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黑河千流中游平原区地下水资源衰减机制及其对策研究 摘要 黑河是我国西北干旱一半干旱地区较大的内陆河流之一，黑河干流是流域内最大 的河流，黑河干流中游地区是全流域水资源利用程度最高、利用量最大的地区。近 2 0 余年来，由于人类对水资源的不合理开发利用，在中游地区出现了地下水位持续 下降、溢出带泉水资源大幅度削减等问题，并引起依赖于地下水溢出补给的正义峡下 泄量的快速减少，导致下游地区原本就已十分脆弱的生态环境的急剧恶化。 本文在对黑河干流中游平原区水文地质条件研究的基础上，通过基于河道水量均 衡、枯季基流分割、实测泉流量等方法模拟了地下水的溢出量，经过对比分析确定了 溢出量的衰减序列，研究并探明了地下水溢出量的衰减规律；运用统计方法分析了补 给量、开采量对地下水溢出量的影响，以构建的黑河干流中游平原区地下水流数值模 型，定量研究了地下水各补给项和排泄项与地下水位及地下水溢出量的关系，最终查 明地下水资源持续衰减的根本原因是多年来补给量的持续性减少，而9 0 年代以来开 采量的急剧增长是促使溢出量加速衰减的主要因素；针对地下水资源衰减的成因，提 出了有效、可行的防治对策：利用上游水库调节草滩庄下泄量、截洪引渗及通过农业 节水减少草滩草滩庄以上引水量，同时要适度控制渠系利用率和地下水开采量。 本文首次提出基于河道水量均衡和基于枯季基流分割模拟地下水溢出量的衰减 规律，在此基础上查明了黑河干流中游平原区地下水资源衰减机制并制定了相应的防 治对策，研究达到了预期的效果，研究成果对黑河于流中游地区有实用价值，同时， 还可以为其它相似地区的研究提供一些经验或参考模式。 关键词：黑河干流中游，地下水资源、衰减机制、对策 t h ed e c r e a s em e c h a n i s mo ft h eg r o u n d w a t e ra n dt h er e s p e c t i v e c o u n t e r m e a s u r e si nt h em i d d l er e a c h e so ft h eh e i h er i v e r b a s i n a b s t r a c t h e t h ei sl o c a t e di nt h ea r i da r e ai nt h ew e s to fc h i n a , a n di t so u eo ft h eb i g g e s ti n l a n d r i v e r t h ea r e ao fm i d d i er e a c h e si st h em o s td e v e l o p e da r e ao fi n d u s t r ya n da g r i c u l t u r e e c o n o m yw i t h i nh e t h eb a s i na n dt h ei m p o r t a n tc o m m o d i t yg r a i nb a s e , a st h er e s u l to f u n r e a s o n a b l ee x p l o i t a t i o no fw a t e rr e s o u r c ei nt h er e c 蜘t tt w e n t yy e a t s ，m o r ea n dm o r e p r o b l e m s ，s u c ha s & a w d o w no fg r o u n d w a t e rt a b l e 、d e c r e a s eo fg r o u n d w a t e rd i s c h a r g et o r i v e ra n ds p r i n g , h a v eb e e nb e c o m i n ga l o n g ；w h i l et h en m o f fo ft h ez h e n g y i x i ag o r g e ， w h i c hd e p e n d i n go nt h eq u a n t i t yo ft h es p r i n g , h a sb e e nq u i c k l yd e c r e a s e d , a n dr e s u l ti n t h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n tg e r i n gw o i s ca n dw o r s fi nl o w e rr c a c h c so fh e t h er i v e r b a s e do ns t u d yt h eh y d r o g e o l o g yc o n d j t i 啷t h et h e s i ss i m u l a t et h ed e c r e a s et r e n do f s p r i n gq u a n t i t yt h r o u g ht h e r ew a y s , w h i c ha r eb a s e do ot h ew a t e rb u d g e to fr i v e r ，t h ed r y s e a s o nb a s ef l o w , t h eo b s e r v e dv a l u eo fo n es p r i n gr e s p e c t i v e l y , a n dp r o v e dt h el a wo f g r o u n d w a t e ri p “s o u r c ed e c r e a s i n g , a n a l y s i st h ei n f l u e n c eo fr e c h a r g eq u a n t i t ya n d p r o d u c t i o nt ot h eq u a n t i t yg r o u n d w a t e rd i s c h a r g et of i v e ra n ds p r i n gw i t ht h es t a t i s t i c a p p r o a c ha n dn u m e r i c a ls i m u l a t i o nm e t h o d s , a n dt h e np o i n to u tt h e m a i nr e a s o no f g r o u n d w a t e rr e s o u r c ed e c r e a s i n gi st h es u s t a i n e dr e d u c eo fr e c h a r g eq u a n t i t ya n dr a p i dr i s e o fp r o d u c t i o n p u tf o r w a r dt h ec o n t r o lm e a s u r e so ft h ed e c r e a s i n gt e n d e n c y ：r e g u l a t et h e r u n o f fo ft h ec a o t a n z h u a n gw i t h c s e t v o i g , i n t e r c e p t i o nf l o o da n dg u i d a n c ep e r m e a t i n g , c o n t r o lu t i l i z a t i o nr a t eo fi r r i g a t i o nc a n a la n dp r o d u c t i o n t h et h e s i su s et w om e t h o d sf o rt h ef i r s tt i m et os i m u l a t et h ed e c r e a s et r e n do fs p r i n g q u a n t i t y , w h i c ha r eb a s e d0 1 1t h ew a t e rb u d g e to fr i v e ra n dt h ed r ys e 嬲o nb a s ef l o w a n d p u tf o r w a r dt h em a i ng c a s o ua n dc o n t r o lm e a s u r e so ft h eg r o u n d w a t e rd e c r e a s i n gt e n d e n c y t h er e s e a r c hr e a c h e dt h et a r g e tp l a n , t h ea c h i e v e df i n d i n g sh a v ep r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e , a n d 锄s u p p l ye x p e r i e n c e sa n dr e f e r e n c e sf o rs o m es i m i l a ra r e a s ； k e yw o r d ：t h em i d d l er e a c h e so ft h eh e t h ef i v e rb a s i n , g r o u n d w a t e rr e s o u r ，d e c r e a s e m e c h a n i s m , c o u n t e r m e a s u r e s 西北大学学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻 读学位期间论文工作的知识产权单位属于西北大学。学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被 查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学 位论文。同时，本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文 章一律注明作者单位为西北大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：至! 坠指导教师签名： ，r 、工 泐7 年g 月r 日乞，司年多月r 日 西北大学学位论文独创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特另t l d n 以标注和致谢的地 方外，本论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得西北大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。 学位论文作者签名：王砑、 棚年占月上日 l 绪论 1 1 选题的背景及意义 水是生命之源，是人类赖以生存和发展的物质基础，是社会可持续发展的重要保 障。然而，全球约三分之一的陆地面积位于干旱一半干旱地区，世界上近一半的国家 都不同程度的受到干旱缺水问题的困扰“1 从世界范围看，干旱一半干旱地区开发利 用地下水已有悠久的历史。尤其是近年来，随着一些干旱一半干旱国家或地区社会经 济的不断发展，需水量日益增长，从而促使人们加快了地下水资源的开发利用。然而， 地下水( 包括深层地下水) 资源的大量开发利用，在保证了干旱地区人民的生活用水 及促进干旱地区的社会进步和经济发展的同时，有的国家或地区由于无计划或不科学 地过度开采地下水资源，己开始出现地下水资源的大幅度减少甚至枯竭，发生水质变 差、供水能力逐渐下降、土地沙化和盐碱化等严重问题。我国干旱一半干旱地区占国 土面积的三分之一以上，这里降雨稀少、气候干燥、水资源贫乏、生态环境脆弱， 地下水资源通常是最重要的水源。近年来，随着经济的建设与发展，为了满足日益增 长的需水要求而大量开发利用水资源，导致很多地区( 特别是干旱一半干旱地区) 地 下水资源持续衰减，并引发了一系列环境问题。 黑河流域地处我国干旱的甘( 1 e t 肃) 蒙( 内蒙古) 西部，是这一地区最大的内陆水系 黑河流域中游地区是流域内工农业经济最为发达的地区和国家重要的商品粮基地踟， 也是全流域水资源利用程度最高、利用量最大的地区；近半个世纪特别是进人9 0 年代 以来，由于中游地区工农业经济持续发展引起的用水量的不断增加和人类工程活动的 干扰以及全球气候干旱化趋势的影响“1 ，在中游地区出现了地下水位持续下降、溢出 带泉水资源大幅度削减等问题，并引起依赖于地下水溢出补给的正义峡下泄量的快速 减少，导致下游地区原本就已十分脆弱的生态环境的急剧恶化，全面引发了湖泊干涸、 绿洲萎缩、草场载畜量下降、土地荒漠化等一系列生态环境问题”。因此，研究黑 河干流中游平原区地下水资源衰减的原因，并制定相应的防治对策，为更加合理地开 发利用流域水资源，以保证正义峡下泄的水资源量、缓解中游与下游的用水矛盾、减 轻或控制下游生态恶化趋势等，具有重要的现实意义。 黑河流域的水资源及其开发利用在西北干旱地区具有典型性，通过黑河流域地下 水资源衰减机制以及其防治对策的研究，不仅对本地区有实用价值，还可以为其它相 似地区的研究提供一些经验或参考模式，这对西北干早一半干旱地区水资源的科学利 用以及经济环境的可持续发展有重要意义。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 千旱一半干旱区地下水资源研究现状 干旱一半干旱地区的地下水资源研究一直深受国内外水文地质学界所关注，干旱 半干旱国际研究中心为此做出了贡献叭”。联合国教科文组织于1 9 5 1 年就开始组织世 界各国研究干旱带的水资源；国际水文计划和国际水文十年中将干旱地区地下水资源 的开发利用作为一项重要的研究内容；国际水文地质家协会也多次活动，探讨了干旱 地区地下水研究的理论和方法近年来，随着一些干旱一半干旱国家或地区社会经 济的不断发展，需水量日益增长，地下水开采在供水总量中所占的比例也日趋提高， 从而促使人们加快了对地下水资源勘查评价的步伐。如在极度干旱的萨哈拉大沙漠， 近二三十年来进行的地下水勘查研究工作，评价和预测的地下淡水储量达1 5 1 0 1 2 m 3 ， 天然补给量也可能超过2 5 0 x1 嘟a ，给周边国家和地区带来了希望；又如澳大利亚 中部、以色列、印度、伊朗等，都相应地开展了区域性甚至全国性的地下水资源勘查 评价与研究工作。目前，许多国家日益重视干旱区水资源的可持续利用，将地下水资 源与生态一环境保护结合在一起进行研究。 在我国，从五十年代开始有关部门和水文地质学家就开始了西北干旱区的地下水 资源研究工作从1 9 5 6 年起，地质部在河西走廊进行了i ：2 0 万地质、水文地质综合 测绘。与此同时，地质部水文地质工程地质研究所阎锡屿、段永侯等人，结合当时生 产需要及我国十二年科学规划，开始了我国干旱及半干旱地区水文地质条件的研究， 并发表了有关重要的论著，阐明了我国西j b 内陆盆地山前冲洪积平原水平分带特征。 地矿、水利部门和中科院系统也在西北干旱区进行过许多与水土资源开发利用有关的 考察和研究工作，代表性的工作有：地质矿产部“七五”科技攻关项目“西北地区地 下水资源评价及合理开发利用研究”；1 9 9 6 - - - 1 9 9 9 年中国科学院兰州冰川冻土研究所 国家“九五”攻关专题“黑河流域水资源合理利用与社会经济和生态协调发展研究”。 近二十年来，随着系统理论分析方法的引入和同位素、遥感、计算机技术和先进物探 手段等的应用，内陆于旱区的地下水勘查与研究得到迅速发展。通过“九五”攻关项 目的整体研究，对上中下游兼顾，水资源开发与生态环境保护并重，地表水和地下水 联合调度得到了更广泛的共识，取得了不少重要的成果。 1 2 2 地下水资源计算与模拟方法的研究现状 目前对于地下水资源的模拟与计算方法，国内外研究技术、水平相差不大国内 外地下水资源研究方法有水均衡法、相关分析法、解析法、数值模拟法等二十余种， 根据不同的水体、不同的目的采用不同的计算方法m 数值法是随着计算机的出现而发展起来的，1 9 5 g 年，斯图尔曼( r _ s t a ll o r a n ) 开始将数值法应用于水文地质计算。6 0 年代华尔顿( p c w a l t o n ) 首次将电子计算 机引入水文地质数值模拟，解决了数值法中繁杂的数据计算问题。8 0 年代以来数值 法已被广泛应用于计算模拟各类与地下水运动有关的问题，是研究地下水运动非常有 效的方法之一。数值法在应用过程中不断得到发展。目前应用较多的主要为有限差分 法( f d 吣、有限单元法( f e m ) 、边界元法( b e m ) 和有限分析法( f 枷) 等“”。每一种数值方 法本身在解决具体问题的过程中不断地被发展和完善，然而，尽管数值计算方法本身 在不断地发展和完善，但在用于解决具体问题时，往往会出现“预测不准”等问题， 从而使许多工程人员对模型拟合产生怀疑，对数值法本身产生怀疑。著名地下水模拟 学者a n d e r s o n 和w e s s e n s e r 认为：。预测不准”并不在于模型本身，而在于建模型者 对水文地质概念模型概化与实际水文地质条件不符。由于自然界地质体通常为非均质 的，其特征随空间变化，地下水流也随时间和空间变化，其复杂程度无法用数学语言 全面描述。因此，如何建立正确的水文地质概念模型，是地下水系统模拟中重要的、 值得研究的闯题。 我国对地下水流数值模拟方法的使用始于1 9 7 3 年，经过三十多年的发展，经历 了从无到有、从简单的水流模型到比较复杂的物质和热量运移模型、从仿制到独立研 制，最后走向世界的艰难历程。现在我国己差不多建立了囊括国际地下水模拟中心 ( i g w m c ) p v e n d e rh e i j d e 分类中所有的模型叭1 ，研究范围涉及饱和带，非饱和带， 所建立的模型有二维的( 平面的、剖面的) ，也有三维的。尽管如此，我国数值模拟模 型的建立和运行仍然处于分散的状态，一些常用的、相对简单的模型缺少通用的软件。 与国外相比，我国在地下水流数值模拟中对模型目标的确定、灵敏度分析、模型的后 续检查以及模型的再设计重视不够。 1 2 3 黑河流域水资源的研究现状 黑河流域历来是科学工作者研究寒区、旱区水文、水资源的典型区域“”。通过对 它的研究，人们可以深入了解西北寒区、旱区冰川、积雪、冻土，高寒山区、山前地 带和下游径流散失区的水文、水资源状况，进而为地区经济可持续发展提供及时的决 策依据。近几年来黑河流域水文水资源研究在出山径流模拟与预测、地下水动态监 测、水资源与生态环境的关系以及水资源合理开发利用等方面获得了长足的发展 王根绪、程国栋等( 1 9 9 8 ) “”揭示了近5 0 年以来黑河流域水文变化与生态环境 之间关系：王根绪等( 1 9 9 8 ) “町分别用内陆河水资源优化分配的二层动态规划法及其 数学模型和多目标规划方法探讨了黑河流域水资源合理利用模式；蓝永超和陈仁升等 ( 1 9 9 9 ) “嘲阐述了黑河流域中游区地下水和出山地表径流量变化成因与趋势；张 光辉等( 2 0 0 2 ) “”钌开展了黑河流域水循环过程与地下水形成演化模式研究；丁宏伟 等( 2 0 0 2 ) “”依据各种水文观测资料，分析认为随着中游地区工农业生产的持续发展， 地下水补给量逐步减少，开采量过大。引发区域性地下水位下降，泉水资源大幅度削 减，生态恶化武选民( 2 0 0 2 ) 隗“1 等从额济纳盆地含水系统结构及埋藏分布、地下 水补给与排泄等方而的综合分析入手，将全盆地划分为潜水和承压水两大子系统，并 进一步区分出五个亚系统及次弧地下水系统。 据统计，“九五”至。十五”期间，国家和各级科研机构在黑河流域投入了包括 “九五”国家重点科技攻关项目。西北地区水资源合理开发利用与生态环境保护研 究”，等数十个重大研究项目，为黑河流域水文研究添上了浓墨重彩的一笔，其中大 多数研究成果可使黑河流域经济环境可持续发展直接受益。 1 2 4 黑河千流中游平原区地下水资源衰减的研究现状 黑河干流中游平原区是流域内工农业经济最为发达的地区和国家重要的商品粮 基地嘲，也是全流域水资源利用程度最高、利用量最大的地区。近2 0 余年来由于气 候变化和人类对水资源的不合理开发利用，在中游地区出现了地下水位持续下降、溢 出带泉水资源大幅度削减等问题，并引起依赖于地下水溢出补给的正义峡下泄量的快 速减少，导致下游地区原本就已十分脆弱的生态环境的急剧恶化。这些问题受到国家 的高度重视和全社会的广泛关注，很多学者都做了大量研究工作：丁宏伟、崔振卿等 ( 2 0 0 1 ) 利用黑河干流中游地区泉水资源系列资料对该地区泉水资源未来变化趋势 做了预测；丁宏伟、高玉卓等( 2 0 0 1 ) 嘲对依赖于地下水溢出量的正义峡径流量减少 的原因进行了定量分析，并提出解决方案；丁宏伟( 2 0 0 2 ) 跚等全面阐述了因黑河流 域中游地区地下水位下降而产生的一系列环境问题；陈仁升等( 2 0 0 3 ) 嘲对中游地区 近2 0 a 来各季节地下水埋深变化趋势进行了分析，并计算了分水实施前后地下水位的 变化幅度；王根绪等( 2 0 0 5 ) 嘲研究了近2 0 年来张掖盆地地下水动态变化；张光辉 ( 2 0 0 f i ) 嘲等研究了黑河中游补给量的变异对地下水径流及其溢出量衰减的影响。然 而，前人的研究都没有全面系统地分析地下水资源的衰减机制，也缺乏具体的可操作 的防治对策。 1 2 5 水资源衰减防治对策的研究现状 随着一些干旱一半干旱国家或地区社会经济的不断发展，需水量日益增长，很多 地区地下水受到严重超采，地下水位持续下降，引起了地面沉降、海水入侵等严重问 题。针对这些问题很多国家都开展了相关防治对策的研究，提出的主要对策有：修建 引水工程；限制地下水开采量，进行人工补给地下水；重视废水循环利用；普遍推广 农业节水灌溉；重视水资源的管理等，其中最重要、应用最广泛的是地下水人工补给 人工补给就是将降雨、洪水等通过人工回灌方式补给地下水，以增加地下水资源 量、防止或缓减地下水位持续下降的措照；也包含通过截留出境水和跨流域调水等方 式，增加当地的水资源量。自二次世界大战以后，人工补给地下水，通过地下水库调 蓄水资源的技术在国外发展很快。根据近年来统计资料，美国每年人工截洪引渗补给 地下水的量可达到每年总抽水量的3 0 5 ，在西部几个州，这一比例可达4 5 ：前西德 有2 0 个大城市达到4 0 ；荷兰达到2 0 ，目前已经有2 0 多个国家修建了截洪引渗工 程弧嘲。含水层恢复( a r ) 工程是一些欧洲国家地下水资源管理的重要组成部分。瑞典、 荷兰和德国的 l l 工程在总供水中所占的份额相当高，分别是2 0 9 6 、1 5 和10 9 6 魄嘲 a r 工程的主要目的是供水，但同时还有改善生态环境( 如比利时、荷兰、和英国) ， 改善水质( 如法国和瑞士) ，或防止海水入侵( 如荷兰和希腊) 等目的。 我国在地下水人工补给方面的研究进行得较晚。但也取得了不少进展。我国大规 模开采利用地下水从二十世纪6 0 年代中期开始，当时有一种错误概念支配着人们的 行动，即认为：地下水取之不尽，用之不竭。但随着地下水开采强度的加大，地下水 位持续下降m 捌，并引发了一系列生态环境问题，在这种形势下，人们逐渐认识到了 地下水的采、补辩证关系。二十世纪7 0 年代初期，上海市利用地下水人工补给控制 地面沉降，取得了成功之后，我国许多地方陆续开展了地下水人工补给的试验研究。 1 9 8 1 年国家科委将北京西郊地区人工调蓄地下水资源( 地下水库) 试验研究列为 重点科研项目，1 9 8 1 1 9 8 5 年北京水文地质工程地质公司进行了北京西郊地下水库实 验研究，其探讨的闯题是在有界限的范围内，高强度开采地下水和进行人工回灌，以 满足调节水资源的更高要求陆蚓近年来，各地也都纷纷探讨人工补给地下水，进 行水资源调节的可行性分析，随着科学技术的发展，人工补给在地下水在开发和恢复 生态环境中的地位日益显著。 1 3 研究内容、方法、技术路线 1 3 1 研究内容 本文针对黑河干流中游平原区地下水资源的持续衰减问题，研究其衰减规律，查 明衰减的机制，最后提出防治地下水资源衰减的方案，并对方案的效果进行分析主 要的研究内容如下： ( 1 ) 分析区域地下水位和地下水溢出量的动态特征； ( 2 ) 研究地下水位下降和地下水溢出量持续衰减的规律； ( 3 ) 溢出量衰减成因的统计分析； ( 4 ) 建立该地区的地下水数值模型，进一步定量分析衰减成因及其主因； ( 5 ) 提出防治地下水资源衰减的对策措施，并对其效果进行分析。 1 3 2 研究方法与技术路线 本文在收集黑河流域已有的水文、气象、地质、水文地质、环境问题等资料和研 究成果以及进行实地调研的基础上，运用水均衡法、基于基流分割和泉流量动态的推 算方法，建立黑河干流中游平原区地下水溢出量序列，在与实测溢出量进行对比分析 的基础上，研究地下水溢出量的衰减规律；然后用统计法和数值法分析溢出量、开采 量和补给量之间的关系，查明地下水资源持续衰减的机制；最后提出防治地下水资源 衰减的方案，并对方案的效果进行分析。具体的技术路线如下； 7 2 自然地理地质背景 黑河是我国西北干旱一半干旱地区较大的内陆河流之一，位于祁连山和河西走廊 的中段，东、西分别以山丹县境内的大黄山和嘉峪关境内的黑山为界，与石羊河流域、 疏勒河流域接壤，南起祁连山分水岭，北至终端居延海。地理坐标：东经9 6 。0 5 - - 1 0 2 0 0 ，北纬3 7 44 5 - - 4 2 。4 0 该流域行政区分属青海省海北洲，甘肃省 张掖地区、酒泉地区和嘉峪关市，以及内蒙古自治区额济纳旗，包括三个省( 区) 的 五地( 州、市、盟) 、十一县( 区、市、旗) 和东风场区( 酒泉卫星发射中心) 黑河发源于南部祁连山，流经青海、甘肃、内蒙古三省( 区) ，黑河干流莺落峡 以上为上游区，河道长3 0 3 k i n , 莺落峡一正义峡河段为中游区，河道长1 8 5 k i n ；正义 峡以下为下游区，至东、西居延海的河道长度分别为3 3 3 k m 、3 3 9 k m 。黑河干流从源 头到东、西居延海河道总长度为8 2 1 - - 8 2 7 k m 。黑河干流中游平原区系指其干流出山 口莺落峡以下至正义峡以上之间的区域，东起民乐总寨一山丹祁家店水库，西至酒泉 清水一高台双井子，夹峙于祁连山与龙首山、合黎山之间的走廊平原嘲( 图2 一1 ) 。 2 1 地形地貌 研究区三面环山，西侧与酒泉盆地相连，从总体来看，呈现山间盆地景观，盆地 具有断陷性质，由数十条河流自山区携带的物质堆积而成，属堆积平原。大型洪积扇 构成盆地地貌的基本格架，形成陡倾斜的扇形砾石平原与缓倾斜的细土平原两大地貌 单元。陡倾斜的扇形砾石平原，分布于研究区的南半部，由数个相互叠置而又相互衔 接的洪积扇群组成，地面坡度1 0 一5 0 ，海拔1 4 4 0 - - - 2 5 0 0 m 。缓倾斜的细土平原，分 布于研究区的北半部，地处各河流冲洪积扇的尾端，海拔1 4 4 0 - - 1 3 0 0 m 研究区周边的山地，多属中低山和丘陵，按其成因可分为构造侵蚀、构造剥蚀和 剥蚀堆积三个类型嗍。构造侵蚀山地分布于研究区南部的祁连山、东侧的锯条山、东 北测的龙首山，由中古生界交质岩、火成岩和砂岩组成，山势西高东低，山坡陡峻， 沟谷发育；构造剥蚀山地分布于研究区北部的合黎山，由元古界变质岩、华西期侵入 岩和中生界砂岩组成，山势低矮，山顶颓势，沟谷不发育；剥蚀堆积山地零星分布于 合黎山地，剥蚀后就地于洼处堆积，堆积物为中上更新统和近统碎屑。 鬏一一古 量! ：，；王 孵，：萋 多， 一二l 二t ： 毽i ，二 1 6 3 = r ，属于在o - - - - 0 0 1 水平上高度显著 在该段河道莺落峡水文站之北8 3 k m 处于九十年代初建有草滩庄水和枢纽工程， 由于枢纽上游东、西总干等于渠引水及泄洪闸启闭的影响，使年内各月的草滩庄下泄 水量变化很大。草滩庄之下2 5 1 m 河道可使4 8 6m 3 s 的下泄量全部渗失，所以将上式 用于草滩庄到大桥段河水入渗量计算仅适用于草滩庄下泄量大于4 8 6m 3 s 的情况。 襄4 - 喝黑河中游莺落峡一大桥段河流单长入渗率数据表 河流量单长入渗率预测值相对误差 点号 x ( m v s ) y ( k m ) y ( k m )6 ( ) l1 76 6 78 2 32 3 3 9 21 7 56 2 98 0 7- 2 8 2 6 32 6 88 4 66 0 22 8 8 3 4 8 2 5 2 8 4- 1 3 6 5 5 1 0 2 3 0 1 2 4 02 0 1 l 61 32 8 22 0 42 7 8 1 74 9 1 3o 60 8 2 - 3 6 1 6 备注本表数据来源于黑河报告中1 9 6 7 年和1 9 8 5 年测流资料 4 2 4 计算结果 由1 9 5 6 - - - 2 0 0 2 年1 、2 、1 2 月的均衡要素资料齐全，故以1 9 5 6 - - 2 0 0 2 年为计算 时段，把已有资料带入上述水量平衡方程，计算了1 9 5 6 - - 2 0 0 2 年1 、2 、1 2 月的河道 地下水溢出量，并用实测的地下水溢出量与同年1 2 - 2 月溢出量之比的平均值推算的 年溢出量列入表4 - _ 4 、图4 - _ 5 ，4 7 年平均溢出量1 3 3 9 x l o s m 3 a 表h 大桥一正义峡1 9 5 6 - - 2 0 0 2 年地下水溢出计算表( 1 0 s m 3 ) 1 2 - 2 月合计( 莺落峡一大桥为入渗段大桥一正义峡为溢出河段) 全年 年份莺落峡莺一桥莺一正 正义峡桥一正 溢出量 来水量入渗量蒸发量下泄量溢出量 1 9 5 6o 9 40 6 4 o 0 63 1 9 2 9 6 1 4 6 8 1 9 5 70 9 8o 6 50 0 6 2 7 4 2 4 7 1 2 2 5 1 9 5 81 - 2 10 6 9o 0 6 3 2 8 2 8 11 3 9 6 1 9 5 91 0 90 6 70 0 63 1 52 8 01 3 8 7 1 9 6 01 0 0o 6 5o 0 63 0 22 7 31 3 5 6 1 9 6 11 0 30 6 60 0 62 6 62 3 5l l ，6 7 1 9 6 20 9 20 6 3o 0 62 8 22 6 01 2 8 7 1 9 6 3o 9 7o 6 5 o 0 63 3 l3 0 51 5 1 4 1 9 6 41 0 40 6 6o 0 63 3 02 9 9 1 4 8 2 1 9 6 51 0 6o 6 7o 0 63 5 63 2 31 6 0 2 1 9 6 61 0 10 6 50 0 63 5 33 2 41 6 0 7 1 9 6 7o 9 6o 6 40 0 63 1 62 9 01 4 4 0 1 9 6 81 0 9o 6 7o 0 62 8 72 5 11 2 4 7 1 9 6 9o 9 50 6 40 0 63 0 02 7 51 3 6 4 1 9 7 00 9 6o 6 4 o 0 6 3 1 82 9 21 4 5 1 1 9 7 11 0 00 6 50 0 63 8 53 5 61 7 6 7 1 9 7 21 o oo 6 5 o 0 6 3 4 93 2 01 5 8 7 1 9 7 30 9 60 6 40 0 63 2 73 0 21 4 9 9 1 9 7 4o 9 2o 6 3o 0 63 1 22 8 91 4 3 2 1 9 7 5o 9 50 6 4o 0 63 0 42 7 91 3 8 6 1 9 7 61 1 1o 6 8o 0 63 5 33 1 61 5 6 9 1 9 7 71 0 2o 6 6o 0 62 8 62 5 61 2 7 2 1 9 7 80 9 8o 6 4o 0 63 4 33 1 61 5 6 7 1 9 7 91 1 0o 6 70 0 63 4 73 1 01 5 4 0 1 9 8 01 1 1 0 6 8o 0 63 1 72 7 91 3 8 6 1 9 8 1 1 2 9o 7 10 0 63 1 32 6 21 2 9 7 1 9 8 21 3 5o 7 2o 0 63 3 52 7 91 3 8 4 1 9 8 3 1 3 7o 7 30 0 63 3 12 7 41 3 5 7 1 9 8 4 1 3 7o 7 3o 0 63 3 72 8 01 3 8 7 1 9 8 51 2 4 o 7 0 o 0 62 9 72 5 01 2 4 0 1 9 8 6 1 1 4o 6 8o 0 62 9 32 5 41 1 3 7 1 9 8 7 1 1 7o 6 90 0 63 2 82 8 61 2 8 0 1 9 8 81 2 50 7 00 0 63 5 23 0 41 3 6 3 1 9 8 91 2 90 7 10 0 63 6 33 1 11 3 9 5 1 9 9 0 1 2 3o 7 00 0 63 5 43 0 71 3 7 6 1 9 9 1 1 1 7o 6 9o 0 6 3 1 72 7 51 2 3 0 1 9 9 21 0 0o 6 5o 0 62 8 32 5 51 1 4 0 1 9 9 3 1 1 00 6 7o 0 63 0 22 6 51 1 8 7 1 9 9 41 1 0 0 6 7 o 0 63 4 0 3 0 4 1 3 6 0 1 9 9 5 1 0 3o 6 6 o 0 62 7 42 4 31 0 9 0 1 9 9 6 1 0 8o 6 70 0 62 8 52 5 01 1 1 8 1 9 9 7 1 0 7o 6 70 0 62 9 42 6 01 1 6 4 1 9 9 81 2 4 o 7 00 0 6 2 9 9 2 5 2 1 1 2 8 1 9 9 91 0 7 o 6 7 o 0 62 7 22 3 91 0 6 9 2 0 0 0 1 2 3o 7 00 0 62 8 42 3 81 0 6 6 2 0 0 11 0 8o 6 7o 0 62 8 92 5 51 1 4 2 2 0 0 2 1 0 90 6 7 o 0 62 6 22 2 71 0 1 5 平均 1 0 9 o 6 70 0 63 1 52 7 91 3 3 9 注：黑河干流1 9 6 6 ，1 9 6 7 、1 9 7 7 1 9 8 4 年的实测地下水溢出量分别为1 5 4 5 ，“犯，l 已8 0 、1 3 9 0 l o v ， 与同年2 一1 2 月溢出量之比的平均值为4 9 6 用该比值乘以1 9 5 6 - - 1 9 衢年各年1 2 - 2 月溢出量得年溢出量；1 9 8 6 2 0 0 2 年的比倒系数取1 9 8 6 溢出量与2 一1 2 月溢出量之比4 船相对误差o 0 6 4 o 孽k 图4 _ _ 51 9 5 6 - - - 2 0 0 2 大桥一正义峡地下水溢出量衰减曲线 3 7 - 4 3 基于实测泉沟流量的溢出量模拟 泉6 从1 9 8 6 年开始长观，泉水监测到2 0 0 0 年已有1 5 年的流量数据。本文按照 1 9 8 6 年实测溢出量与泉6 流量的比例，基于泉6 多年动态观测资料推算到全区域，计 算的溢出量列入表4 - - 5 ，图扣- 6 ，1 5 年平均溢出量l o 2 5 x l o s m 3 a 年泉6 ( 1 0 6 m 3 )溢出量( 1 0 s m j )年泉6 ( 1 0 6 m 3 )溢出量( 1 0 s m 3 ) 1 9 8 63 9 31 1 3 81 9 9 43 4 8l o 0 8 1 9 8 73 7 91 0 9 81 9 9 5 3 0 28 7 4 1 9 8 8 4 1 71 2 0 91 9 9 63 3 l9 6 l 1 9 8 94 4 91 3 0 l1 9 9 7 3 。0 38 7 7 1 9 9 0 4 3 71 2 6 71 9 9 83 1 08 9 8 1 9 9 14 0 81 1 8 31 9 9 93 0 98 9 4 1 9 9 2 3 2 59 4 12 0 0 02 7 37 9 1 1 9 9 33 2 09 2 9 平均 3 5 31 0 2 5 备注：1 9 8 6 年实测溢出量与泉6 流量的比值为2 8 9 6 ，用此系数乘以各年实测泉6 流量。 得1 9 8 6 - 2 0 0 0 年的溢出量 图 _ 61 9 8 6 - - - 2 0 0 0 年大桥一正义峡地下水溢出量衰减曲线 4 4 溢出量的衰减规律 由实测溢出量及本文基于河道水量均衡的分析、基于枯季基流分割的分析、基于 实测泉流量推算的溢出量数据绘制的历时曲线见图4 一_ 7 。 影响溢出量动态的主要因素是补给量和开采量，1 9 8 6 年之前开采规模很小，影 响溢出量的主要因素为补给量；1 9 8 6 年以后，开采量逐渐增大( 表4 - - 6 ) ，溢出量的 衰减不仅受补给量的影响，还迭加了开采量的作用。根据溢出量计算成果及开采量的 影响程度，将溢出量序列分为1 9 5 6 - - - 1 9 8 6 年和1 9 8 6 年以后的两个时段进行分析 图4 - - 7三种方法计算的溢出量、实测溢出量历时曲线 表4 _ _ 6张临高灌区历年开采量( 1 0 s m 3 ) 1 9 8 61 9 9 01 9 9 31 9 9 41 9 9 51 9 9 61 9 9 71 9 9 81 9 9 92 0 0 0 o 2 40 6 41 0 81 2 61 4 51 6 52 5 32 1 02 3 42 6 0 4 4 11 9 5 6 - 1 9 8 6 年溢出量序列 黑河干流在1 9 6 6 年、1 9 6 7 年、1 9 8 4 年及1 9 8 6 年4 - - 5 月份曾系统实测了地下水 溢出量，溢出量分别为1 5 4 5 、1 4 8 2 、1 3 9 0 、1 1 3 8 x1 0 8 m 3 ；河西走廊研究报告 在实测部分溢出量的基础上，计算的1 9 7 7 年地下水溢出量为1 2 8 0 xl o s m 。 基于枯季基流分割方法推算的1 9 5 6 1 9 8 6 年地下水溢出量结果与五次实测溢出 量变化趋势相同且数值很接近( 图4 7 ) ，相对误差0 0 6 4 0 4 ( 平均值1 5 7 ) 。 所以，可以认为该方法模拟的1 9 5 6 - - - - 1 9 8 6 年地下水溢出量衰减序列是可信的。 4 4 21 9 0 6 - - 2 0 0 0 年溢出量序列 1 9 8 6 - - - 2 0 0 0 年的溢出量采用三种方法进行了模拟，分析如下： 基于枯季基流分割的溢出量模拟。是用每年桔季( 1 2 2 月) 的溢出量推算全年 的溢出量，每年枯季灌区不开采地下水，而在1 9 8 6 年尤其是1 9 9 3 年以后，地下水的 开采量呈大幅增加( 表4 _ _ 6 ) ，地下水开采量的增加必然导致丰季地下水溢出量的减 少；显然，用枯季溢出量推算全年的溢出量，实际上没有考虑增大的开采量对溢出量 减少的影响，使推算的全年溢出量衰减趋势变的较为平缓。 基于实测泉流量的溢出量模拟是由单个泉的溢出量推算到全区域，而单个泉的 溢出量可能由于局部开采量或补给量的变异，不能够很好地代表全区域的态势，使推 算的结果出现较大的偏差泉6 推算的全年溢出量衰减较快，可能与局部开采量过大 或补给量较小的影响有关 基于河道水量均衡的溢出量模拟是以整个溢出河道为均衡区、年为均衡期，能 够比较全面的代表整个区域以及全年的溢出量变化，计算的溢出量序列介于前述两种 方法计算序列的中间，所以可以认为均衡法所得的1 9 8 6 - - - 2 0 0 0 年溢出量是比较合理 和可信的。 4 4 3 溢出量序列的确定与分析 由图4 - - 7 可以看出，三种方法模拟的溢出量曲线都呈衰减趋势，只是幅度不同 而已根据上述分析，确定的地下水溢出量序列见表4 - - 7 、图4 - 吨，即1 9 5 6 - - - 1 9 8 6 年取基于枯季基流分割模拟的溢出量，1 9 8 6 - - - 2 0 0 0 年取基于河道水量均衡模拟的溢 出量。 裹4 _ - 71 9 5 5 - - - 2 0 0 0 年大桥一正义峡地下水溢出量表( 1 0 s m ) 笠 溢出量年溢出量 焦 溢出量 1 9 5 61 4 6 81 9 7 11 7 6 71 9 8 6儿5 3 1 9 5 71 2 2 51 9 7 21 5 8 71 9 8 71 2 8 4 1 9 5 81 3 9 6 1 9 7 31 4 9 9 1 9 8 8 1 2 6 7 1 9 5 91 3 。8 7 1 9 7 4 1 4 3 21 9 8 91 2 8 5 1 9 6 01 3 5 61 9 7 51 3 8 61 9 9 01 0 9 7 1 9 6 11 1 6 71 9 7 61 5 6 91 9 9 19 6 9 1 9 6 21 2 8 71 9 7 71 2 7 21 9 9 21 0 8 8 1 9 6