浅析贵州省地下水资源评价中的基流分割

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根据地下水赋存的地层、岩性及含水介质类型 , 贵州省的地下水可划分为岩溶水 、基岩裂隙水和松 散岩类孔隙水三大类别 。由于贵州省境内碳酸盐类 岩层分布广泛 , 且这类地层中溶蚀裂隙、管道等贮 水空间纵横交错 , 蕴藏着丰富的地下水资源 , 因而 岩溶地下水是贵州省地下水资源的主要组成部分 。
2 河川基流的分割方法简介
制 , 其排泄方式按出口的水量大小及出水点分布情 况可分为集中排泄 、分散排泄 、多层排泄或悬挂式 排泄 。
图 1 贵州省石阡水文站 1968年逐日流量过程线
山丘区地下水量主要是降水入渗量 , 而降水入 渗量的大小与降水强度 、地形 、植被及岩溶化程度 和降水分布等因素有关 。降水分布均匀 、历时长的 地区 , 其地面滞流时间亦长 , 入渗补给量变大 ; 反 之 , 降水量集中 、历时短且强度较大的地区 , 其地 面滞流时间亦短 , 降水很快转变为地表径流 , 入渗 补给量就小 ; 植被较好地区 , 由于植物根系的滞水 作用 , 其入渗补给量亦大 ; 地形坡度较缓的地区 , 不易产生地表径流 , 有利于降水的入渗 。
1 地下水形成机理
地层中的含水层或含水系统通过补给从外界获 得水量 , 然后在径流过程中将水由补给处输送到排 泄处向外界排出 , 这就是地下水 。地下水是自然界 水循环系统中的一个子系统 , 它与大气降水 、地表 水共同构成了区域水资源的整体 , 且三水相互依 赖 、相互转化 、无休止地进行着水量的动态交换 , 并在水的交换 、运移过程中往往伴随着盐分的交换 和运移 。含水层或含水系统中补给 、径流和排泄的 无限往复进行构成了地下水的循环 , 并导致地下水 的水量与水质在空间和时间上的变化 。
= ( lnQ0
-
lnQ t )
/ Δt
(2)
(2)式中当 Δt为定值时 ,
再假

α iຫໍສະໝຸດ Baidu
值为


α, 即有
Q t / Q t - 1 = Q t - 1 / Q t - 2 = …… = e-αΔi t
(3)
对洪水期的河川径流过程 , 可利用 ( 2)建立起
时间与退水系数的关系曲线图 , 并在半对数座标上
地下水退水曲线公式见式 (1) , 河川径流拐点 ·12·
的确定采用消退流量比值法 。
Q1 = Q0 e- αit
(1)
式中 : Q0 为退水起始时刻 t0 的流量 ; Q t 为时刻 t
的退水流量 ;
α i
为退水常数
;
e为自然对数的底 。
对 (1)式进行变换可得
Qt / Q0
=
e-
或 αit
α i
来源于较大孔隙的排水故退水系数大 ; 随着退水时
间的延续 , 水量来源由大孔隙变为较小孔隙故退水
系数逐渐变小 , 但更趋稳定 。因此 , 退水系数并非
都是一个稳定的常数 , 在实际分割计算中 , 要选取
地表退水规律较好的单一的洪峰过程的退水段来进
行退水系数的分析计算 。
212 河川基流的分割
在实际的基流分割中 , 枯水期因地下径流量与
河川基流为径流过程线中基本稳定的水流部 分 , 即是河道内常年出现的那部分水流 , 它完全由 地下水补给 , 其大小主要与河流流经地的水文地质 条件 、河流切割深度等有关 。河川基流的分割方法 主要采用直线斜割法等水文分割法 , 本次贵州省地 下水资源评价中的地下水分割就是采用直线斜割 法。
直线斜割法 , 是在河川径流过程线上将洪峰起 涨点和径流退水段转折点 (或叫地下径流始退点 , 又称河川径流拐点 )以直线相联 , 直线以下的径流 即视为河川基流 。 211 河川径流拐点的确定
根据贵州省枯水调查成果 [ 2 ] 并结合实际确定 的对基流分割极值具体约束条件是 :
(1) 在分割过程中作 1条最大地下水日平均产 流量线作为边界约束 。
(2) 在实际操作中把贵州省地下水日平均产流 模数极大值控制在 10 ~15 L / s·km2 , 作为汛期上 限 ; 把地下水日平均枯水模数极小值控制在 2 ~5 L / s·km2 , 作为枯期下限 。
定或退水段拐点的选择 , 但由于退水系数受水文地 质条件的影响 , 它与地区的岩性 、构造及岩溶发育 特征有关 , 实际取用中往往会因采用资料系列的时 段不同和地区性差异而使退水系数发生变化 。
贵州省在以前对山丘区地下水研究的基础上 , 研究了地下水资源评价中基流分割等相关问题 , 明 确了基流分割的方法和原则 , 并在实际操作中采用 了一些相关约束方法对基流分割的合理性进行检查 以提高基流分割的精度 , 从而提高了贵州省地下水 资源评价的质量 。
贵州省由于所处的地理位置及地形地貌条件的 特殊性 , 雨季主要集中在每年的 5~10月份 , 反映 在河川径流过程线上则表现为集中的复合峰和迭加 峰的形势 (见图 1) , 可以说贵州省河川径流量的丰 与枯是与年降雨强度成正比关系的 。贵州省地下水 主要靠降水补给 (夏季降水充沛为地下水的重要补
收稿日期 : 2006206223 作者简介 : 成小松 ( 19792) , 男 , 贵州省石阡县人 , 助理工程师 ,
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0 引言
贵州省位于祖国的大西南 , 地理位置处在青藏 高原东南侧 、云贵高原东斜坡向湖南低山丘陵过渡 的梯级状大斜坡地带 , 也是高耸于四川盆地和广西 丘陵之间的亚热带岩溶山原 , 平均高程约 1 100 m; 全省地貌的基本形态是山地和部分丘陵 , 间插着不 多的山间盆地与河谷台地 , 山丘区占了全省面积的 9215% ; 总的地形是西北高 、东南低 ; 受地壳间歇 性上升的影响地表水系下切 , 从而破坏了高原面的 完整性 , 形成了崎岖的山地高原 。贵州省碳酸盐岩 石的出露面积占全省总面积的 6119% , 而碳酸盐 类岩层的实际面积占全省面积的 73%以上 ; 除黔 东南和黔西北赤水一隅外 , 其余广大地区均有不同 程度的岩溶发育 , 分布着不同的岩溶地貌类型 , 峰 林 、峰丛 、洼地 、漏斗 、落水洞及地下河等岩溶形 态十分典型 。因此 , 贵州省全部属于山丘区 , 从岩 性特点来考虑主要是岩溶山区 , 故此次贵州省对地 下水资源的评价是按部颁细则规定按山丘区的标准 进行的 。
5 基流分割的合理性检查
河川径流中的基流量有其自身的规律性 , 通常 情况是 : 基流量大时径流比小 ; 枯水年的基流量 小 , 但径流比大 ; 一年中地下径流峰值一般出现在 汛期 。
地表径流量基本一致 , 只需要将涨水点以上流量减
去即可 , 对于无明显地表径流汇入的枯季河川径流
量可全部作为基流处理 。
成小松 , 等 : 浅析贵州省地下水资源评价中的基流分割
2006年第 5期
在洪水期 , 若遇降雨 (特别是汛期 )形成的随 河川径流而变化并依地下水消退的水量 , 即可用直 线斜割法求得基流 。直线斜割法的原理简单直观 、 计算也简便 , 大小河流基本上都实用 , 若操作得当 能保证一定精度 , 但分割时受分割者主观影响较 大 , 其准确度随分割者对流域特性和测站资料系列 的掌握理解程度而定 , 特别是枯季地下径流量占地 表径流量比例较大的情况下 , 若掌握不好其结果可 能误差较大 。
直线斜割法的关键是确定地表径流终止点即 “拐点 ”, “拐点 ”一旦确定后即将洪峰起涨点与退 水 “拐点 ”用直线连接 , 直线以下部分即为相应 时段的基流量 。但对逐日平均流量过程线来说 , 拐 点的确定并非易事 , 因此为减少和避免在操作直线 斜割法时的任意性 , 需规定一些操作方法 、确定一 些操作原则 , 并对基流分割的合理性进行检查 [ 1 ] 。
3 基流分割的操作方法
对山丘区基流分割的具体操作方法为 : (1) 首先选取退水规律较好的单一的洪峰过程 的退水段 , 建立不同退水系数所对应的退水曲线 , 即假定 1个退水系数 α值得出 1条退水曲线去拟合 径流过程线的退水段 , 通过退水系数 α的反复假 定找到 1条与径流过程线退水段拟合较好的退水曲 线 , 从而得出拐点和退水系数 α。 (2) 在进行基流分割寻找拐点过程中 , 同时要 参考退水系数稳定点 , 具体过程是计算出径流过程 线退水段不同时刻的退水系数 , 把退水系数较稳定 点所对应的时间或流量所对应径流过程线上的点作 为拐点 。
主要从事水文水资源工作 。
·11·
第 20卷第 5期 贵州水力发电 2006年 10月
给期 , 冬季降水量减少故补给量也小 ) , 其次为地 表河水和水库 、渠道水的补给 ; 地下水的排泄特性 同河川径流特征一样受岩性 、构造 、地貌等的控
建立时间与径流量的关系曲线 , 然后利用这 2个关
系曲线来共同确定拐点出现的时间和相应的地表径
流量大小 , 进而确定出拐点 。
要确定河川径流的拐点 , 关键是分析计算出有
代表性的退

系数
α i
。退
水系数
α i
是水文地


件综合性的影响参数 , 它与岩性 、构造及岩溶的发
育特征等有关 。在退水初期 , 由于地下水补给主要
(3) 分割之前 , 尽量考虑流域内降水起止时 间 、降水量大小与流量过程线的对应关系 。
(4) 最后进行合理性检查 (详见下文 ) 。 412 基流分割中的极值约束
考虑到贵州省岩溶山区水文地质条件和地下水 的补给 、径流 、排泄条件等特征 , 利用以往对一些 典型的封闭区域内泉水点的丰 、平 、枯季的来水量 调查成果 , 确定出区域的最大产流模数和最小产流 模数 , 以作为对基流分割的极值约束条件 。
第 20卷第 5期
贵州水力发电
2006年 10月
GU IZHOU WATER POW ER
浅析贵州省地下水资源评价中的基流分割
成小松 , 刘宗义
(贵州省水文水资源局 , 贵州 贵阳 550002)
摘要 : 对山丘区地下水资源量评价时 , 通常是分别计算区域内的各项排泄量 , 以总排泄量作为地下水资源量 。 河川径流中的基流量是山丘区地下水的主要排泄量 , 通常可占 90%以上 , 因此做好河川径流的基流分割是河川 基流量计算的关键问题 。文章以贵州省地下水资源评价取得的成果为依据 , 阐明贵州省地下水资源评价中对基 流分割所使用的方法 , 并总结了贵州省地下水资源评价中基流分割的相关问题 。 关键词 : 工程水文学 ; 地下水资源评价 ; 基流分割 ; 直线斜割法 ; 山丘区 ; 岩溶山区 中图分类号 : TV211112 文献标志码 : B 文章编号 : 100720133 (2006) 0520011203
(1) 对孤独洪峰 , 按直线斜割法自洪峰起涨点 至径流退水段转折点 (或叫地下径流始退点 , 又称 拐点 )以直线连接单独进行基流分割 。
(2) 对连续不断的复峰 , 若其退水是一个比一 个高时可一次分割 , 即将起涨点与最末一个峰的退
水转折点以直线连结 ; 若中间某次洪峰有明显退水 过程 , 则顺势延长其退水线将前后峰分开处理 , 然 后再进行基流分割 。
4 基流分割的操作原则
由于直线斜割法的拐点的确定较难 , 再加之岩 溶山丘区河川径流过程线特有的性质 (表现为陡涨 陡落的锯齿锋状 , 波谷间起伏较大 , 变幅较快 , 连 续洪峰型过程线较多 , 退水段参差不齐 , 极不平 稳 , 受峰后降雨影响较明显 ) , 因此在实际操作过 程中应规定一些操作原则 , 并对基流分割中某些极 值作一定的约束 , 以便在直线斜割法操作时减少和 避免任意性 。 411 基流分割的操作原则
在对山丘区地下水资源量进行评价时 , 通常是 先分别计算区域的各项排泄量 , 然后以总排泄量作 为地下水资源量 。各项排泄量主要是指河川基流 量 、山前侧向流出量及河谷潜流量 、地下水开采净 消耗量 , 但未计入河川径流的泉水出露量 。对于有 水文站控制的山丘区 , 河川基流量是通过切割逐日 平均流量过程线得到 , 其余各项排泄量则需由水文 地质资料和开采调查资料得到 。在地下水开采水平 不太高的地区 , 河川基流量是山丘区地下水资源量 的主要组成部分 , 通常可占 90%以上 , 因此对基 流的分割是否合理 , 决定了地下水资源量计算的精3 确程度 。而基流分割中的关键问题是退水系数的确
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