水资源数值模型验证及现状地下水平衡分析

利用1990 ~ 2000年期间的水资源实际利用、河流水文、地下水位动态和气象等资料，对中游水资源数值模型进行了验证和识别。

在此期间，将实际水资源数据带入模型，模拟地下水位动态过程、泉水流动过程和正义峡流动过程。将模拟数据与实际数据进行比较，调整模型结构和模型参数，直至达到较好的拟合，即实现了对中游水资源系统的宏观模拟。

地下水位动态数据受地表水文、采矿和灌溉等随机因素的影响，具有一定的随机成分。一个月的地下水位波动，或者一个季度甚至一年的水位变化趋势，不一定代表区域地下水位的总趋势。因此，一个季度或一年的地下水下降值不能作为模型的验证依据。此外，实际水资源数据在数据处理上有所简化，简化汇总后的数据也存在微小的随机波动因素。

用于判断校对模型的理想数据应具有时间序列长、振幅变化大的特点。如果变化幅度远远超过随机波动干扰，其实质就是“过滤”随机干扰，提高仿真辨识的可靠性。

中游平原地区对地下水的研究程度比较高，积累了大量的水利资料。选取20世纪90年代地下水位的累积波动值和正义峡水文站过去65438+年2月至2月的径流资料作为模型验证和识别的依据(65438+年2月至2月，正义峡的径流基本上是这一时期泉水的溢出，因为没有沿黑河引水)，虽然某一年的地下水位动态具有以下特征。

通过调整模型的结构参数和地层参数，模拟水位与实际水位下降深度达到了较好的区域拟合，尤其是10年的累计水位变化，相对拟合精度接近90%。这可以说明两个问题:一是水资源数值模型的概化是合理的，二是模型能更好地模拟水资源各要素之间的相互作用。辨识出的数值模型可用于水资源调度预测和模拟分析，从而科学合理地配置中游水资源。

8.2.2地下水平衡分析

通过数值模拟，得到了黑河中游平原区不同时期的地下水资源平衡结果(表8。1)，并得出10年(1990 ~ 1999)地下水位下降模拟图(图8。3).

图8。3黑河中游平原区10年(1990 ~ 1999)地下水位下降模拟图。

表8。表1中部平原区地下水模拟平衡分析单位:108m3/ a

根据表8的分析。1，90年代初和2000年(当年)地下水补给资源总量为16。627×108m3/ a和14。632×108m3/ a。在10年间，减少了近2×108m3/ a，其中渠系和农田灌溉的渗漏量减少了2。125× 108m3/a..根据整个中游平原计算区的粗略统计，90年代初干渠、支渠和斗渠的利用系数约为60%，田间灌溉的入渗系数约为15% ~ 20%。到2000年，由于加强了渠道防渗，干渠、支渠和斗渠的利用系数平均提高到80%左右，大大减少了地下水的补给量。

20世纪90年代初至2000年的10多年间，为解决春旱问题，地下水开采量大幅增加，从0。65×108 m3/a至2。476× 65，438+008m3/a，导致各地排水要素重新调整，河流、泉水溢出，地下水蒸发相应。河流泉水溢出量从90年代初的12.131×108 m3/a逐渐减少到11.537×108 m3/a，减少了0。594× 65438.地下水蒸发量从4。417×108m3/ a到20世纪90年代初的2。849×108m3/ a，减少1。568× 108m3/a..

根据图8。3、累计10年递减分布表明，地下水位下降较深的位置没有强烈的地下水开采，这显然不是地下水开采造成的。深度落差较大的地区可超过4m，最大值出现在民乐县洪水河、桐子坝河前的冲积扇上部，深度落差达10m以上。其他深度落差较大的地方分布在没有地下水开采的南部山前地带(骆驼城地下水开采灌区除外)。

在模型修正过程中，为了寻求区域地下水位下降的影响机制，对各种可能的机制进行了大量的组合模拟分析。综合分析后认为，形成这种形状的下降场的原因主要有两个，其中最重要的是各灌区“面积分配”渗漏或灌溉回归补给的减少，即近十年来渠道衬砌防渗的加强和节水灌溉方式的逐步推广；另一个主要原因是山区洪水的拦蓄减少了山前地下水的补给。

同时，模拟结果表明，山前拦蓄的洪水对地下水的后续影响将持续几十年甚至上百年才能达到新的平衡。

黑河是平原中游最低的排水基准面。在这种特定条件下，与泉水和蒸发排水相比，河流溢流量和排水量相对稳定，即增加了地下水开采量，或因水利工程措施减少了地下水补给量。第一个影响应该是泉水上游源区的溢出和浅埋区地下水的蒸发。因此，河流溢流的衰减具有明显的滞后性，响应滞后期较长，而位于上游的泉水和浅埋地下水的响应滞后期较短，即泉水流量衰减较快。多年的实际资料和模型模拟结论都证明了这一点，符合地下潜水的环流规律。河流溢流量主要取决于河流附近的局部水力梯度。只要黑河附近的地下水流场(或梯度)不发生大的变化，河流溢流量就不会大幅度减少。当局部地下水埋深较小时，由于蒸发量与地下水埋深呈非线性关系，地下水蒸发强度随地下水埋深变化剧烈。虽然近十年来浅埋区地下水位下降幅度不大，但地下水蒸发量发生了明显变化，特别是在埋深小于2 m的地区，当地下水位埋深大于3m时，可以通过降低地下水位来限制地下水的蒸发量。

从资源平衡的角度看，中游平原区地下水平衡为负，虽然整个计算区为负，但负平衡主要发生在远离黑河的山区、泉域和浅蒸发区，具体表现为山前平原区地下水位下降较多，黑河、泉域和浅蒸发区水位下降较少。以2000年的平衡为例，在东南部(民乐县)，由于地下水位的持续下降，上游地区的含水层逐渐被抽干，使得这一局部地区的负平均地下水接近1。5×108 m3/a；但由于地下水排泄量的“适应性”调节(当补给量减少时，排泄量会自动减少)，地下水的负平均值较小，即在排泄区的局部区域，地下水补给量和排泄量大致平衡。

河流和泉水溢出响应的滞后特性容易给人一种错觉。一些水利工程的投入运行，增加了一些地表水资源的利用，也减少了地下水的补给。由于河流和/或泉水的滞后响应，溢出量没有立即减少，但地表可利用的水资源总量(地表水+地下水)似乎增加了。这只是短期的表现。实际情况是含水层“地下水库”逐渐被消耗。经过很长一段时间，地下水溢出量会逐渐减少，严重时会耗尽地下水资源。

以黑河中游东南平原(民乐县)为例，地下水位比张掖附近的黑河高出200多米。当灌区地下水位略有下降时，如10米，与整个地下水位下降相比，整体水力梯度变化小于10%，即在短时间内，通过含水层从上游区向下游输送的地下水量不会明显减少(短期内几乎是“常数”)，但以不断抽干上游含水层为代价，根据模拟平衡计算结果， 在目前条件下，民乐地区含水层年地下水消耗量约为(1.5 ~ 2) × 108m3。 从可持续发展的角度来看，长期排水对上游含水层的消耗，一方面是生态环境的巨大变化所不允许的，同时也会导致地下水资源的枯竭。这种开发利用方式可谓“花钱买粮”，无法长久持续。

随着渠道防渗工程的完善和节水技术的推广，可利用水量有所增加。我们应该利用多雨年份或季节“多余”的水资源来补充上游地区，从而阻止或减缓地下水资源向枯竭方向的演变，而不是盲目扩大耕地面积，将水资源循环转化为合理的、可持续的状态。