干旱區庫壩工程對地下水的影響分析

李旨洪，肖 晗

(江西省水利水電建設有限公司，南昌 330000)

干旱區庫壩工程對地下水的影響分析

李旨洪，肖 晗

(江西省水利水電建設有限公司，南昌 330000)

干旱地區所展開庫壩工程建設能夠使得地下水水文情勢產生改變，其屬于地下水位和地下水流場產生變化的關鍵影響因素，進行環境流量模擬能夠為河流筑壩所產生的消極生態效應緩解帶來有效的幫助，對于地下水環境穩定性的保持而言至關重要。文章以寧夏清水河流域為研究對象，充分結合水文地質、氣候改變等有關數據信息，選擇GMS來構建出地下水模型，從而對地下水流場產生的變化展開有效的預測。利用清水河所具備的日流量數據對水庫建設前與建設后水文指標的變化展開計算，得出庫壩建設對地下水水文情況所產生的影響。

干旱區；庫壩工程；地下水；數值模擬；環境流量

0 引 言

大壩建設屬于人類在對自然進行改造過程中的關鍵措施，其具備防洪、發電、供水等多方面的作用，可以說其在經濟與社會方面能夠產生非常大的影響。大壩除了可以在防洪、發電、供水等多方面顯現出積極的作用，還可以通過多種方式對河流所具備的生態環境產生影響，其中包含了水位情況變化、地下水位變化、水文結構變化等[1-2]。可以說，河流的生態系統之所以產生改變，水文情勢所產生的影響至關重要，能夠影響河流的物質循環、能量傳遞、生物作用等，最終使得河流所具備的生態穩定性和生物多樣性產生改變。并且，受到地下水所具備的動態穩定、水量豐富等方面特征的影響，其能夠對干旱系統脆弱的生態環境里產生非常的關鍵調控作用，從上個世紀的七十年代之后，相關針對地下水的數值模擬展開非常多的研究。當前，地下水模擬的重點大多是溶質轉移、地下水資源量等進行的探究，但是水利樞紐工程的建設對地下水產生擾動與植被需水量這方面所進行的研究分析比較少。

清水河流域的地理位置在中國西北的寧夏自治區內，起源于固原市開城鎮黑刺溝腦，流經中寧縣，在中衛泉眼山的西部進入到黃河之中，總長度為303km，流域面積為8 499.6 km2。大部分的河道都處于平原地區，河床屬于單式V型河床，并且床面大部分都是卵石，穩定性相對較強，兩岸基本都是農灌區。清水河流域所修建的水庫主要包含了寺口子水庫、上店子水庫等。

對于干旱地區而言，水利樞紐工程所發揮出的作用非常關鍵，其不僅可以產生重要的經濟作用，還可以對生態系統產生非常關鍵的影響，對于地下水流場所產生的擾動尤為關鍵[3-4]。本文在分析了水文地質條件之后，建立平原區水文地質的概念模型，通過GMS軟件建立地下水流數值模型，有效的評價與預測平原地區的地下水環境。

1 地下水數值模擬

1.1 水文地質概念模型

水文地質相關概念主要有邊界條件概化、參數分布、含水層結構概化等。

1)含水層系統。清水河平原大部分都是松散巖類孔隙含水層，能夠劃分成3個層次的含水組。第1含水組的含水層厚度在20-60m，其河床沉積較厚，含泥量少，河床兩側為山前洪積的泥質砂礫層，含水層泥質相對較多，透水性相對差。第2含水組大部分是厚層的粉細砂夾薄層的黏性土，厚度在20到80m間。第3含水組大部分是薄層砂礫石，底板埋深為380-500m，厚度是290-360m。

2)水均衡計算。研究區域內常年的平均降水量是24.93mm，此種程度降水要想對地下水進行補給存在非常大的困難，因此不需要單獨在計算降雨的補給。而對于地下水的補給項與排泄項來說，具體如表1。可以得出，清水河流域模擬的地下水均衡量是-1387.04×104m3，表現出微弱負平衡的狀態，整體流域內的年地下水下降12mm，但是要想確定具備地下水水位與流場的變化還必須通過數值模型展開具體的計算才能夠得出[5]。

表1 模擬區地下水計算

1.2 地下水數值模型

模擬區地下水的排補與水位受時間變化的影響，顯示出非穩定流的特征。把模擬區的地下水流轉化為非均質，各向同性、三維結構與非穩定的地下水流系統。具體的模型公式為：

1)偏微分方程

(1)

式中：h為水頭，L；Kxx，Kyy和Kzz為滲透系數在x、y和z方向上分量。假設滲透系數主軸方向與坐標軸方向相同，具體的量綱是(LT-1)；W：單位體積流量(T-1)，來表現流進或來自源水量；SS為孔隙介質的貯水率；t：時間，T。

2)邊界條件

第1類邊界(水頭邊界)：

h|Γ1=h1(x,y,z) (x,y,z)Γ1

(2)

第2類邊界(流量邊界)：

(3)

3)初始條件(式中h0為初始水頭)

h|t-0=h0(x,y,z)

(4)

1.3 模型的識別與校驗

要想構建出能夠表現出真實的水文地質條件的水文地質數值模型的關鍵影響步驟就是模型的識別和校正，利用對水文地質參數等相關指標的優化調整，來對模擬區的水文地質條件進行識別。而非穩定流的擬合來說，需要選擇的6個月的實際水位觀測來實施。利用多次的驗算與調整，得出模型擬合曲線如圖1。與研究區域內的水位地質條件相對應，可以有效的表現出地下水系統動態特征，評價地下水資源、預測地下水流場變化。

圖1 實測水位與現狀年連續6個月的模擬水位擬合

通過對穩定流模型的水均衡展開檢驗，得出結果如表2，能夠得出模型的模擬值存在的誤差比較小，符合進行后續模擬的要求。

表2 穩定流模擬地下水均衡計算

2 對地下水水質的評價

2.1 地下水資源構成

對于山區水資源，主要由冬至河水庫和寺口子水庫入庫流量。地下水主要通過泉的形式排到河流中，與地表徑流重復計量，如表3。

表3 研究區水資源量構成 104m3/a

經統計得出，平原區容積儲存資源中淡水18.26×108m3，占25.5%；微咸水25.66×108m3，占37.24%；咸水24.98×108m3，占36.25%。

2.2 可利用資源量

研究區中能夠進行利用的微咸水地表水資源主要包含了冬至河水庫497.67×104m3和清水河與沈家河水庫1011×104m3。引黃指標余下2421×104m3/a，考慮輸水損失，可利用水量1920×104m3/a。可利用水資源里疏干地下水量1475.54×104m3/a，那么可利用的水資源量是5968.39×104m3/a，具體如表4。

表4 研究區水資源量統計 104m3/a

2.3 研究區水資源量分析結果

利用對地下水所展開的均衡分析計算得出所研究區域內地下水系統的多年平均水量均衡結果，如表5。

表5 研究區地下水均衡統計表

均衡差屬于-1387.04×10m3/a，而地下水均衡分析結果和數值模擬結果非常類似，符合對誤差的要求。依照具體的分析結果能夠得知，地下水情勢的改變情況相對大，水位出現了明顯降低。

3 結 語

1)清水河流域模擬的地下水均衡量是-1387.04×104m3，屬于微弱負平衡的狀態，整體流域內的年地下水下降12mm，整體表現出微弱的下降態勢。

2)清水河流域模擬區里整體地下水補給量是62691.38×104m3左右，河道滲漏補給、山前側向補給、渠系滲漏補給、田間入滲補給是主要補給來源；排泄方式有潛水蒸發、河道排泄、側向排泄、人工開采。

3)在庫壩工程建設完成之后其能夠對沿岸農灌區和沿河林草帶的地下水與水資源量造成明顯的影響，只是并不強烈。主要表現為地下水水位產生微弱的降低，能夠達成負均衡狀態，整體來看下降趨勢不顯著。

[1]毛戰坡,王雨春,彭文啟,等.筑壩對河流生態系統影響研究進展[J].水科學進展,2005,16(01): 134-140.

[2]陳慶偉,劉蘭芬,劉昌明.筑壩對河流生態系統的影響及水庫生態調度研究[J].北京師范大學學報：自然科學版，2007, 43(05): 578-582.

[3]王生云．大型水利樞紐工程對區域經濟社會安全影響的評價體系及實證研究[J]．中國農村水利水電，2009(08):126- 132．

[4]李蓉，鄭垂勇，馬駿，等．水利工程建設對生態環境的影響綜述[J]．水利經濟，2009，27(02):12-15．

[5]薛禹群，謝春紅.面臨世紀的中國地下水模擬問題水文地質工程地質，1999，26(05)：1-3.

1007-7596(2016)11-0038-03

2016-10-22

李旨洪(1988-)，男，江西贛州人，助理工程師，從事水利工程施工管理工作；肖晗(1988-)，男，江西南昌人，助理工程師，從事水利工程施工管理工作。

TV221.2；P641

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