera and image-forming system are used to automatically monitor the hydrologic elements in the physical modeling. Finally, the complex flow path in the condition of coexisting of cone of depression and groundwater mound, not only the changed water cycle rate and its influence factors but also the conversion relationship of the circular elements in the area of groundwater reservoir under artificial regulation, the modeling of singular water table under artificial pumping and injection, will be analyzed to reveal the evolution of water cycle caused by artificial regulation.

干旱区地表水资源稀缺，利用地下水库可以有效地调蓄该地区有限的地表水资源。开展干旱区地下水库水循环演变规律研究，对保障该地区的供水安全，推动人工调控下的水循环演化规律研究具有重要的科学意义。本项目在台兰河流域地下水库区长期水文观测资料、野外大量水文地质试验资料、地下水水流数值模拟结果的基础上，以地下水库区复杂水循环过程为研究对象，基于地下水系统理论，充分考虑研究区含水介质结构特征、水循环动力条件等，建立干旱区地下水库复杂水流运动的物理模型及数学模型，以可视化、自动化动态监测为手段，借助高精度摄像仪和成像系统对地下水运动过程进行实时动态捕捉。采用数学模型、物理模型相结合的方法，分析研究地下水开采漏斗-补给水丘共存条件下的地下水运动路径；强人类活动干扰下地下水库区水循环速率、影响因素及各循环要素转化关系；人工补给-开采下的奇异潜水面变化规律，最终揭示人工调控下的干旱区地下水库水循环演化规律。

干旱区地表水资源稀缺且时空分布不均，利用地下水库可以有效地调蓄其有限的地表水资源。开展干旱区地下水库水循环演变规律研究，对保障其供水安全，推动人工调控下的水循环演化规律研究具有重要的科学意义。为了研究人工调控下干旱区地下水库水循环演化规律，本项目建立了干旱区地下水库人工补给-开采过程自动化、可视化物理模拟装置及相应的数值模型，通过系列室内物理模型试验和数值模拟，进行了不同介质结构特征条件下地下水库水流运动规律等相关研究。.开采与人工回灌对区域地下水流运动过程呈现相反的驱动作用，库区地下水流系统的复杂程度也随着调控方式及调控设施空间位置的变化而变化。渗透系数在不同方向上的衰减一定程度上控制着库区地下水流运动规律，且放大了地下水人工回灌对地下水库水流运动规律的影响程度。含水层呈层状非均质条件下，某一地层地下水流特征不仅与该层渗透性有关，还受相邻地层渗透性控制。含水层中存在的走向与地下水流向一致的黏土透镜体对地下水流运动影响有限。回灌水透镜体厚度受回灌位置及垂向阻水构造渗透性控制。.水力梯度的变化控制着氯化钠的扩散，特别是纵向上的扩散。氯化钠的扩散受到人工补给的显著控制，特别是对椭圆形氯化钠羽流纵向运移到抽水井中的过程。开采地下水对氯化钠的运移有显著的影响。.地下水开采导致地下水流速增大，从而使地下水年龄减小，而且开采强度越大，地下水平均年龄越小。人工回灌改变了地下水的流场，回灌造成局部水力梯度的增大，导致地下水流速增大，年轻回灌水的流入致使地下水平均年龄变小。.有效蓄水量及有效蓄水率分别与入渗池与开采井间距离呈二次函数关系，与水力梯度、回灌及开采速率呈一次函数关系，与包气带厚度呈指数函数关系。压采量越大回灌效果越好；强度适中的间歇性回灌能够得到较好的地下水库回灌效果。