時間:2023-05-11 10:14:37
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引言:【研究意義】我國華北地區地下水超采問題日益嚴重,許多學者從法律制度體系[1]、壓采治理手段[2]、地下水涵養保護[3]、水循環調節改善[4]等方面對地下水治理工作進行了摸索探討。加強地下水位管控,既是《地下水管理條例》的要求,也是地下水精細化管理的需要[5]。【研究進展】目前,地下水管控閾值的確定主要從地下水位和地質構造的內在關系開展研究,包括地下水位與地面沉降、水資源量化管理、海水入侵等地質災害的聯系。例如,袁長極[6]和郭占榮等[7]討論了地下水控制水位的概念和內涵;方樟等[8]模擬了地下水流在不同降水頻率下的管控水位;姜晨光等[9-10]通過建立城市地面沉降的模型,闡述了城市地下水位與地面沉降的關系;謝新民等[11]和于璐等[12]給出了地下水管理控制水位的分級標準;梅梓騰等[13]、牛二偉[14]分別對太原和長治盆地的地下水位、水量開展了雙控管理目標研究;蔣詠等[15]提出了江蘇省地下水紅線水位的評估方法;竇明等[16]和李忠國等[17]分別研究了深層承壓含水層和海水入侵區的地下水開采量閾值[17]。另外,還有學者針對地下水位和生態環境的相互影響進行了研究,如楊澤元等[18]、張惠昌[19]、孫才志等[20]分別研究了陜北風沙灘地、河西走廊干旱區、下遼河平原地區地下水埋深與野生植被生長的關系,并提出基于生態安全保障目標下的地下水埋深指標。【切入點】目前有關平原區淺層地下水管理控制水位的內涵解讀、劃定方法尚不明確,造成劃定結果各異。故為統籌考慮各區域實際,開展對平原區淺層地下水管理控制水位使用更符合實際的劃定方法研究。【擬解決的關鍵問題】為此,以濮陽市淺層地下水超采區為例,對比改進的地下水均衡法、疏干體積法和時間序列法對地下水管理控制水位劃定結果的異同,為平原區淺層地下水管理控制水位劃定提供參考借鑒。
1研究方法及改進
地下水管理控制水位(GroundwaterManagementandControlWaterLevel,GMCWL),是從地下水管理與保護需求出發,根據區域地下水開發利用現狀和今后社會經濟發展用水需要,針對豐水年、平水年、枯水年等不同降水條件,確定滿足未來一定管理目標下的地下水位控制閾值。平原區淺層地下水由于受地形地貌、降水、地表水補給以及人類開采活動等影響,呈現出動態變化幅度大的特點。目前關于地下水管理控制水位的劃定方法可概括分為兩類:一類是不針對具體問題和對象的普適性方法,如時間序列法、回歸分析法、疏干體積法、地下水均衡法、數值模擬法等;另一類是針對地下水開采引發的特殊問題提出相應方法,如地面塌陷計算法、泉流量動態分析法等。相對而言,前一類方法更具普適性。為了比較不同方法的優缺點,根據典型研究區濮陽市地下水開采特點,采用地下水均衡法、疏干體積法、時間序列法的改進方法,對當地地下水埋深動態進行預測并劃定相應的管理控制水位。
1.1基于改進水均衡法的GMCWL劃定方法
地下水均衡法是以區域含水層作為水均衡單元,按照水量平衡原理,分析單元在某一時期內地下水系統補給和排泄關系的方法。傳統地下水均衡法采用各補給項和排泄項的多年均值來計算,傳統的水均衡法只有在規劃年設置在平水年條件下,結果精度更大。如果規劃年遭遇豐水年或枯水年,則會導致計算結果偏大或偏小,故不利于對地下水開發利用的有效管控。為此,應針對不同來水條件預測地下水位變幅,進而推求控制水位范圍。采用改進后的地下水均衡法劃定管理控制地下水位步驟為:(1)根據當地的水文地質條件劃分若干均衡區,并以此作為地下水位管理單元。(2)采用水文頻率曲線法推求豐水年、平水年和枯水年,并給出不同典型年下的降水補給條件。(3)根據水量平衡計算原理,計算不同典型年下的地下水資源量均衡差。QB-QP±ΔW=X,(1)δ=XQB×100%,(2)式中:QB為地下水總補給量(萬m3);QP為地下水總排泄量(萬m3);ΔW地下水蓄變量(萬m3);