城市地區地表水與地下水交互轉化關系分析研究

馬琰

內蒙古自治區呼倫貝爾水文勘測局 內蒙古 呼倫貝爾 021000

研究地表水和地下水的交互轉化關系，對水資源具有重要的意義。并且了解城市地區地表水和地下水的交互轉化關系對城市的供水、防澇也是具有重要的作用的，同時對河流的防洪也有很重要的預警作用。

一、研究區域概述

本文以長江中游地區的城市為例進行了分析。長江中游地區屬于亞熱帶季風性濕潤氣候，該地區在這一氣候條件的影響之下，降水量比較多但是比較集中，日照也相對比較充。從季節方面來看，該地區夏季時間比較長、降水量多，而冬季的降水量則比較少。

長江中游地區的城市大部分都位于我國東部沿海向內陸的過渡區域，且處于中緯度，四季分明，降水量年內變化較大，且每一年的變化也是非常大。尤其是長江中游地區的武漢河段，其水位變化比較大，最高可達29.0米，而最低只有8.8米。可見其地表水和地下水的交互轉化關系比明顯。

二、地表水層面和地下水層面的時空變化關系

（一）地表水的時間空間變化

1、時間變化

因為長江中游地段的位置和氣候的影響，其地表水的時間變化非常的明顯，本文對該地區的降水量做出了統計，可以看出，其年變化是非常大，其中，長江中游河段的城市降水量最大的年份為1954年，平均可達2058mm，而降水量最小的年份為1966年，平均為730mm，可見其降水量的年變化之大。

除此之外，從1954年開始至今，長江中游地區城市的平均降水量為1240mm，將每一年的降水量和平均值作出比較，可以看出，長江中游地區地表水的豐和枯是呈現出交替變化的。

同時，本文也對長江中游地區武漢的一年內的將數量也做出了分析，可見其降水量在一年之內的變化也是非常明顯的，武漢地區在一年之中的四月到九月降水量比較多，而在一年之中的十月到三月將數量是比較少的，其中四月到九月的建水量甚至可以達到全年的70%之多。可見地表水在一年之內的變化是非常大也是非常明顯的。

2、空間變化

由于受到地形等各種因素的影響，長江中游地區的各個城市之間、甚至同一個城市的不同區域之間其降水量也是不同。據統計，位于長江中游地區的西北部和東南部的城市年降水量要比位于中部的城市的降水量要高。而在一個城市內也是如此，以武漢為例，武漢西北部和東南部的區域的年降水量要比中部地區的年降水量高。

（二）地下水的時間空間變化

1、時間變化

地下水的水位變化主要是由含水層的分布變化以及地下水類型的變化引起的。還是以武漢為例，在2000年之后武漢地下水的水位變化主要變現為：2000年到2003年地下水位是呈現降低趨勢的；而2004年到2006年之間，地下水位是呈現出上升趨勢的，而在2007年至今，地下水位的變化是圍繞著4米左右波動的。從波動趨勢來看，地下水的水位是和那一年的降水量有著直接的變化的。

從一年內看地下水水位的變化，在夏季豐水期的時候，地下水的水位是明顯呈現處上升趨勢的，而在冬季枯水期的時候，地下水的水位又是呈現出下降趨勢的，造成這種現象的原因主要是地表水和地下水是緊密聯系的，而河流也是地表水的一種，降水量大的季節降水直接匯入河流，河流水位上漲，其中一部分河流水也會流入滲入地下，因此，地下水的水位隨之提高；反之，地下水的水位自然也會隨之下降。

2、空間變化

長江中游區域的地下水在空間上的變化主要變現為：該區域內部地區的地下水水位要高于周圍的區域，地下水的流向主要由內部區域流向周圍區域。

三、地下水層面交互轉化關系

（一）地質和地下水的條件

1、地質條件

本文主要是以武漢地區為主要研究對象。而武漢地區主要位于淮陽“山”字結構的西方，主要是由與地質構造運動形成的，所以褶皺和斷層事比較多的。并且，武漢地區的地層巖石種類比較多，各個時期的巖層都是具有的。比如古生界的灰巖、泥巖等，中生界的砂巖、頁巖，新生界的黏土巖等。

除此之外，長江中游地區的地層還可以分為三個區域，分別是老粘土區、隱藏性老粘土區以及一般粘性土區等等。老粘土區域分布的區域主要在漢陽的大部分城區以及武昌東南部，其厚度可達一百米，屬于堆積平原土層。隱藏性黏土層主要位于一二階梯交接的地區，主要是坳溝地區。而一般粘性土層主要分布在第一階梯以及河漫灘地帶，主要是由淤泥或者人工填土構成。

2、地下水條件

（1）地下水邊界的確定

地下水的邊界確定是非常模糊的，但是又是非常重要的，確認地下水的邊界對計算地表水和地下水交互轉化量的具有不可取代的作用。同時，地下水的邊界條件也能夠描述地下水和周圍物質、能量、信息交換。因此，在選取地下水邊界進行計算地下水和地表水交互轉化量的時候最好選取自然邊界作為地下水的邊界。這樣有利于準確的計算出地表水和地下水的交互轉化量，對于模擬計算也具有非常重要的作用。但是在實際的計算過程中很難選取合適的地下水自然邊界，這個時候就需要自己劃定比較容易的計算的地下水邊界。

（2）含水層的條件

地下含水層的條件主要包括滲透性能、補給排泄條件、邊界性質以及水利特征等。而地下水含水層結構的水文地質參數主要包括含水層的類型、空間分布規律以及參數規律等。

（二）地表水和地下水的交互流向

長江中游的武漢為例的，地下水位在豐水期的時候要低于地表水的水位，這主要是因地下水和地表水存在水位差，并且地下水和地表水和之間是連在一起的，所以這個時候地表水是流向地下水的。反之，在枯水期的時候地下水的水位是高于地表水的，這個時候地下水是流向地表水的。

由此可見，地下水和地表水的流向關系是個季節以及降水量相關的。在夏季降水量比較多的時候，地表水的水位是高于地下水的，因此，流向由地表水流向地下水。在冬季降水量比較少的時候，地表水的水位就會下降，其流向自然也就由地下水流向地表水。

從年際方面來看，在降水量多的年份，地表水水位和地下水水位水位差增大，進而造成地表水轉化為地下水的轉換量增大，降水量少的年份其流向則會反過來。近年來研究區域降水量和轉換量的關系如表1所示：

（三）地表水和地下水交互轉化的影響因素

1、河流徑流量對交互轉化的影響

徑流量對地表水和地下水的交互轉化水量影響是非常大的。河流徑流量與地表水和地下水交互轉化水量之間的關系是呈現正相關的，其關系下圖圖1所示。并且河流徑流量對交互轉化的影響年際的變化和年內的變化是相似的，其主要影響如下圖圖2所示：

圖1：河流水位和地下水位的關系

圖2：徑流量與轉化系數的關系圖

除此之外，由圖可以看出，河流徑流量對地表水和地下水的交互轉化系數的影響也是呈現出正相關的。

2、降水量對交互轉化的影響

降水量對地表水和地下水的轉化關系的影響主要是通過改變河流水位和流量來實現的，所以降水量對交互轉化關系的影響和徑流量對交互轉化關系的影響相類似，對轉化系數的系數的影響也是和徑流量相類似的。

（四）地表水和地下水交互轉化的原理

利用均衡模擬法可以計算出地表水和地下水交互轉化量、轉化系數，進而可以分析出城市地表水和地下水交互轉換的規律。而該區域內的地表水和地下水的交互轉化主要發生在河流地區，所以兩水交互轉換量的計算也可以通過計算河滲量得出。其主要計算公式為一下兩個步驟：

而該式第二步中Q實上、Q實下、Q外引以及Q蒸發通過相關的數據就能得出，難度在于Q匯流的計算。Q匯流的計算公式為：

由此就可以計算出Q匯流的值，進而可以計算出總的交互轉換量。

四、地表水和地下水交互轉化的結論和展望

（一）地表水和地下水交互轉化關系分析的結論

本文主要通過對長江中游地區為例對地表水和地下水的交互轉化關系進行了分析。而為了研究的結果更加準確，對保護水質節約水資源提供更大的幫助，本文主要對長江中游地區武漢市地表水和地下水的交互關系進行了分析，并得出了一些列的結論。比如豐水期地表水流向地下水，枯水期地下水流向地表水、降水量和徑流量與交互轉化關系呈現出正相關的關系等。

（二）地表水和地下水交互轉化關系分析研究的展望

在目前為止，地表水和地下水的交互轉化關系研究是當前科學研究的熱點，上述也提到，進行這樣的研究能夠起到保護水資源的作用。但是在地表水和地下水的研究之中還存在著諸多的問題以及不足之處比如說：第一，在對目標區域地表水和地下水的轉化關系進行計算模擬的時候需要涉及到很多的因素，但是在計算的時候因為技術所限沒有辦法對每一個因素進行有效的分析；第二，在研究的時候需要收集不同行業的用水量以便于精確計算地表水的消耗量，但是這又是一項比較復雜的項目，工作量十分的大，難以實現，所以在實際的操作過程中很有可能會出現問題。因此，為了解決這些問題相關科研人員需要加大科研力度，相關部分也要加大資金政策支持力度，提高地表水和地下水交互轉化的研究效率，為實現我國水資源的可持續發展作出貢獻。

結語

總而言之，水資源是人類賴以生存和發展的保障，所以要加大地表水和地下水交互轉化關系的研究力度，以保護水資源，避免水資源的浪費。