水利工程論文-太行山典型小流域潛流動(dòng)態(tài)變化研究.doc

水利工程論文-太行山典型小流域潛流動(dòng)態(tài)變化研究摘要：為了科學(xué)地對(duì)太行山區(qū)地下水環(huán)境進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，本試驗(yàn)采用了“翻斗式”自計(jì)量水技術(shù)，對(duì)該區(qū)普遍存在的裂隙潛流的動(dòng)態(tài)變化過程進(jìn)行新監(jiān)測(cè).根據(jù)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)分析了該區(qū)潛流的日動(dòng)態(tài)變化過程和水文年動(dòng)態(tài)變化過程，分析結(jié)果說明造成這種動(dòng)態(tài)變化的根本原因是太陽凈輻射的變化，直接原因是植物的蒸散作用；同時(shí)，降雨對(duì)潛流的年內(nèi)變化也有著直接的影響.關(guān)鍵詞：典型小流域潛流動(dòng)態(tài)變化1太行山地下水環(huán)境概況太行山區(qū)主要以花崗片麻巖為主，另有少量的石灰?guī)r區(qū)，其中花崗片麻巖區(qū)基巖裂隙一般比較發(fā)育.由于地質(zhì)構(gòu)造、巖性、地貌的不同、造成山區(qū)地下水的資源量在時(shí)空分布與存在形式上均有較大差異，山區(qū)地下水按其不同的存在形式，可分為裂隙水、孔隙水及巖溶水.其中裂隙水主要以裂隙巖體非飽和流的形式存在于花崗片麻巖區(qū)的基巖裂縫中，孔隙水主要以潛流的形式存在于山間河谷區(qū)的砂礫石層中，而巖溶水主要以承壓的形式存在于石灰?guī)r區(qū)的溶洞中.從蓄水構(gòu)造的角度講，3種形式的地下水均需要不漏水的基底、較大的集水面積和能蓄水的含水層.在花崗片麻巖區(qū)一般由于基巖裂隙發(fā)育比較廣泛，因此裂隙水較普遍；但由于缺乏良好的能夠蓄水的含水層，從而造成裂隙水的水量較小，同時(shí)這也是造成山區(qū)裂隙水資源利用率較低的一個(gè)重要原因.但作為山區(qū)唯一而寶貴的水資源，始終是當(dāng)?shù)厝嗣裆媾c發(fā)展必不可少的資源之一.2典型小流域基本概況典型小流域位于中科院太行山山地生態(tài)試驗(yàn)站的西側(cè)，東經(jīng)1141558，北緯375244，典型小流域?qū)倩◢徠閹r山地，流域面積0.02625km2，植被是20年生的人工刺槐疏林.坡面坡度在25%35%之間的占90%左右，平均坡長(zhǎng)為65m，陰坡面上的土層厚度在2030cm之間的占50%左右，而陽坡面上的土層厚度在05cm之間的占90%左右；主溝為人工水平臺(tái)地，土層厚度在1.0m左右，東西走向.典型小流域基巖裂隙比較發(fā)育，多年平均地表徑流系數(shù)較小，而淺層地下潛流在全年的絕大部分時(shí)間都存在.典型小流域潛流屬于裂隙巖體非飽和滲流，其實(shí)質(zhì)是“水在由局部飽和區(qū)域構(gòu)成的連通滲流路徑中的流動(dòng)”.3截潛工程及量測(cè)系統(tǒng)為了研究潛流的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律及充分利用有限的水資源，在典型小流域的出口處修建了截流溝和集水池，截流溝和集水池之間用管道連接，同時(shí)為了能讓截流溝所截出的水全部及時(shí)的流入蓄水池，管道的首部緊挨著截流溝的底部，并以5%的坡度鋪設(shè)管道.由于潛水流量較小，一般在1001/h以下，常用量水設(shè)備與方法(水表、堰流法)均不能較準(zhǔn)確對(duì)潛流進(jìn)行長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè).經(jīng)過長(zhǎng)期不斷研究與探索，在受數(shù)字(自計(jì))雨量計(jì)的啟發(fā)的基礎(chǔ)上，大膽地將日本千葉大學(xué)教授新滕靜夫自行研制的“翻斗式”自計(jì)量水系統(tǒng)用于小流域潛流的監(jiān)測(cè)中，從監(jiān)測(cè)手段上避開了通過測(cè)定水位來求得流量的傳統(tǒng)方法，從而避免了水溫對(duì)水位測(cè)定所帶來的影響.該系統(tǒng)主要由“翻斗式”量水器和事件記錄儀(或數(shù)據(jù)采集器)組成；在起初使用事件記錄儀(HOBO)的過程中，由于其內(nèi)存有限(一般為2000次或8000次)，只能連續(xù)監(jiān)測(cè)2d左右，不能滿足監(jiān)測(cè)需要，同時(shí)所帶來的工作量也較大，后經(jīng)進(jìn)一步研究，最后將數(shù)據(jù)采集器(CR10X)與“翻斗式”量水器有機(jī)的結(jié)合在一起，便使“翻斗式”自計(jì)量水系統(tǒng)達(dá)到了比較完備的階段.4潛流動(dòng)態(tài)變化4.1潛流日變化潛流日變化在不同的季節(jié)具有不同的變化情況.在夏季，日變化比較明顯；在冬季，日變化比較平緩；而春季和秋季的日變化介于冬夏之間.圖1為典型小流域2000年夏季(六月下旬)和冬季(12月下旬)典型3d的潛流變化情況.從圖中可以看出，在夏季，潛流的日變化有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即在每天早晨6：00前后，潛水流量達(dá)到最大，之后將一直減小，直至下午18：00左右，降低到最低點(diǎn)，早晚潛水流量之比約為1.21；從3d的整體情況看，潛水流量是呈減小趨勢(shì)，以每天的最大值計(jì)，3d時(shí)間流量減少了21.21/h.根據(jù)以上分析，潛流動(dòng)態(tài)日變化可用一句話來概括，即“夜間(18：006：00)逐漸增大、白天(6：0018：00)逐漸減小的類似正弦曲線的變化趨勢(shì)”；圖1潛流動(dòng)態(tài)日變化曲線在冬季，潛流的日變化比較平緩，且無類似正弦曲線的變化趨勢(shì)；而在春季和秋季，潛流的日變化情況介于冬夏之間，春季和秋季的日變化較夏季不同之處主要在于，白天潛水流量減小的階段有所縮短，即早上開始下降的時(shí)間有所后移，而傍晚開始上升的時(shí)間有所提前.4.2潛流的年內(nèi)變化圖2為典型小流域1999年6月至2000年6月的一個(gè)水文年內(nèi)，潛水流量的動(dòng)態(tài)變化曲線.從圖2中可以看出，典型小流域潛水流量在一個(gè)水文年間的變化較大，以2月份所測(cè)得的流量最大(62.41/h)，以6月份所測(cè)得的流量最小(11.041/h).在一個(gè)水文年內(nèi)，隨著雨季的到來，潛水流量開始增長(zhǎng)，但這種增長(zhǎng)較降雨稍有滯后，且極不穩(wěn)定，這種增長(zhǎng)將一直持續(xù)到第二年的2月份，而后又逐漸下降至6月份.在潛流增長(zhǎng)階段的前期(611月)由于強(qiáng)烈的植被蒸散，潛流增長(zhǎng)比較緩慢，有時(shí)還表現(xiàn)出忽升忽降的現(xiàn)象；在后期(122月)由于植被的蒸散較前期大大減小，從而潛流的增長(zhǎng)比較快.在潛流下降階段，同樣由于植被蒸散情況的不同，在前期(24月)潛流下降較緩慢，而在后期(4-6月)潛流下降較快.5潛流動(dòng)態(tài)變化結(jié)果分析典型小流域淺層地下潛流的補(bǔ)給源主要是天然降雨，并且主要是當(dāng)年和前一年的降雨，或著說就是當(dāng)年(以水文年計(jì))的降雨；排泄方式主要有植物的蒸騰失水和溝口的流出失水兩種.影響潛層地下潛流的因素很多，其變化受天文、氣象、水文、地質(zhì)、生物等多方面的自然因素和人為活動(dòng)的影響.圖2潛流的年內(nèi)變化圖3降雨對(duì)潛流變化的影響5.1降雨對(duì)潛流變化的影響降雨作為典型小流域淺層地下潛流的主要補(bǔ)給源，它直接影響著潛流的變化，特別是在雨季來臨前，由于春旱和強(qiáng)烈的大氣蒸發(fā)力作用，經(jīng)常導(dǎo)致潛水的斷流，而后又隨著雨季的來臨驟然增加，恢復(fù)潛流.但如果不是連續(xù)降雨或陰天，潛流會(huì)很快下降至某一數(shù)值.然后再以較平緩的趨勢(shì)變化.圖3為1999年雨季來臨前后，典型3d的潛水流量的日變化情況.由1999年6月16日和1999年7月12日2d的變化情況可以看出，在前期土壤含水量較小的情況下，一場(chǎng)53.9mm的降雨，對(duì)潛流幾乎沒有什么影響，依然持續(xù)雨季前的下降趨勢(shì).圖4六月下旬至七月中旬的降雨情況由1999年7月12日和1999年7月13日2d的變化情況可以看出，在剛剛降雨53.9mm左右的基礎(chǔ)上，再降雨86.2mm，潛流有了明顯的變化，由1999年7月12日的平均流量5.41/h，驟然增大到1999年7月13日的平均流量56.481/h，將近增大了10倍.圖4為6月下旬至7月中間的降雨情況.其中6月28日至7月11日共降雨53.9mm，7月12日降雨