基于改進同程演進算法的河流滲漏速率動態變化特征研究

王林波

(遼寧省阜新水文局，遼寧 阜新 123000)

河道滲漏量對于區域地下水的補給十分重要。為此在區域地下水規劃時，需要對區域河道滲漏量進行有效估算。當前，國內學者對于河道滲漏量的計算開展了相關研究[1- 6]，在這些研究中，同程演進算法在許多區域河道滲漏估算中得到應用，但是該算法對于河道滲漏量的估算往往存在計算偏大問題，這主要是因為傳統同程演進算法不能考慮上段來水斷面的權重，均按上段恒定來水計算，而對于一些季節性河流，在豐水期上段來水量較大，而在枯水季節來水量較小，甚至出現斷流情況，為此需要結合上段來水情況，為上段來水情況進行權重設定，有學者針對傳統同程演進算法的計算偏差問題，對上段來水進行權重設置，對傳統算法進行改進，并在一些區域河流的滲漏量估算中得到應用[7- 9]。但是改進算法在旱區季節性河流還未進行相關應用，為此本文引入改進的同程演進算法，以遼寧西部某季節性河流為研究實例，對該河流的滲漏速率動態分布特征進行試驗研究。

1 改進同程演進算法原理

改進同程演進算法主要依據水量平衡原理，其計算方程為：

(1)

在計算過程中要確定區域河流的滲漏系數，結合滲漏系數對區域河流的滲漏量進行調整計算，計算方程為：

W滲漏=βW上

(2)

式中，W滲漏—河流滲漏估算量，m3；β—滲漏系數，需要結合野外觀測試驗進行確定；W上—上游斷面來水量，m3。

此外考慮到旱區季節性河流，需要對河道滲漏計算方程結合上游來水進行分別估算，估算方程為：

上斷面河流過流：

W滲漏=0.2431W上+2.4835

(3)

上斷面河流斷流：

W滲漏=Max((0.243W上+2.4835)，WSLB(R))

(4)

式中，其他變量同上；WSLB(R)—歷史同期河道基流量，m3。

2 旱區季節性河流滲漏速率動態變化特征分析

2.1 試驗儀器安裝

本文以遼寧西部某季節性河流為研究區域，區域為明顯的旱區季節性河流，豐水期上游來水明顯，枯水期上游季節性斷流。在進行野外觀測試驗時主要采用分辨率0.3m的土壤深層入滲儀進行點測試驗，在試驗時，將入滲監測儀埋入約為3m土坑內，在入滲計量儀上端1.8m位置固定，在其上游前端2m處安置滲漏記錄儀，結合水平衡儀將記錄儀和計量儀進行調平，將監測儀器安裝完成后，待監測數據穩定后填埋。

2.2 改進前后計算結果對比

為檢驗改進后同程演進算法的適用性，結合區域10個監測斷面的監測滲漏量，對比分析改進前后算法的區域河流滲漏估算的精度，結果見表1。

表1 改進前后算法的河道滲透量計算結果對比

傳統同程演進算法下的河流滲漏量均較監測值偏大，主要因為傳統算法未能有效考慮上游來水權重，使得計算值偏大。而采用權重修正后的同程演進算法其河流滲漏量精度改善明顯，其計算值均較傳統算法有所減小。從計算誤差定量上分析，改進算法下，其河流滲漏量誤差減少15.1%。

2.3 不同來水方式河道滲漏速率試驗結果

在對區域河流進行長期的觀測試驗后，結合區域上段來水情況，分析了不同來水方式下河道滲流速率的變化特征，分析結果如圖1所示。

圖1 不同來水方式河道滲漏速率試驗結果

當上游不出現斷流情況下，區域河道入滲率變幅較大，且隨著上游來水量的較大，河道入滲率變幅較大，其河道滲漏率在0.134～0.541mm/min之間波動；而當出現斷流情況下，其河道入滲率基本為0；當河道上游有水，其入滲速率變幅增強，總體而言對于旱區季節性有水期，其滲漏率在0.0043～0.575mm/min之間波動。

2.4 不同水深河道滲漏速率動態變化特征試驗結果

結合野外監測數據分析不同水深河道滲漏速率的動態變化特征，分析結果如圖2所示。

從不同水深的滲漏速率變化過程可以看出，隨著水深的增加，河流滲流呈現從增加到穩定再到下降的變化規律。當水深為10cm時，河流滲漏速率總體呈現上升趨勢；而當水深為20～30cm之間時，隨著入滲時間的增加，其滲漏速率總體趨于穩定變化；當水深增加到40～50cm之間時，其入滲速率下降趨勢較為明顯，而進入60cm后，其滲漏速率又逐步區域穩定。可見，對于研究區域河流20～30cm為其滲漏速率穩定的臨界點。

3 試驗結論

(1)上游斷面來水對下游河流滲漏速率影響明顯，來水方式對滲漏速率動態變幅敏感性顯著。

(2)對于旱區季節性河流，當水深達到一定臨界值后，其滲漏速率不再變化，為此不需要一直抬升水位來增加滲漏速率。

(3)本文未能考慮人類活動對河流滲漏速率的影響，需在以后進行深入研究。

圖2 不同水深下河道滲透速率動態變化過程

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