應(yīng)用分布式流域地下水評(píng)價(jià)模型評(píng)價(jià)三江平原地下水資源系統(tǒng)摘要：流域系統(tǒng)是相對(duì)完整的系統(tǒng)，以流域?yàn)閱卧M(jìn)行水資源綜合管理，有助于理解流域演變的客觀規(guī)律，揭示生態(tài)系統(tǒng)物理過程，提高管理效能。地下水資源系統(tǒng)綜合反映了氣象、地形、人為活動(dòng)的影響。應(yīng)用分布式流域地下水管理模型評(píng)價(jià)三江平原地下水資源系統(tǒng)，參數(shù)較少、容易獲取且均具有明確的物理意義，可以有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和輸入因素的成分提取，對(duì)地下水系統(tǒng)有較好的解釋能力，利于建模和預(yù)測(cè)。實(shí)踐證明，是一種行之有效的方法。關(guān)鍵字：分布式流域地下水評(píng)價(jià)三江平原1.引言流域綜合水管理是國(guó)際性的普遍趨勢(shì)，以流域?yàn)閱卧M(jìn)行綜合管理是實(shí)現(xiàn)資源、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最佳途徑，這一觀點(diǎn)已成為各國(guó)政府和科學(xué)界的共識(shí)。流域綜合水管理是指將水的自然單元作為整體來實(shí)施管理，使決策過程綜合考慮水管理的各方面要素，就流域地下水系統(tǒng)而言，主要包括水資源涵養(yǎng)系統(tǒng)、水資源利用系統(tǒng)、流出系統(tǒng)和水生態(tài)系統(tǒng)，從信息、規(guī)劃、工程三方面進(jìn)行管理[1]。三江平原位于黑龍江省東北部，面積10.88×104km2，水土資源總量比較豐富，適于大規(guī)模的耕作，增產(chǎn)潛力很大，是我國(guó)未來糧食安全的重要保障，近年來該區(qū)地下水嚴(yán)重超采，地下水位下降速率達(dá)0.3～0.6m/a，水資源供需矛盾十分突出。地下水系統(tǒng)評(píng)價(jià)能夠綜合反映該區(qū)地下水補(bǔ)給、排泄和地下水動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，因此重新評(píng)價(jià)三江平原地下水資源系統(tǒng)，合理制定水資源開發(fā)利用方案，有助于逐步實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)良性發(fā)展。撓力河流域地處我國(guó)東北邊疆，位于三江平原腹地，地理坐標(biāo)東經(jīng)131°15′20″～134°9′38″，北緯45°43′22″～47°19′24″，是烏蘇里江的一級(jí)支流。撓力河流域南部為山區(qū)，高程一般在200～600m左右，北部為平原，高程為55～70m，地形自西南向東北傾斜，由于撓力河沿岸新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的作用，在松花江階地基礎(chǔ)上，撓力河下切，又發(fā)育了撓力河一級(jí)階地，但坡度很小，地勢(shì)低平，并有碟形洼地、線形洼地分布，形成崗?fù)菹嚅g、微波狀起伏的地貌形態(tài)，地形比降在1/4000～1/10000左右。目前該區(qū)已成為重要的商品糧基地，現(xiàn)有耕地3.51×104hm2；不同類型自然保護(hù)區(qū)9處，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和人們對(duì)生態(tài)環(huán)境認(rèn)識(shí)的不斷深化，該地區(qū)的涉水矛盾日益突出，近年來氣候條件和下墊面因素變化較大，重新評(píng)估撓力河流域地下水資源，已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一項(xiàng)重要課題。2.基于物理過程分布式地下水資源評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建2.1模型結(jié)構(gòu)分布式地下水資源評(píng)價(jià)模型從水平方向上把流域面分解為若干均勻的柵格單元，在第四系含水層——隔水泥巖——第三系含水層垂直方向上分層實(shí)現(xiàn)氣象、巖性、工農(nóng)業(yè)布局等參數(shù)的空間分布。從宏觀角度來看，撓力河流域應(yīng)該屬于一個(gè)大型的含水層系統(tǒng)。在這個(gè)大型含水層系統(tǒng)內(nèi)，埋藏有第四系松散巖類孔隙水、第三系碎屑巖類孔隙裂隙水和前第四系基巖裂隙水的多個(gè)含水層單位。各含水層之間，在平面上或剖面上相互連接，存在直接或間接的水力聯(lián)系，并共同構(gòu)成區(qū)內(nèi)地下水的儲(chǔ)存空間與徑流通道。根據(jù)流域的含水層結(jié)構(gòu)物理性質(zhì)將其自上而下分為三層，：淺層含水層組、弱透水層、深層含水層組。模型流程分為兩步：（1）柵格內(nèi)水均衡計(jì)算，確定某一時(shí)段內(nèi)的水量變化；（2）整個(gè)流域水文網(wǎng)的地下水動(dòng)態(tài)計(jì)算。地下水系統(tǒng)的水量總和滿足連續(xù)性原則。采用國(guó)際通用的VisualMODFLOW3.1模擬三江平原撓力河流域地下水系統(tǒng)，MODFLOW采用有限差分法對(duì)地下水流進(jìn)行數(shù)值模擬。為防止有限單元法在解決非穩(wěn)定的地下水流運(yùn)動(dòng)問題時(shí)，時(shí)間步長(zhǎng)Δt較小的情況，某些單元可能出現(xiàn)的質(zhì)量不守恒，我們采用有限差分法求解，這樣可以避免有限單元法引起的個(gè)別點(diǎn)的水頭反常[3]。實(shí)際情況中這些水頭異常點(diǎn)往往出現(xiàn)在變化較為劇烈的源匯項(xiàng)附近，而這些地方又經(jīng)常是我們重點(diǎn)關(guān)心的地帶。從空間上看，流域地下水流整體上以水平運(yùn)動(dòng)為主、垂向運(yùn)動(dòng)為輔，為了準(zhǔn)確模擬撓力河對(duì)淺層地下水的補(bǔ)給量和淺、深層之間的越流量，較真實(shí)地再現(xiàn)撓力河流域地下水動(dòng)力場(chǎng)演變，將研究區(qū)的地下水流作為三維非穩(wěn)定流處理，撓力河流域地下水系統(tǒng)包括孔隙介質(zhì)和裂隙介質(zhì)，為了更好地解決地下水在不同介質(zhì)中的流動(dòng)問題，對(duì)研究區(qū)地下水系統(tǒng)按輸入模塊進(jìn)行如下概化：（1）基本模塊考慮研究區(qū)范圍和精度的要求，全區(qū)按照5km×5km正方形網(wǎng)格剖分，40行、45列，共48685個(gè)計(jì)算單元。由于很難獲得研究區(qū)2001年流場(chǎng)分布的資料，考慮5月份為地下水動(dòng)態(tài)變化轉(zhuǎn)折點(diǎn)[2]，選擇2000年11月1日～2001年4月30日時(shí)段先進(jìn)行穩(wěn)定流計(jì)算，確定枯水期流域地下水流場(chǎng)，結(jié)果作為非穩(wěn)定流計(jì)算的初始條件。模擬時(shí)期為2000年11月到2001年10月，共分為七個(gè)時(shí)段模擬，考慮北方凍土期無蒸發(fā)、入滲，選定2000年11月～2001年4月為第一個(gè)計(jì)算時(shí)段，以后各月以一個(gè)月為一個(gè)時(shí)間段，每個(gè)時(shí)間段內(nèi)包括若干時(shí)間步長(zhǎng)，時(shí)間步長(zhǎng)為模型自動(dòng)控制，嚴(yán)格控制每次迭代的誤差。一類邊界的水位資料與地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料同步選取。（2）計(jì)算單元間滲流模塊第四系含水層選擇含水層類型1（LAYCON=1）：這種類型僅用于單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)的最上層，并且該含水層具有潛水含水層的特征；弱透水層既具有承壓含水層性質(zhì)又具有非承壓含水層的性質(zhì)，故選擇含水層類型2（LAYCON=2）處理弱透水層；含水層類型0（LAYCON=0）多用于模擬承壓含水層，與第三系含水層性質(zhì)一致。（3）井流模塊計(jì)算區(qū)域的城鎮(zhèn)開采量、工業(yè)開采量、農(nóng)村生活開采量，按行政分區(qū)和所屬含水層類型分配給指定計(jì)算單元，抽水量不超過該區(qū)的單井最大出水量。胡點(diǎn)（拔4灣）邊界模袍塊對(duì)于淺偶層含水層詠：研究區(qū)模東南、南中、西南部狡是完達(dá)山介山麓，與導(dǎo)外界第四梁系水沒有載交換，可齒視為隔水屬邊界；東芝北、北部話及西北均析為流域分妥水嶺，可握概化為定吃水頭邊界稼考慮。對(duì)民于深層含左水層：研伴究區(qū)深層碎地下水與勵(lì)外界存在筑一定水力體聯(lián)系，東脂南、南部卸、西南接勸受外界徑跟流補(bǔ)給，答為徑流補(bǔ)維給邊界；獨(dú)東北、北謹(jǐn)部、西北累為地下水角排泄邊界們。利用達(dá)趴西定律計(jì)壁算出邊界曠流熱量壯,束然后根據(jù)摟邊界附近居的觀測(cè)井通的水位動(dòng)鴉態(tài)堵,郊按時(shí)段調(diào)遭整邊界流回量，以井岔流形式分杜配給邊界闊計(jì)算單元蓋。適敞（醫(yī)5桌）補(bǔ)給模吃塊補(bǔ)給項(xiàng)路包括降水塑、灌溉回塊滲、農(nóng)業(yè)母灌溉開采拴等，各項(xiàng)感均換算成過相應(yīng)分區(qū)曠的開采強(qiáng)波度，然后襪分配到相散應(yīng)的單元憂格。補(bǔ)給歉方式選擇釋第三雀種渡“悶假若計(jì)算牽單元上方匯沒有定水薪頭計(jì)算單辟元，補(bǔ)給米指定到位禁于最上層戒的有效計(jì)勻算單纏元塘”刪。雞膝（擦6腐）蒸發(fā)模面塊研究區(qū)臂蒸發(fā)非常光強(qiáng)烈，為違地下水的尺重要排泄酒途徑。蒸丑發(fā)量主要依與潛水位森埋深、包恢氣帶巖性扯、地表植防被和氣候芬因素有關(guān)恭，一般認(rèn)白為水位埋欺深大請(qǐng)于行5懶m釀的地區(qū)潛牧水蒸發(fā)很妹小。潛水潑蒸發(fā)量由皇下式計(jì)算萍：（1）撫式中：誼—遵—蕩地下水蒸囑發(fā)排泄量退（醋）；難—脹—襪埋深小蠅于鐘5神m糠的平均水謝位埋深悄（昌m灑）；掘—先—飼地下水蒸額發(fā)極限埋冶深鎮(zhèn)4斤m眠（赤m裂）；頌—筐—潮地下水位好埋深小胡于條5芝m廣的區(qū)域面認(rèn)積珍（辟10把4鄭m福2鵲）；也—辣—經(jīng)地下水蒸篇發(fā)強(qiáng)度詳（易mm/咳a經(jīng)）（自然至水體水面劉蒸發(fā)強(qiáng)度抗即實(shí)際水販面蒸發(fā)強(qiáng)杰度，為蒸掉發(fā)皿測(cè)得藝蒸發(fā)強(qiáng)度愈的賴60攪%尚）；晉—曠—堆與巖性有蒜關(guān)的指數(shù)顆（粉土、脈粉質(zhì)粘土沸取媽1.塵5輩，粉砂弱取碎1.憑0隆）。匪搖臭2.朵2膨模型校正搭與結(jié)果分儀析躲庸蹄2.2.兔1幟水文地質(zhì)紅參數(shù)句根據(jù)闖前述水文惠地質(zhì)條件飲，將潛水喉含水層分痕為咐4患個(gè)區(qū)，主股要的水文張地質(zhì)參數(shù)隱有：淺層秤含水層的翼滲透系數(shù)唇和包氣帶資的給水度課（溉圖櫻1孟），水文陸地質(zhì)分區(qū)狀底圖利毅用脖Arci死nfo8企.凈3葉制作，便憑于最大精洲度控制各郵分區(qū)面積狡。版圖桐1.么懸撓力河流血域第四系保水文地質(zhì)疑參數(shù)分區(qū)增圖尸F(xiàn)igu饞re1.墓Hyd違rolo過gica執(zhí)lpa壁rame蛛ter得suba洋rea餡ofN謹(jǐn)aoli陣heb雷asin雪Qua跌tern嶺ary右grou信ndwa載ter栗深層由于漂研究程度培低，本研民究只粗略肅分區(qū)，主抓要的水文心地質(zhì)參數(shù)流有：滲透西系數(shù)、釋惑水系數(shù)（管圖例2擇）。各區(qū)齡的水文地冠質(zhì)參數(shù)初些值主要參痰考有關(guān)的斃水文地質(zhì)歐報(bào)告。要圖吩2.語煤深層含水渾層水文地牲質(zhì)參數(shù)分億區(qū)錯(cuò)Figu眠re2.幼Hyd肝rolo竿gica使lpa鼻rame街ter偏suba鉗rea嘴ofN不aoli捕heb汗asin粥Ter瞎tiar乖ygr銹ound膛wate社r灑掙沈2.2.懷2拍模型校正傾由于研究蹤區(qū)面積大胳，有些地秒方的研究怒程度較低巧，故模型頌不可能準(zhǔn)驅(qū)確刻畫出爸研究區(qū)的奇地下水流呀系統(tǒng)，模肌型的識(shí)別顛和檢驗(yàn)主擋要遵循以包下原則蛇：團(tuán)①餓模擬的地堤下水流場(chǎng)墨要與實(shí)際蒸地下水流沈場(chǎng)基本一湊致，即要爐求地下水遭模擬等值憲線與實(shí)測(cè)前地下水位衣等值線形鉛狀相似網(wǎng)；蟻②盆模擬地下邊水的動(dòng)態(tài)備過程要與冰實(shí)測(cè)的動(dòng)潑態(tài)過程基武本相似，沃即要求模嶄擬與實(shí)際膀地下水過億程線形狀腎相似鹿；倡③估從均衡的系角度出發(fā)扮，模擬的父地下水均乖衡變化與換實(shí)際要基授本相符鍛；晶④炕識(shí)別的水銀文地質(zhì)參量數(shù)要符合刮實(shí)際水文慧地質(zhì)條件落。采用試希估－校正壤法間接反座演參數(shù)，宴識(shí)別后的絲水文地質(zhì)德參數(shù)見待表按1安。鑰表點(diǎn)1燦道研究區(qū)模壘擬模型識(shí)珠別后水文羅地質(zhì)參哲數(shù)只Tabl市e1.S軟imul副ated智mod閣elr堡ecog肝nize龜dhy括drol夕ogic絡(luò)alp桂aram扇eter登淺層含水賢層裕深層含水拆層伐分區(qū)犁滲透系飄數(shù)欠k腹x喂、扇k評(píng)y智（專m/餐d雖）脈給水度喂分區(qū)棉滲透系生數(shù)戴k柴x全、亮k遷y宇（喜m/伯d劈）銳彈性釋水據(jù)系數(shù)懼1吉35噴0.25響1蜻15渡0.00睬046這2裹20殊0.21決2茅10旅0.00甚031撫3喜10籌0.14潤(rùn)3鳥5蜻0.00鍬027付4充7遺0.07血弱透水層菠0.01娘0.00鑄1紙注：圓垂向滲透畢系舊數(shù)傷k欠z牲=0.1挖×傻水平滲透塌系易數(shù)能k跡x宇/k毅y談?dòng)?jì)算舉與觀測(cè)水誼頭圖提供握根據(jù)模型握結(jié)果得出孟的觀測(cè)數(shù)霞據(jù)與計(jì)算威數(shù)據(jù)之間除擬合程度尾的圖形描揭述，表明而模型模擬傭研究區(qū)水翠文地質(zhì)條誕件的程度痕。鍬圖摧3.斷秘觀測(cè)水位湯與計(jì)算水品位擬合圖云Figu虜re3.界Cal福cula挨ted傅head旗vs.柄obs狗erve筑dhe訴ad摸模型跳平均殘蕩差拘16.9疾53惠m朽，標(biāo)準(zhǔn)誤悼差右2.74胖5架m嘴，觀測(cè)值咳與計(jì)算值渴誤差繡在雹±9過5老％置信區(qū)毯間占總觀刻測(cè)井概的叛89.5遙5描％，相關(guān)彼系櫻數(shù)惹0.96召2旦，模型識(shí)膏別和檢驗(yàn)著結(jié)果證明心所建立的準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型被、邊界條繩件、水文紙地質(zhì)參數(shù)不和源匯項(xiàng)壟的確定都溜是符合實(shí)辭際情況的粉。錯(cuò)3鉆.碗流域地下飯水系統(tǒng)分平析掃從全裂區(qū)均衡計(jì)弱算結(jié)果來義看芹，戶200驢1翼年上游地藏區(qū)為枯水取年向濕潤(rùn)幕年的過渡衣，中下游信地區(qū)為枯窄水年向平闖水年過渡僚，整個(gè)地餓下水系統(tǒng)乓是負(fù)均衡赤，為敬。流域地平下水位比噸常年下延降裝0.4索m塊，具體流階場(chǎng)分布詳酬見伍圖礦4紡。裳圖英4.2欺00倒1能年林1勇0串月?lián)狭语溋饔虻谒淖V系流場(chǎng)圖4.結(jié)語幸本文研究陶所建立的騾流域基于梢物理過程邪的分布式較地下水管恭理模型參嬸數(shù)較少、投容易獲取仔且均具有頃明確的物枝理意義。戀利用該模打型較好地胖解決了孔籃隙、裂隙都水并存地芬區(qū)的地下四水模擬問逝題，能模狡擬降雨、滿地形、蒸婆發(fā)、人類揪活動(dòng)對(duì)地敲下水系統(tǒng)鞋水文過程茫的影響，應(yīng)綜合考慮匯研究區(qū)第蓋四系和第秩三系地下何水資源，兆通過改變簡(jiǎn)模型中降艷雨補(bǔ)給、吼蒸發(fā)強(qiáng)度靈及開采量鴨可以探討糊未來流域皂水文過程厭對(duì)降雨、托蒸發(fā)和人和類活動(dòng)的先響應(yīng)。基捐于物理過躁程分布式師參數(shù)的流險(xiǎn)域地下水全模型側(cè)重易于對(duì)地下懶水水文過王程本身的妹物理描述制，進(jìn)而可秧以用來模腹擬和預(yù)測(cè)鍛水資源利吳用發(fā)展變初化對(duì)水文寫過程的影幕響，為實(shí)崇現(xiàn)流域可鑼持續(xù)管理翅提供有力呀的依據(jù)。參考文獻(xiàn)盛[1]奔疫余新音曉嘉,濕程根吼偉促,添趙玉濤者等支.蓋莊森林流域盈分布式