干旱区库坝工程对地下水的影响分析

2016-02-06李旨洪

黑龙江水利科技 2016年11期

关键词：清水河水资源量水文地质

李旨洪，肖晗

(江西省水利水电建设有限公司，南昌 330000)

干旱区库坝工程对地下水的影响分析

李旨洪，肖晗

(江西省水利水电建设有限公司，南昌 330000)

干旱地区所展开库坝工程建设能够使得地下水水文情势产生改变，其属于地下水位和地下水流场产生变化的关键影响因素，进行环境流量模拟能够为河流筑坝所产生的消极生态效应缓解带来有效的帮助，对于地下水环境稳定性的保持而言至关重要。文章以宁夏清水河流域为研究对象，充分结合水文地质、气候改变等有关数据信息，选择GMS来构建出地下水模型，从而对地下水流场产生的变化展开有效的预测。利用清水河所具备的日流量数据对水库建设前与建设后水文指标的变化展开计算，得出库坝建设对地下水水文情况所产生的影响。

干旱区；库坝工程；地下水；数值模拟；环境流量

0 引言

大坝建设属于人类在对自然进行改造过程中的关键措施，其具备防洪、发电、供水等多方面的作用，可以说其在经济与社会方面能够产生非常大的影响。大坝除了可以在防洪、发电、供水等多方面显现出积极的作用，还可以通过多种方式对河流所具备的生态环境产生影响，其中包含了水位情况变化、地下水位变化、水文结构变化等[1-2]。可以说，河流的生态系统之所以产生改变，水文情势所产生的影响至关重要，能够影响河流的物质循环、能量传递、生物作用等，最终使得河流所具备的生态稳定性和生物多样性产生改变。并且，受到地下水所具备的动态稳定、水量丰富等方面特征的影响，其能够对干旱系统脆弱的生态环境里产生非常的关键调控作用，从上个世纪的七十年代之后，相关针对地下水的数值模拟展开非常多的研究。当前，地下水模拟的重点大多是溶质转移、地下水资源量等进行的探究，但是水利枢纽工程的建设对地下水产生扰动与植被需水量这方面所进行的研究分析比较少。

清水河流域的地理位置在中国西北的宁夏自治区内，起源于固原市开城镇黑刺沟脑，流经中宁县，在中卫泉眼山的西部进入到黄河之中，总长度为303km，流域面积为8 499.6 km2。大部分的河道都处于平原地区，河床属于单式V型河床，并且床面大部分都是卵石，稳定性相对较强，两岸基本都是农灌区。清水河流域所修建的水库主要包含了寺口子水库、上店子水库等。

对于干旱地区而言，水利枢纽工程所发挥出的作用非常关键，其不仅可以产生重要的经济作用，还可以对生态系统产生非常关键的影响，对于地下水流场所产生的扰动尤为关键[3-4]。本文在分析了水文地质条件之后，建立平原区水文地质的概念模型，通过GMS软件建立地下水流数值模型，有效的评价与预测平原地区的地下水环境。

1 地下水数值模拟

1.1 水文地质概念模型

水文地质相关概念主要有边界条件概化、参数分布、含水层结构概化等。

1)含水层系统。清水河平原大部分都是松散岩类孔隙含水层，能够划分成3个层次的含水组。第1含水组的含水层厚度在20-60m，其河床沉积较厚，含泥量少，河床两侧为山前洪积的泥质砂砾层，含水层泥质相对较多，透水性相对差。第2含水组大部分是厚层的粉细砂夹薄层的黏性土，厚度在20到80m间。第3含水组大部分是薄层砂砾石，底板埋深为380-500m，厚度是290-360m。

2)水均衡计算。研究区域内常年的平均降水量是24.93mm，此种程度降水要想对地下水进行补给存在非常大的困难，因此不需要单独在计算降雨的补给。而对于地下水的补给项与排泄项来说，具体如表1。可以得出，清水河流域模拟的地下水均衡量是-1387.04×104m3，表现出微弱负平衡的状态，整体流域内的年地下水下降12mm，但是要想确定具备地下水水位与流场的变化还必须通过数值模型展开具体的计算才能够得出[5]。

表1 模拟区地下水计算

1.2 地下水数值模型

模拟区地下水的排补与水位受时间变化的影响，显示出非稳定流的特征。把模拟区的地下水流转化为非均质，各向同性、三维结构与非稳定的地下水流系统。具体的模型公式为：

1)偏微分方程

(1)

式中：h为水头，L；Kxx，Kyy和Kzz为渗透系数在x、y和z方向上分量。假设渗透系数主轴方向与坐标轴方向相同，具体的量纲是(LT-1)；W：单位体积流量(T-1)，来表现流进或来自源水量；SS为孔隙介质的贮水率；t：时间，T。

2)边界条件

第1类边界(水头边界)：

h|Γ1=h1(x,y,z) (x,y,z)Γ1

(2)

第2类边界(流量边界)：

(3)

3)初始条件(式中h0为初始水头)

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

(4)

1.3 模型的识别与校验

要想构建出能够表现出真实的水文地质条件的水文地质数值模型的关键影响步骤就是模型的识别和校正，利用对水文地质参数等相关指标的优化调整，来对模拟区的水文地质条件进行识别。而非稳定流的拟合来说，需要选择的6个月的实际水位观测来实施。利用多次的验算与调整，得出模型拟合曲线如图1。与研究区域内的水位地质条件相对应，可以有效的表现出地下水系统动态特征，评价地下水资源、预测地下水流场变化。

图1 实测水位与现状年连续6个月的模拟水位拟合

通过对稳定流模型的水均衡展开检验，得出结果如表2，能够得出模型的模拟值存在的误差比较小，符合进行后续模拟的要求。

表2 稳定流模拟地下水均衡计算

2 对地下水水质的评价

2.1 地下水资源构成

对于山区水资源，主要由冬至河水库和寺口子水库入库流量。地下水主要通过泉的形式排到河流中，与地表径流重复计量，如表3。

表3 研究区水资源量构成 104m3/a

经统计得出，平原区容积储存资源中淡水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 可利用资源量

研究区中能够进行利用的微咸水地表水资源主要包含了冬至河水库497.67×104m3和清水河与沈家河水库1011×104m3。引黄指标余下2421×104m3/a，考虑输水损失，可利用水量1920×104m3/a。可利用水资源里疏干地下水量1475.54×104m3/a，那么可利用的水资源量是5968.39×104m3/a，具体如表4。