（水文学及水资源专业论文）闪电河流域内蒙段水资源评价.pdf

摘要 水是人类赖以生存的重要资源，是我国经济社会持续发展的重要制约 因素之一。随着水资源危机的加剧和水环境质量不断恶化，水资源短缺已 经成为世界共同关心的资源环境问题。区域水资源评价作为水资源可持续 利用的重要手段，已成为水问题研究的热点之一。 本文结合滦河内蒙段闪电河流域地区社会发展现状及社会经济发展态 势，在调查、搜集、整理、分析利用已有资料的基础上，同时结合大量自 己观测的资料，对研究区水资源量进行了评价。内容包括：( 1 ) 分析了水 文地质参数的空间变异性并分析研究了地下水的历年动态变化趋势和规律 及其补给、径流和排泄条件；( 2 ) 整理和分析了研究区的降水、蒸发和径 流资料，评价了地表水资源量；( 3 ) 采用总排泄法和有限元法对研究区地 下水资源量进行了评价，并对未来6 年地下水水位进行了预测。( 4 ) 评价 了地表水与地下永的水质。 本文为研究区水资源的合理开发利用和优化配置提供了科学依据，对 于现实的生产、生活有重要的指导作用。 关键词：空间变异；水资源评价：排泄法：有限元法 国家自然科学基金重点项目( 5 0 13 9 0 4 0 ) ，内蒙古自然科学基金重点项目( 2 0 0 4 0 8 0 2 0 3 0 1 ) 联合资助。 t h ea s s e s s m e n to f 、t e rr e s o u r c eo fs h a n d i a n h er i v e ri n i n n e rm o n g o l i ao fl u a n h er i v e r a b s t r a c t w a t e rr e s o u r c ei sv i t a lr e s o u r c et op e o p l e ，a n di ti so n eo fm a i nf a c t o r so f r e s t r i c t i o nt o d e v e l o p m e n t o fs o c i a la n do u r c o u n t r y se c o n o m y a s a g g r a v a t i o no ft h ec r i s i so fw a t e rr e s o u r c ea n dw a t e re n v i r o n m e n t a lq u a l i t y w o r s e nc o n s t a n t l y ，w a t e rr e s o u r c es h o r t a g eh a sa l r e a d yd e v e l o p e di n t oo n eo f t h er e s o u r c e se n v i r o n m e n t a lq u e s t i o nt h a tt h ew o r l di sp a i dc l o s ea t t e n t i o nt o e x t r e m e l y t h ea s s e s s m e n to fw a t e rr e s o u r c eo fr e g i o n sh a sb e c o m em a i n m e t h o d t os u s t a i n a b l eu t i l i z a t i o no fw a t e rr e s o u r c e ，a n di tb e c o m eo n eo fm a i n q u e s t i o n so fw a t e r o nt h eb a s i so ft h et e n d e n c ya n dt h ec u r r e n ti n f o r m a t i o no fs o c i a la n d e c o n o m y sd e v e l o p m e n ti ns h a n d i a n h er i v e ri ni n n e rm o n g o l i aa n dal o to f p r i o rd a t aa n do u r s e l v e sm e a s u r e dd a t at h a tt h e y a r ei n v e s t e d 、c o l l e c t e d 、 a r r a n g e d 、a n a l y z e d ，t h ep a p e ra s s e s s e dw a t e rr e s o u r c ei ns t u d ya r e a t h ep a p e r m a i nc o n t e n t si n c l u d i n g ：( 1 ) t h ep a p e ra n a l y z e d s p a t i a lv a r i a b i l i t yo f h y d r o l o g yg e o l o g i c a lp a r a m e t e r s ；a n ds t u d i e do nt h et e n d e n c ya n dr e g u l a t i o n o fa n n u a lw a t e rt a b l er e s o u r c ei ns h a n d i a n h er i v e ri ni n n e rm o n g o l i a ；a n d a n a l y z e dt h eg e n e r a lc h a n g i n gt e n d e n c yo fw a t e rt a b l ew i t ht i m e ；a n a l y z e d a n di l l u s t r a t e dt h ec o n d i t i o n so fs u p p l y ，p e n e t r a t i o na n dd r a i n a g eo fg r o u n d w a t e r ( 2 ) t h ep a p e ra n a l y z e dt h ed a t ao fr a i n f a l l ，e v a p o r a t i o n ，t r a n s p i r a t i o n a n dr u n e f f , a s s e s s e dt h es u r f a c ew a t e rr e s o u r c e s ( 3 ) t h ep a p e ru s e dd r a i n a g e m e t h o do fg r o u n dw a t e ra n df i n i t ee l e m e n tm e t h o da s s e s s e dg r o u n d w a t e r r e s o u r c e sa n df o r e c a s t e dt h ew a t e rt a b l ei nt h ef u t u r es i xy e a r s ( 4 ) t h ep a p e r a s s e s s e dt h eq u a l i t yo fs u r f a c ew a t e ra n dg r o u n d w a t e r t h i sp a p e rp r o v i d et h es c i e n t i f i cf o u n d a t i o nt oo p t i m a ld i s t r i b u t i o na n d r e a s o n a b l eu s i n gi ns t u d ya r e aa n dc a nd i r e c tr e a lp r o d u c t i o na n dl i f e k e yw o r d s ：s p a t i a p r ai n a g ef i l et h e d ： v a r i a b i ii t y ：t h ee v a l u a t i o n0 fw a t e rr e s o u r c e ； f i n ，t ee l e m e n tm e t h o d dir e c t e db y ：p r o f c h a oiu n b a g e n a p p lic a n tf o rm a s t e rd e g r e e ：s u nt i e j m d ( h y d r o l o g ya n dw a t e rr e s o u r c e s e n g i n e e r i n g ) ( c o l l e g eo fw a t e rr e s o u r c e sa n dc i v i ie n g i n e e r i n g ，i n n e rm o n g o l i aa g r i c i l t u r a lu n i v e r s i t y h u h h o t ，0 1 0 0 i g ，c h i n a ) 内蒙古农业大学硕士学位论文 1 1 引言 1 1 课题研究意义 水是生命之源，是人类生存和社会经济发展的物质基础，是生物赖以 生存的环境资源，是可持续发展的重要保障。水资源可持续利用关系到人 口、资源、环境、社会的协调发展。随着人口的增长、社会的发展和人民 生活水平的提高，人民对水资源的数量和质量的要求越来越高，而可利用 的淡水资源是有限的，同时因水资源浪费及水污染日益加重，水资源供给 与需求之间形成了尖锐的矛盾。这一矛盾已成为人类社会发展的制约因素。 党的十六大以来，我国积极推进西部大开发，促进区域经济发展，在 此环境下，本文以滦河内蒙段闪电河流域为研究对象，进行了研究区水资 源调查和评价，掌握水资源的动态变化规律，寻找科学、合理、持续开发 利用和保护水资源的有效途径，对研究区国民经济的可持续稳定发展及水 资源可持续利用具有深远的战略意义，对于现实的生产、生活有重要的指 导作用。 1 2 国内外研究动态 早期的水资源评价一般只局限于水文观测资料的系统整理。二十世纪 6 0 年代以来，水资源的矛盾越来越突出，深入开展水资源评价和配置工作 已广为世界各国所重视。1 9 6 0 年科罗拉多的几所大学对计划需水量的估算 及满足未来需水量的途径进行研讨。1 9 6 5 年联合国教科文组织成立了国际 水文年( 1 h d ) ( 1 9 6 5 1 9 7 4 年) 机构，12 0 多个国家参加了水资源研究。在 国际水文年中，组织了对水量平衡、洪涝、干旱、地下水、人类活动对水 循环的影响，特别是农业灌溉和都市化对水资源的影响等方面进行了大量 研究，取得了显著成绩。1 9 7 1 年美国学者n o r m a n j d u d l e y 将作物生成模 型和具有二维状态的随机动态规划相结合，对季节性灌溉用水分配进行了 研究。1 9 7 7 年联合国在阿根廷马尔德普拉塔召开的世界水会议上，第一项 决议中明确指出：没有对水资源的综合评价，就谈不上对水资源的合理规 划和管理，要求各国进行一次专门的国家水平的水资源评价活动。8 0 年代， 水资源分配的研究范围不断扩大，深度不断加深。我国第一次水资源评价 工作是1 9 8 0 年开始的，主要分析了水文要素的时空变化，对地表水资料、 地下水资料、水资源总量和水质进行了评价，1 9 8 7 年完成了中国水资源 评价。同年，在罗马召开的“水的未来一一水文学和水资源开发展望”讨 论会，提出水资源利用中人类需要了解水的特征和水资源的信息，人类对 自然现象的求知欲将是水文学发展的动力。 9 0 年代以来，由于水污染和水危机的加剧，传统的以水量和经济效益 2 闪电河流域内骤段水资源评价 最大为目标的水资源优化模式己不能满足需要，国外开始在水资源优化品 种中注重水质约束、环境效益以及水资源的可持续利用的研究。1 9 9 1 年在 我国南京召开了“地下水流和污染模拟”国际会议。会议反映了近年来随 着电子计算机技术的长足发展，模拟已成为国际上地下水研究的最主要的 手段之一。地下水资源评价、地下水污染预测和水资源管理都广泛应用模 拟。目前，在美国的印第安纳利斯和荷兰的德尔夫特建立了国际地下水模 拟中心。当前世界地下水研究的焦点已集中在污染物运移方面，污染物运 移模拟的研究是一个新动向。1 9 9 2 年在我国北京召开了“地下水与环境” 国际讨论会，讨论了地下水及环境地质问题，地下水污染及环境，土壤盐 渍化，地方病机制等专题。1 9 9 3 年在爱沙尼亚塔林召开了“地下水水质管 理”国际会议。1 9 9 7 年w o n g h u g hs 等提出支持地表水、地下水联合运用 的多目标多阶段优化管理的原理方法，在需水预测中要求地下水、当地地 表水、外调水等多种水源的联合运用，并考虑了地下水恶化的防治措施。 近年来，工业化国家把水资源问题与环境问题联系起来研究是一个重 要趋势。为解决“超量开采”和“水质污染和恶化”的地下水资源危机问 题，需全面加强地下水量和水质的综合管理。 2 研究区的基本概况 2 1 自然地理条件 2 1 1 地理位置及行政区划 闪电河是滦河的上游，发源于河北省赤城县东猴顶，向北于正蓝旗黑 城子牧场南公路桥入内蒙古境内。在内蒙古境内，继续向北流至正蓝旗敦 达浩特镇西村，折向东北流经双山水库，入多伦境内，折向东南在白城子 与黑风河汇合，汇合以下称滦河，在西山湾下游外沟门附近再次流入河北 省丰宁县。在锡林郭勒盟境内总长度为2 5 0 k m ，是锡林郭勒盟唯一的外流 入海河流。闪电河内蒙段流域面积2 0 l o k m 2 ，见图l a 2 1 2 气象 滦河内蒙古段闪电河流域属于半干旱大陆性气候，年温差大，风多雨 少，无霜期短。春季干旱，降雨多集中在6 9 月内，多年年平均降雨量为 3 7 5 o m m ，多年平均蒸发量为1 1 8 8 ，3 m m 。多年平均气温为1 8 ，日最高气 温为3 5 2 ，日最低气温为- 3 6 6 。c ，冬、春季多风，以西风和西北风为 主，多年平均风速为4 3 5 m s ，最大风力可达1 0 级以上，实测最大风速为 4 0 m s 。年最大冻土深为2 7 6 m ，最大积雪厚度2 3 c m 。 内蒙古农业大学硕士学位论文3 w - f , m 剃珠。 f 厂 - - ， 、 。嚣炉 - 产 f d r 勰删 j 崩 擀 ，f 1 ， 尹 玲 i 、，j 多 - 矗巾 弟酚 、 ，一 蛹t 一 对 、k。，p 。、 一 襄、 、 奔j钎 r 潞 甘 尸7 配pj 、伊 硷越一 琴 k 目1 1 一 臻 赭 岭 、+ 、一j 一 一 一 ， 甄 奢 二 ， 3 ， 一 ， 、n r - t ，t、胡嚼“ k 喳村秣 勰 一 乃 痹2 t 淀 逍晕 o 、i 誊泽 、j l 黜j、；搬 一 时 卉骖 p ( ， 哎 ? 乙。 、 玉厂留 省 i 圪 弋，阿一 。童 0 争 善 1 ：； 5 0 0 0 0 少h 甜 斟 ，u 6督枷 一 r ， _ m 图1研究区地理位置及流域分布图 2 1 3 社会经济 研究区主要位于蓝旗境内，面积2 0 1 0 k m 2 ，总人口2 6 2 4 1 人，其中农业 人口约1 1 1 1 1 人，非农业人口约1 5 1 3 0 人，由蒙、汉、回等九个民族组成。 产业以牧业为主，农业为副，工业较少。其中草场面积1 6 7 9 万亩，耕地 面积1 2 7 万亩，共有大小牲畜1 3 0 7 万头，其中羊有1 1 8 8 万头，牛有 1 1 3 万头。主要优势作物有饲草料，小麦，莜麦，土豆，葫麻，菜籽，豆 类等。 研究区内能源短缺，电力资源不足，部分农村、牧区仍没有用上电。 尽管该区风能比较丰富，太阳能也比较充足，但开发利用不多。 2 2 地貌概况 滦河内蒙古段闪电河流域由于剥蚀，加之气候干旱，土石山区基岩裸 4 闪电河流域内蒙段水资源评价 露，侵蚀沟发育，主要由低山丘陵、丘陵、河谷平原及河谷洼地等地形组 成。整个流域总体地势由西南向东北倾斜，海拔高程在1 2 6 0 1 6 8 0 m 之间， 相对高差4 0 0 余米。 低山丘陵分布于正蓝旗南部的希拉空地、黄旗敖包一带。组成岩性为 燕山早期钾长石英斑岩，花岗斑岩、上侏罗统火山杂岩，下二迭统轻变质 的硬砂岩，粉砂岩和火山碎屑岩以及太古界的片岩等。山顶里次尖顶状， 浑圆状，为区内地下水的补给区。 丘陵分布在低山丘陵区的周围，组成岩性为燕山早期各类花岗岩、上 侏罗统火山杂岩。多为穹状起伏地形，丘顶浑圆状，相对高差一般为8 0 l5 0 米，为区内地下水的补给区。 河谷平原分布在闪电河河谷地带。上部由第四系粉细砂，砂砾石、淤 泥质粘砂土组成，厚度达2 0 0 米。下部为数百米厚的巴彦花群，岩性系以 砂砾岩、粉砂岩、页岩为主的含煤地层。河谷平原地势平坦。河床宽度一 般5 7 米，河床坡度1 3 。闪电河两岸发育着不完整，不连续的两级阶 地，为区内地下水径流排泄区。 河谷洼地分布于闪电河一带，呈带状延伸，洼地两侧发育着对称而连 继的一级阶地，一级阶地高出河床1 2 米。局部可见不对称而不连继的二 级阶地，高出一级阶地3 5 米，由第四系冲积、冲洪积砂，砂砾石组成， 构成区内地表水与地下水的排泄通道。 2 3 区域地质 研究区大部分属于内蒙华力西晚期褶皱带，仅南端属于内蒙地轴东段， 因此，出露地层既有太古代的基底变质岩系，也有石炭、二叠纪的地槽相 沉积。区域地质的另一特点是中生代燕山运动在区内表现甚为强烈，燕山 早期形成了北东向的断陷盆地，沿断裂出现多次岩浆的喷发和侵入活动， 形成了大片的偏中酸性火山岩与酸性花岗岩类分布区。燕山晚期又在一部 分断陷盆地中随基底沉降而沉积了厚达8 0 0 余米的陆相含煤建造。 2 3 1 地层 2 3 1 1 第三系上新统 广泛分布于沟谷洼地中，但表面多被第四系覆盖，直接出露的地方甚 少。岩性主要为红色泥岩、砂质泥岩夹粉细砂岩，底部普遍分布一层含水 的泥质半胶结的砂砾岩，另外，在较开阔的河谷洼地上部多属砖灰色泥岩 或砂质泥岩。钻孔揭穿的最大厚度为2 2 4 米，下部与巴彦花群不整合接触， 上部与中一一下更新统为平行不整合接触。 内蒙古农业大学硕士学位论文 5 2 3 1 2 第四系中一一下更新统 主要分布于闪电河两岸二级阶地上。岩性主要为冲洪积灰白、灰黄色 中细砂及含砾粗砂，与下伏上新统为不整合接触。 2 3 1 3 第四系上更新统 广泛分布于河谷平原及沟谷洼地和闪电河两岸一级阶地上。岩性为粘 质砂土、含砾粉细砂及砂砾石。本统构成区内赋水性好、分布比较普遍的 含水层。 2 3 1 4 第四系全新统 主要分布于闪电河河床及河谷洼地中。岩性为中细砂、含砾中细砂。 是区内富水性较好的含水层。 2 3 2 地质构造 研究区大部分属于华力西晚期褶皱带，四级构造单元属于多伦复背斜 的正蓝旗中凹陷，仅南部属于内蒙地轴东段阴山台拱的化德穹褶断层。从 地质力学观点看，该区处于阴山东西复杂构造带和新华夏系第三隆起带的 复合部位，主要构造线为北东向。由于区内燕山运动表现强烈，因而使中 生代生成的各类基岩经多次构造变动后，除形成些区域性的大断裂外， 还广泛地形成了节理裂隙构造，尤以岩性脆硬的钾长石英斑岩为典型。 2 4 水文地质 区域水文地质条件是受着气候、水文、地貌、岩性、地质构造等综合 因素的影响和控制，但控制区内潜水水文地质条件的明显因素是地貌，岩 性和地质构造。 2 4 1断陷盆地蓄水构造 闪电河河谷平原是这种蓄水构造的典型代表。属于外流水系的闪电河 上游可推至沽源县境内。河床坡度甚缓，河曲发育，两岸发育着不完整、 不连续的两级阶地，已属河流发育的中晚期阶段。它是在燕山早期运动产 生的中生代断陷盆地中形成的。中生代在盆地内沉积了厚愈8 0 0 米的巴彦 花群泥质砂砾岩；新生代因有继承性的活动，亦以沉降作用为主，在巴彦 花群之上又分别沉积了2 0 0 余米厚的第三纪上新统碎屑岩和第四纪松散沉 积物。 !塑皇i 里鎏垡塑鐾丝坐塑婆堡堕 河谷平原地势低洼，补给范围广阔所能接受的大气降水补给量较大。 松散层厚达2 0 0 余米，构成了比较好的储水空间，因而在上部形成区内水 量丰富的孔隙潜水。当前开采深度约5 0 6 0 米。经水文地质实体分析开采 的含水层可概化为均匀各向同性二维潜水含水层。下部的上新统与巴彦花 群泥质砂岩、砂砾岩虽然不能直接承受大气降水的补给，但园闪电河两岸 均有断裂构造起导水作用，以至泥质砂砾岩层具备了较好的侧向补给条件。 河谷、漫滩、一级和二级阶地典型的水文地质剖面图见图2 。 2 4 2 地下水的补给和排泄条件 闪电河流域主要接受大气降水的补给，其次是接受上游河谷地下水的 径流补给和基岩裂隙水的补给，另外，低山丘陵还可以接受少量凝结水的 补给。 由于本区属于外流水系，相对高差达4 0 0 余米，故接受大气降水补给 的能力因地而异。低山、丘陵地区地形坡度较陡，植被密度较低，大气降 水容易形成地表径流而不利于下渗补给地下水：河谷平原地形起伏较小， 而且松散堆积物厚度大，较利于大气降水的渗入与储存。 闪电河流域地下水排泄主要有三种方式： 河流排泄：闪电河河水接受地下水的补给，是地下水的主要排泄方 式。 潜水蒸发：闪电河河谷地带潜水埋深一般小于5 米。蒸发作用在地 下水排泄方面也占有一定的位置。 地下径流：随着闪电河进入多伦县境内，河谷地下水亦流入多伦县 境内。 闪电河河谷平原地下水主要排入地表河流，循环途径短，水质良好。 3 研究区水文地质参数的推求 水文地质参数是表征含水层水理特性的定量指标，在地下水资源计算、 评价、管理中都必须弄清含水层系统参数。常用的水文地质参数主要有： 渗透系数k ，导水系数t ，给水度f ，弹性释水系数_ 等。这些参数通过 定流量抽水多孔观测的非稳定流抽水试验确定。 3 1 抽水试验设计 研究区布置了三处定流量抽水多孔观测的非稳定流抽水试验场。第一 个试验场位于二级阶地的育草站，第二个试验场位于蓝旗旗府周围，第三 个试验场位于双山水库主坝后。以第一个抽水试验场为例，说明抽水试验 7 囤喧菰世君怯*n匝 笺虽 ； ； 挺袁i 、港尊尿落粼渊+ ：【 一 毒粥牌僦笞蠹显黜嚣：一+ ：、撑疆嶷采 ￥甍降鼎粥钾最辟；浆! ! 然黔一，一鞋讴嶷弛 i _ 唾 * 饔 基吾最撵卜芝 n 释 莲 黼鼎礤晏晷嚣鼎燃：? ! 嚣熙踟： ：。： 是 州 _ ：凳 g 段瞢聂罐 白异每 蛏 “ 莲鞭譬鬣鼢辫鳓燃辫：燃冀褂 一 裔 一 坚耋、弋 白弱增 台最岔 c q 遗 卷冬、镰纛；纛黼 _ 一 馨蠹掣j 1 百暴巨 意 n 鹱 髑时豫 囊毫；睫罄：黯麓j ? 糟 o 魏 一 叁 4 最尝蓉慕窜 台最 _ 趄_ o 1龌l 昌i 莲! 留徽黼糍蒋熙= = ! 撼涮： 一 ： 盆 善学f 茜器嚣 蓉器套 。f 返+ 盆： f瞎犁 堰 2 弘艇黧寰i ；黧冀；冀z 篓銎；测： 崔 庭 州 善学i 瞢雅，【 台最 据 黼鳓嚣淤然滞鼎辫粼 ： 、旧 髦 裔 善恬f 吾蟊誊 苦器岔 蟮+ 睦l 莲 。西群辫：鼎黼蝴蝴譬蒯黼黼；ll t ! ：j 。： 霎建善堞 茜器匿、0 、弩最岔 m h 脚o ? ，p 皓一o o 粤p 糟! ! ? 蹭? 9 7 7 p ? ? ? 、i 、 凑_ h 一 ，0 霎| 笞 蓉器鳝一白最螽 斟 晕藿 ；i 。ha j c _ 爵。 则：鹾罗盛蕊：越i 溢* * 。1 ? p 镕# i 黧 譬二1 7 吾屠念 岛i 一，_ _ 咧 fi 刨f 3 驾替 厘l r 删 札l 嚣 椒：岳 旧释 话 曼 ；i 塞 ； e曩 盈 一 戗牲掣扑书匿扑k爿佯枢聪匠 8 闪电河流域内蒙段水资源评价 场的布设。抽水孔深6 0 米，井径为0 3 2 米，基本属于完整井。抽水流量 q = o 7 0 2 m 3 m i n 。连续抽水时间为4 1 3 0 r a i n 。抽水试验主孔及观测孔的特 征值见表1 。抽水试验场平面位置见图3 。 表1抽水试验主孔及观测孔的特征值 3 0 1 6 观6 观5 3 0 1 3 3 0 4 9 2 9 8 02 9 5 63 0 6 2 - ，一 观4 观3 抽卧孔观2 观1 2 9 2 0 i 观7 注：图中数字为各孔之 2 9 0 0 间的距离( m ) 观8 图3 研究区抽水试验布置图 3 2 含水层系统参数率定 潜水含水层水文地质参数的推求理论有考虑流速垂直分量和弹性释水 的n e u m a n 潜水井流模型和考虑迟后重力排水的b o u l t o n 第二潜水井流模 型。n e u m a n 潜水井流模型为： 内蒙古农业大学硕士学位论文 9 k k ，| f 矿a 2 s + 川 - m l 氆窘诅百a s 巩 s ( r ，z , o ) = 0 s ( o o ，z ，t ) = 0 a s ( r ，0 ，巧= 0 墨昙时 f ) = 叫昙时，圳 l i mf r 蚝：一旦 式中： 尼一一水平径向渗透系数( m d ) o 正一一垂向渗透系数( m i d ) ： 1 。一一储水率： f 一一给水度； h 。一一潜水流初始厚度( m ) 。 n e u m a n 潜水井流模型的解析解。 如石f ) - 等f 铖啦枷) 嘻删p 式中： j 一一定流量抽水距抽水井，处t 时刻的降深( m ) ； y 一一积分变量； 山g ) 一一第一类零阶b e s s e l 函数。 出。( y ) = 曲。) = ，l ：婴包鲍：二! i 龅略! f 2 + 0 + 仃弦；一眵2 一，；) 2 居眵。 式中：，。，y 。分别为下列两个方程的根： 0 9 o s h ( y o ) 一( y 2 一，；b ( ) = o 力c y 2 吼s i i l ( 以) + ( y 2 + 疵) c o s ( n ) = 0 ( 2 n - 1 ) 要 0 ( 9 ) ( 1 0 ) s = 舄卧e 1 卜掣叫x ) 出 ， 式中： s 一一定流量抽水过程中，时刻距抽水井，处的降深 肚任一疏干因素： 。：型翌4 型： 2 肛浮_ j 忐 + 一一贮水系数； 一一给水度； 1 ，d 一一延迟指数， 口一一经验系数； x 一一积分变量； 旷必罕至 叩：生# ： r 一一观测孔距抽水孔的距离； 厶g ) 一一第一类零阶b e s s e l 函数。 以往基于上述模型求参多采用配线法，高瑞忠、朝伦巴根等提出了确 定潜水含水层参数的b o u l t o n b p 法和n e u m a n r a g a 法。本文利用他 们的方法确定了抽水试验场的水文地质参数。确定结果见表2 。 内蒙古农业大学硕士学位论文 表2 抽水试验计算成果 在三个抽水试验场求参的基础上，选用前人利用民井抽水试验结果， 构绘出渗透系数等值线图，见图4 。河床中的渗透系数在1 0 m d 左右，由 河床向两岸的一级阶地、二级阶地增大然后向山脊面逐渐变小，在山脊面 上，一般小于l o m d 。由于给水度的数据少，以三个试验场推求的给水度 平均值作为区域值。 图4 渗透系数等值线图 1 2 闪电河流域内蒙段水资源评价 4 水资源数量评价 4 1地表水资源量评价 4 1 1 水系 闪电河是滦河的上游，发源于河北省赤城县东猴顶，于正蓝旗黑城子 牧场入内蒙境内，继续向北流至正蓝旗敦达浩特镇西村，折向东北流经双 山水库，入多伦境内，折向东南在白城子与黑风河汇合，汇合以下称滦河， 在西山湾下游外沟门附近再次流入河北省丰宁县。水系分布图见图5 。 图5 水系分布图 4 1 2 水文站 本次评价水文站有闪电河白城子站，黑风河白城子、滦河i 匀城子站。 各水文站基本资料见表3 ，气象资料使用正蓝旗t t 缳站资料。 4 1 _ 3 降水 大气降水足地表水和地下水的总补给来源，个地区降水量的大小基 本反映了该地区水资源量的状况。滦河内蒙古段闪电河流域属二j ：半干旱大 内蒙古农业大学硕士学位论文 1 3 陆性气候，风多雨少，春季干旱。本文采用正蓝旗气象站的降雨资料，收 集到研究区1 9 5 9 2 0 0 4 年逐日降雨量资料。 根据实测资料，绘制了研究区多年年平均降雨动态变化曲线，见图6 。 由图6 可看出，研究区多年年平均降雨量为3 7 5 o m m ，1 9 5 9 1 9 7 0 年属于 丰水年，1 9 7 1 1 9 9 l 属于枯水年，1 9 9 2 2 0 0 4 年属于丰水年。最大降雨量 为1 9 5 9 年，为5 6 2 2 m m ，最小降雨量为1 9 6 5 年，为2 3 5 1 m m ，年际变化大， 极值比为2 4 。 分析历年年平均降雨量，绘制了研究区多年年平均降雨量月分配图， 见图7 。由图7 可看出，降雨量主要集中在6 9 月，占全年降雨量的8 0 0 ， 7 月份为年内降雨量最大的一月，达到了1 1 6 5 m m ，1 月份为年内降雨量最 小的一月，仅为1 9 m m 。各位降水量的变化趋势是l 4 月份降雨量缓慢增 加，进入5 月份降雨量快速增加，到7 月份达到最大值，接着急剧下降至 1 0 月份，1 0 1 2 月份缓慢降低。 售 占 翻 窿 世 冒 j 卜 钽 囤6 年平均降雨动态变化曲线 乍 占 咖 睦 澄 砭 l 2 3 45 6 7 8 91 0l l 1 2 门 图7多年年平均降雨量月分配图 4 1 4 蒸发 蒸发是自然界水文循环与水量平衡的重要项目，是影响水资源的重要 水文因素，其大小可以反映气候干湿状况，主要受气温、湿度、风力、水 面温度和辐射等气象因素的综合影响。一般情况下，温度越高、空气湿度 饱和差越大，风速越大，蒸发就越大。 们加帅印孙0 1 4 闪电河流域内蒙段水资源评价 术文采用正蓝旗气象站的蒸发资料，收集到研究区1 9 5 9 2 0 0 2 年逐日 蒸发量资料。本次研究用e 6 0 l 型蒸发器的蒸发量近似代表大水体的蒸发 量。因气象站资料是使用中2 0 蒸发皿观测的，因此必须用一个折算系数将 巾2 0 c m 口径蒸发皿观测值折算成e 6 0 l 型蒸发器的观测值，根捌当地实际 情况，选取折算系数为0 6 2 。 根据实测资料，绘制了研究区多年年平均蒸发量动态变化曲线，见图8 。 由图8 可看，研究区多年年i f 均蒸发量为l1 8 8 3 m m ，多年年j f 均蒸发量 无明显变化。 同时绘制了研究区多年年平均蒸发量月分配图，见图9 。由图9 可看 出，蒸发量上要集中在4 9 j ，占全年蒸发量的7 9 4 ，五月份为年内蒸 发量最大的月，为2 1 1 5 m m ，月份为年内蒸发量最小的一月，为1 3 4 m m 。 翼1。4。0。0一一一25。0 f口一二。一i一一mi0o1 。一口 1 9 5 91 9 6 91 9 7 9l9 8 9 1 9 9 9 r 俐8 多年午平均警技冠动态变化曲地 1234 5 678 9l o1 112 爿 围9 多小旬：平均蕉拔盐月分山：脚 4 1 5 径流 4 1 5 1 径流的插补延长 滦河白城子站控制流域面积5 8 9 6 k m 2 ，闪电河流域控制面积4 2 7 7 k m 2 ， 两站而积之差为j 6 i9 k m 2 ，而烈风河白城予站控制流域面积1 6 1 8 k i n2 。因此， 利用滦河白城予站与闪电河 l 城子站1 9 5 91 9 7 4 年同期实测径流量之差 作为黑风河自城子站径流系列。闪电河白城子站具有1 9 5 9 1 9 7 8 年2 0 年 实测径流资料，经分析，闪f l l 河白城予站与黑风河白城予站】9 5 9 1 9 7 4 年径流相关关系较好，相关关系曲线见图1 0 。黑风河白城子站有1 9 7 7 2 0 0 4 年实测径流资料，所以用黑风河白城子站延长闪电河白城予站1 9 7 9 2 0 0 4 年径流量，形成了1 9 5 9 2 0 0 4 年闪电河白城子站4 6 年的径流系列。 4 ，1 5 2 径流的还原 本次闪电河白城子站径流相关延长中，黑风河白城子站以上流域水资 源开发利用程度很低，可将实测流量近似为天然径流量，而闪f u 河白城子 内蒙古农业大学硕士学位论文1 5 s1 6 0 0 嘟1 置1 2 0 0 智 m 蠡8 0 0 甘 墨4 0 0 0 4 0 05 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 。 9 0 01 0 0 01 1 0 0 黑风河白城子站径流量( m 。s ) 图10闪电河自城子站与黑风河白城子站径流相关关系 站以上流域1 9 5 9 1 9 7 8 年水资源开发利用程度也很低，因此可将闪电河白 城子站19 5 9 1 9 7 8 年实测径流量看作天然径流量，所以形成了1 9 5 9 2 0 0 4 年闪电河白城子站天然径流系列。1 9 5 9 2 0 0 4 年天然径流系列采用皮尔逊 i i i 型曲线用配线法进行频率计算，见图1 1 。c s = 3 ，c v = o 6 ，多年平均径流 量为3 0 7 2 8 0 3 万m 3 。 径流量 ( 万m 3 ) t 5 0 0 0 1 0 0 0 0 7 5 0 0 5 0 0 0 2 5 0 0 ： l 工= j u ，j c v = 0 6 0 全 c s | c v = 3 、 、 、 专 | 专蕊奄 - 鱼- ： 。l! 图1 1闪电河白城子站年径流量频率曲线图 频率蚴 1 6 闪电河流域内蒙段水资源评价 4 1 5 3 天然径流系列一致性分析 由于人类活动改变了流域下垫面条件，导致入渗、径流、蒸发等水平 衡要素发生一定变化，从而影响径流的一致性。为了得到具有一致性且能 反映近期下垫面条件的天然径流系列，需点绘选用水文站的年降水一年径 流相关图进行分析，检查天然年径流系列的一致性，若发现在同量级降水 条件下不同时期点据明显偏离，则表明下垫面变化对径流影响较大，应对 天然年径流量进行一致性修正。 本次点绘闪电河流域降雨径流关系，见图1 2 。从图中可知不同时期的 降雨径流关系变化趋势不明显。从闪电河降雨、径流关系的年序变化分析， 流域对径流的调节作用明显，上一年的降雨量影响下一年的径流量，因此 选用双累积曲线分析降雨径流关系，见图l3 。从图中可知降雨径流累积值 相关关系很好，双累积值之间呈直线关系，并且各年代之间没有明显的偏 离现象，为同一条直线，这证明闪电河流域1 9 5 9 2 0 0 4 年降雨径流具有一 致性。 6 2 0 5 2 0 4 2 0 据3 2 0 * 瀣 2 2 0 1 2 0 2 0 01 02 03 04 05 06 07 08 0 径流深( ) 圈12 闪电河降水径流关系 4 1 5 4 径流成果的合理性分析 闪电河白城子站有1 9 5 9 1 9 7 8 年2 0 年天然径流量资料，按此计算的 2 0 年年平均径流深为1 7 o m m ，同期流域平均年降雨量为3 8 1 1 m i l l ，经插补 延长后，流域1 9 5 9 2 0 0 4 年年平均径流深为1 5 3 m m ，同期平均年降雨量 为3 7 5 o m m 。经以上比较可看出本次的延长是合理的。 内蒙吉农业大学硕士学位论文 o1 0 02 0 0 3 0 0 4 0 05 0 0 6 0 0 7 0 0 累积径流( r a m ) 图13闪电河降雨径流双累积曲线图 4 1 6 地表水资源量 经查闪电河白城子站年径流量频率曲线图得：闪电河流域频率为2 5 的天然径流量为4 0 0 0 万m 3 ，频率为5 0 的天然径流量为3 0 7 0 万m 3 ，频率 为7 5 的天然径流量为1 7 5 0 万m 1 4 1 7 地表水可利用量 根据研究区实际情况，本次取地表水利用系数为o 5 ，得保证率为2 5 的可利用量为2 0 0 0 万m 3 ，保证率为5 0 的可利用量为1 5 3 5 万m 3 ，保证 率为7 5 的可利用量为8 7 5 万m 3 。 4 2 地下水资源量评价 研究区为闪电河内蒙段山丘区，流域面积为2 0 1 0 k m 2 ，地表水、地下水 分水岭基本一致。根据水利部海河水利委员会“海河流域水资源综合规划 技术细则”的要求，研究区地下水资源量的评价采用两种方法：( 1 ) 山丘 区地下水总排泄法，并用补给量校核；( 2 ) 河谷阶地有限元法。 4 2 1山丘区地下水总排泄法 4 2 1 1 排泄量计算 因研究区为典型的山区，所以用总排泄法计算地下水资源量。山丘区 排泄总量包括：潜水蒸发量、河川基流量、出1 3 断面流出量、山丘区地下 水开采净消耗量和山前泉水出露量。研究区泉水出露量很小，所以本次评 0 0 0 o 0 0 0 0 0 0 0 0 o 0 0 0 0 0 0 0 o o o o o 0 0 0 8 6 4 2 0 8 6 4 2 一；)|窿鞋器畦 1 8 闪电河流域内蒙段水资源评价 价忽略不计。 q 簋捧= e 潜+ q 捧+ q 基+ q 采 ( 1 3 ) 式中： f 镕一一潜水蒸发量( m 3 ) ； q 排一一出口断面排泄量( m 3 ) ： q # 一一基流量( i l l 3 ) ； q * 一一山丘区地下水开采量( m 3 ) 。 4 2 1 1 ，1潜水蒸发量 潜水蒸发是浅层地下水消耗的主要方式之一，蒸发量的大小与地下水 埋藏深度、气象条件、包气带土壤岩性以及地表植被等因素有关。根据研 究区的实际情况，通过对多个潜水蒸发公式的对比，决定用阿维扬诺夫经 验公式。 e 潜= 1 0 0 0 e q ( 1 一会) 一 ( 1 4 ) 式中： f 镕一一潜水蒸发量( 1 1 1 ) 。 e 。一一水面蒸发强度( h i m ) ： c 一一潜水蒸发系数； f 一一计算区面积( k m 2 ) ： 一一地下水位埋深( m ) ； 。一一潜水极限埋深( m ) ； n 一一经验指数，一般取卜3 。 水面蒸发量采用研究区多年平均值，由研究区气象资料可得。潜水极 限埋深根据研究区气候、土质、作物植被和地质条件确定为5 米。根据研 究区的土壤质地和潜水极限埋深，通过有限元模型进行模拟识别，f l 确定为 2 9 。因研究区年平均水位变化不大，所以根据2 0 0 4 年9 月、2 0 0 5 年9 月 和2 0 0 6 年4 月统测水位分别绘制了枯、丰期潜水埋深图，然后取平均，计 算了研究区埋深在极限埋深范围以内的平均潜水埋深，潜水蒸发量计算结 果见表4 ，2 0 0 4 年9 月潜水埋深图见图1 4 。 表4 潜水蒸发量计算 内蒙古农业大学硕士学位论文 1 9 图142 0 0 4 年9 月潜水埋深图 4 2 1 1 2 出口断面排泄量 出口断面选在闪电河白城子站。出口断面处的水文地质剖面图见图2 。 由于研究区没有系统连续的地下水长观资料，所以依据前人成果并结合 2 0 0 4 年9 月、2 0 0 5 年9 月和2 0 0 6 年4 月统测水位，确定了闪电河出口断 面处地下水和出口断面处地下水水力坡度j ，继而计算了出口断面排泄量。 2 0 0 4 年9 月潜水等水位线图见图15 。出口断面排泄量结果列入表5 。 鲰= k b h j t ( 1 5 ) 式中： 练一一断面侧向排泄量( m 3 ) ； k 一一含水层渗透系数( m d ) ： b 一一断面宽度( m ) ； h 一一含水层厚度( m ) ； j 一一水力坡度； 2 0 闪电河流域内蒙段水资源评价 图15 研究区2 0 0 4 年9 月潜水等水位线圈 4 2 1 1 3 河川基流量 河川基流量是山丘区地下水的主要排泄项，由于山丘河谷切割深，山 丘区的地下水排泄于河道内，故可通过分割河川径流量过程线的方法求得 河川基流量。此次，通过直线斜割法分割了1 9 5 9 1 9 7 8 年包括丰、枯、平 年在内的闪电河白城子站逐日流量过程线，见图1 6 、1 7 、1 8 ，确定出基径 比。求出了逐日流量过程线拐点不明显和没有逐日径流量年份的基流量， 内蒙古农业大学硕士学位论文 2 1 形成了1 9 5 9 2 0 0 4 年基流量系列，见表6 。研究区多年平均基流量为 1 0 4 8 8 4 4 万】i l3 。 3 5 3 2 5 之 2 8 i 5 1 0 5 0 k 昃 i l2 一1 03 2 14 - 3 06 - 97 1 98 2 81 0 71 l 1 6 1 2 2 6 时间 图16闪电河白城子站19 6 4 年基流切割图 1 一l2 一l o3 2 25 - i6 - 1 07 - 2 08 - 2 91 0 8i1 1 71 2 2 7 时间 图17 闪电河白城子站19 6 5 年基流切割图 卜l2 - 1 03 - 2 2 5 - l6 - 1 0 7 - 2 08 - 2 91 0 - 8i i ：1 71 2 2 7 时间 图i8闪电河白城子站19 7 0 年基流切割图 2 o 8 6 4 2 0 ne m。o，扣no。，o 2 2 闪电河流域内蒙段水资源评价 表6 基流量计算 年天然径流量( 万m 3 )平均基径比基流量( 万m 3 ) 1 9 5 9 1 4 8 7 5 9 7 20 3 45 0 5 7 8 3 0 1 9 6 0 3 3 2 7 3 4 21 1 3 1 2 9 6 1 9 6 1 2 7 2 0 5 4 39 2 4 9 8 5 1 9 6 25 0 6 5 9