山丘區(qū)地下水資源評(píng)價(jià)方法綜述

1、水資源研究第 25卷 第1期（總第90期）2004 年3月山丘區(qū)地下水資源評(píng)價(jià)方法綜述劉 予 偉 金 棟 梁長(zhǎng)江水利委員會(huì) 水文局，湖北 武漢 430010摘 要： 全面闡述了山丘區(qū)地下水資源的評(píng)價(jià)方法，并根據(jù)一般山丘區(qū)與巖溶山丘區(qū)地下水的形成和出 流特點(diǎn)，在河川徑流中進(jìn)行區(qū)別和計(jì)算。 提出水文分析法、 理化分析法和水文地質(zhì)分析法 3類 13種評(píng)價(jià)方 關(guān)鍵詞： 山丘區(qū)； 巖溶； 地下水資源；1 概 述地下水資源， 是指在一個(gè)完整的水文地質(zhì)單元內(nèi)， 地下水通過各種途徑， 直 接或間接地接受大氣降水或地表水體的入滲補(bǔ)給而形成其與質(zhì)量具有一定利用 價(jià)值并按水文周期呈現(xiàn)規(guī)律變化的多年平均補(bǔ)給量。 山丘

2、區(qū)和巖溶山丘區(qū)的入滲 補(bǔ)給量直接估算有困難， 根據(jù)補(bǔ)排平衡的原則， 可以通過水文測(cè)驗(yàn)成果分析得到 的各種排泄量求出地下水資源量。 在一般山丘區(qū)可從河川徑流過程中分析出地表 徑流、壤中流和地下徑流 3部分（見圖 1略） 。巖溶山丘區(qū)可從河川徑流中分析出 地表徑流、快速流和慢速流 3部分（見圖 2略） 。由于構(gòu)成河川徑流的各個(gè)部分， 其水文特性不同， 其運(yùn)動(dòng)途徑和匯流速度亦有很大差異， 所以把它們分開進(jìn)行過為了便于選擇適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)方法， 應(yīng)對(duì)一般山丘區(qū)和巖溶山丘區(qū)的徑流特征作 必要的了解。一般山丘區(qū)由于所處的地理位置、 流域內(nèi)的巖性和植被分布等差異， 其徑流特性有很大的差別。在我國南方多雨地區(qū)，徑流

3、過程隨著暴雨接連不斷， 洪峰一個(gè)接一個(gè)發(fā)生，且一次暴雨退水未完又接著降落大雨 （時(shí)間主要在汛期 ） ， 其典型年徑流過程，如瓊雷型 （見圖 3）（ 略） 。有些地區(qū)全年各季節(jié)都有暴雨和連 續(xù)暴雨發(fā)生，如臺(tái)北型 （見圖 4略） 。在云南地區(qū)，降雨集中雨季，且汛初各場(chǎng)降 雨基本上不產(chǎn)生地表徑流， 河川徑流大部分由流域地下水補(bǔ)給， 隨著降雨增大和流域儲(chǔ)水庫蓄滿， 河川徑流達(dá)到最大， 形成洪峰，及至雨季結(jié)束， 徑流緩慢消退。 枯季基本上沒有地表徑流產(chǎn)生 （見圖 5略）對(duì)巖溶山丘區(qū)，有的完全由深層地下水補(bǔ)給，全年流量基本穩(wěn)定不變，（如圖 6 略）中的北方娘子關(guān)泉。有的則由快速流及慢速流 2 部分組成，圖

4、 6 中延村泉、 酒家泉和寨底地下河?？偨Y(jié)現(xiàn)有評(píng)價(jià)山丘區(qū)和巖溶山丘區(qū)地下水資源的方法， 可歸納為水文分割法、 理化分析法和水文水文地質(zhì)法。 茲將2 水文分割法利用實(shí)測(cè)河川徑流， 根據(jù)徑流形成原理的分析， 規(guī)定一套徑流分割技術(shù)， 把 一般山丘區(qū)和巖溶山丘區(qū)的河川徑流人為地分為地表徑流和地下徑流或快速流2.1 直線分割法直線分割法又可分為平割法和斜割法兩種。 平割法又稱枯季最小流量法， 它 又有最小日平均流量， 最小月平均流量和 3 個(gè)月最小平均流量 3 種。經(jīng)有關(guān)單位 的分析研究認(rèn)為： 在我國南方潤(rùn)濕地區(qū)， 以枯季最小月平均流量作為地下水較好 （即該時(shí)段河川徑流量均為地下水的流出量 ） 。而在我

5、國北方則以 3 個(gè)月最小流量 作為地下水為妥。但亦有用最小 5個(gè)月和最小 8 個(gè)月的平均流量來分割的。8 個(gè)月平均流量作為地下徑流量。浙江省周黔生曾提出： 按年日平均流量歷時(shí)曲線上第 270 d的流量，乘以全年的秒數(shù)，作為地下徑流量。 日本則以全年第 355 d直線斜割法， 這是一種應(yīng)用十分廣泛的方法， 即洪水過程線的起漲點(diǎn)與地 表徑流的終止點(diǎn)的連線，如圖 7 AB見 Linsley N=A0.2（1）式中N（d）A為流域面積，（以平方英里計(jì)）河海大學(xué)趙人俊認(rèn)為B點(diǎn)是壤中流終止時(shí)間，它與雨止時(shí)間的間距為壤中 流匯流時(shí)間，對(duì)某一特定流域?yàn)槌?shù)（M）。經(jīng)過分析得出此常數(shù)后，便可根據(jù)雨 止時(shí)間確定壤

6、中流終止點(diǎn)，這樣不僅可以分割單峰也可分割復(fù)峰，如圖8 所示（ 略 ）2.2 綜合退水線法河川徑流一般可分為地表徑流、 壤中流和地下徑流 3部分。這 3部分水量在（2）式中Q0為退水開始時(shí)的流量；Q為任何t時(shí)的退水流量；a為退水常數(shù)；t為時(shí) 間，當(dāng) t=1 dK=exp（- a ）（3）BarnesK=0.329,壤中流 K= 0.694K=0.980。可見河川徑流的幾個(gè)分量是可以通過退水曲線的特性予以分割的。日本吉川秀夫等在利用一階綜合退水曲線的基礎(chǔ)上,用二階綜合退水線分割這 3一階綜合退水線法是從河川徑流中推求地下水的一種應(yīng)用較多的方法, 也是 國內(nèi)外公認(rèn)較為成熟客觀的方法。其具體作法是將各

7、個(gè)時(shí)期的退水曲線放在一 起，由一根共同的退水線所綜合，如圖9AB線所示（略），用這張綜合退水曲線圖 （即吉川秀夫所稱的一階綜合退水線 ）套在流量過程線的退水部分， 然后由綜合線 分割徑流為 2 部分，其上部為地表徑流 （包括壤中流 ）壤中流一般作為地表徑流的一部分，如果需要將壤中流從地表徑流中分開， 可把一階綜合退水線扣除地下徑流后剩下的部分， 采用同樣的方法求得二階綜合 退水線（如圖 10CD） （略），用這張圖套在地表徑流的過程線上，便可分割出壤中地表徑流、壤中流、地下徑流的匯流特性不同， 若用 3種不同特性的匯流參2.3早在20世紀(jì)50年代，蘇聯(lián)加里寧等曾用試錯(cuò)法進(jìn)行河川地下水補(bǔ)給的估算

8、。 他們根據(jù)山丘區(qū)河流一般由裂隙水所補(bǔ)給且無水力聯(lián)系的特點(diǎn)， 假定含水層的來（4）式中W為時(shí)段末的含水層儲(chǔ)量； W為時(shí)段初的含水層儲(chǔ)量；B為比例系數(shù)；y地表y 地下將退水曲線方程式從0X的時(shí)間內(nèi)積分即得到:(5)(6)式中Q為時(shí)段平均流量。其中參數(shù) B是未知數(shù)，可用試算法確定。假定一個(gè) B 值，然后用 (6) 式進(jìn)行水量平衡演算，求得地下水出流過程。并量算出地下徑流 總量與河川徑流總量的比值，此比值即為比例系數(shù) B,若與假定的B值接近，則 說明假定的B值正確，否則另假定一個(gè)B值再進(jìn)行上述水量平衡演算，直至假定 的 B 值與演算后量算的比值完全一致為止。 為減少試算次數(shù)， 可先用最簡(jiǎn)單的辦 法，

9、初步分割河川徑流為地表徑流和地下徑流 2部分，求出B值，然后進(jìn)行演算 并求出地下徑流過程。 將此過程點(diǎn)繪于河川徑流過程線上， 視其是否與初割的結(jié) 果接近。如果接近，即為所求。如果相差較大，貝碉整初割的B值，重新演算，(1) 選擇一個(gè)典型的年徑流過程，一般是選擇其年水量接近所要求的代表年 (例 如其年水量為 P=50%， 20%， 75%)(2) 用一般簡(jiǎn)單的分割法， 粗略地求出地下徑流總量 y 地下， 并求出比值 BB=y 地下 /(y 地表 + y 地下 )(3) 在流量過程線中選取退水規(guī)律較好的一段，計(jì)算退水常數(shù)。 (4) 根據(jù)式 (6)(5)將演算所得的值(Q地下)點(diǎn)繪在典型流量過程線上，這些點(diǎn)子的連線與簡(jiǎn)單分 割法的結(jié)果接近，則表示分割無誤，如相去甚遠(yuǎn)，則另行分割，修正 B值重算, 直至二者符合滿意為止。 經(jīng)驗(yàn)表明，一般二次試算則較滿意， 常常遇到一次成功，長(zhǎng)江委楊遠(yuǎn)