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不同回灌方式下的地下水位影响分析 新疆温宿县台兰河流域面积大，降水量小，但蒸发量强。地表水主要由冰雪和冰融合而成。夏季洪水频繁，旱季缺水严重，水资源时空分布不均。由于台兰河流域缺乏水利控制性工程,因此将过境水及汛期洪水拦蓄后回灌到地下含水层中就成为思考的方向。据文献,宿县台兰河流域砂卵砾石含水层极厚,地下水埋深大,地下径流条件较好,为天然的良好的天地下水库,这就为存蓄该区多余的地表水资源提供了有利条件。将地表水回灌至地下水库中,采用何种回灌方式及回灌后开采方式对地下水位、地下水储量、环境地质将产生重要影响。为此,本文针对台兰河流域水文地质条件构建了地下水流场数值模型,分析了回灌及回灌后开采地下水对区域地下水位的影响,试图为水资源的时空再分配和优化调度提供决策依据。 1 地下水水库补给、泄漏 新疆温宿县佳木乡台兰河流域地下水库位于台兰河老龙口以南至314国道一带(图1),东西长约11.1 km,南北宽约12 km,总面积139.27 km2;北边界在地下水观测孔ZK1北约1 km,南边界在314国道以南2～3 km,西边界位于台兰河总干渠以东约500 m,东边界在依克溪沟东约0.5～1.0 km。该区属干旱气候区,多年平均降水量仅194.1 mm,水面蒸发量则达1 794.0 mm。地势北高南低,地面高程1 180～1 460 m,地面坡降6‰～10‰。台兰河流域地下水库主要由台兰河、柯克莱河等冲洪积扇而成。台兰河流域地下水库为单一结构的潜水含水层,含水层岩性由上更新统卵砾石及砂砾石组成,厚100～300 m。台兰河流域2006年地下水水位等值线图见图2。观测孔ZK1、G07实测水位变化过程对比曲线见图3。 台兰河流域地下水库主要补给来源为西北部天山融雪水向东南部冲洪积扇的地下水侧渗补给、渠道入渗、河道入渗、灌溉入渗等,区内降水多为短历时强降水,形成的降水入渗量较小,可忽略不计;排泄项主要为南部侧渗排泄、潜水蒸发、人工开采、泉水等。以1999～2010年水均衡为例,各补给项、排泄项量化指标及所占比例见表1。由表可知,补给项侧向补给、河道入渗、渠道入渗、灌溉入渗所占比例分别为71.12%、21.24%、6.74%、0.90%,排泄项侧向排泄、开采、泉水、蒸发所占比例分别为86.78%、7.04%、4.34%、1.84%。 2 渠道入渗模型 台兰河流域为单层(单一砂砾卵石层)潜水含水层,可将模型南北边界定义为第一类水头边界,东西边界定义为第二类水头边界;补给项河道入渗、渠道入渗和灌溉入渗均以垂向补给形式赋值到模型。其中,灌溉入渗赋值范围为314国道一带有绿色植被覆盖的区域;渠道入渗补给以实际渠道走向概化到模型中;河道概化成西、中、东三条,根据河道发育及分布状况,各占的河道总补给量的20%、30%、50%;灌溉入渗与渠道入渗根据各月引水量的不同分配到各月中。河道入渗根据河道每月来水比例分配到一年中的5～9月份。在考虑水的密度不变情况下下,非均质各向异性的二维非稳定地下水流场数学模型为: 式中,K为含水层渗透系数,m/d;H为模拟区内的水头分布,m;W为单位时间在垂向从单位面积含水层中流入或流出的水量,m3/d;μ为给水度(无量纲);t为时间,d;Ω为模拟渗流区域;H0(x,y,z)为研究区初始水头分布,m;Г1为模型区域的南、北边界;Г2为模型区域的东、西边界;n为边界的外法线方向。 3 恢复对该地区地下水位的影响 3.1 灌溉 (1) 宏观方面 据资料,2009年全年弃水1.24×108m3,其中汛期弃水0.75×108m3。考虑到人工回灌效率较低,故拟定每年总回灌量为0.24×108m3,拟定每年总开采量同为0.24×108m3。 (2) 回灌后井的选择 ①回灌井选择。根据台兰河流域地下水库水文地质条件,选定回灌井为HG1、HG2(图1)。②回灌后开采井选择。选择大口井F2(图1)。③观测井选择。具体为ow1～ow7(图1),分布较为均匀;其中观测井ow5、ow2、ow7分别代表台兰河流域的下游、中游、上游。 (3) 回灌和回灌方案2 将弃水量0.24×108m3等分为12份,即0.002×108m3,然后按月将其平均回灌至地下;②汛期回灌(回灌方案2)。将弃水量0.24×108m3等分为3份,即0.008×108m3,然后在汛期6、7、8月按月将其平均回灌至地下; (4) 不同采收期各月开采量统计 回灌后的开采方案。拟在12月至次年1～5月开采。其中,12月至次年1、2各月开采量0.027×108m3;因3～5月为春旱灌溉高峰期,各月开采量加倍为0.054×108m3。 3.2 恢复和灌溉 (1) 回灌方案2、2期回灌时观测井位变幅 图4为HG1回灌时区域地下水位变化图。由图可看出:①与无回灌时相比,3个观测井水位均上升;②汛