河道干涸及过水量变化对地下水位的影响
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发布时间：2022-04-30 21:36
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时间：2023-10-14 22:03
河道两侧受河道行洪的影响地下水位表现出不同的变化特征，其变化趋势受距离河道远近、行洪水量及年代不同等多重因素的影响。地下水位动态变化的基本机理如下：
在地下水开采初期，河道常年过水，两岸地下水埋藏较浅，地下水位与河道水位之间相差不大，水头差很小，两者之间有较强的水力联系(图6-17)。河道水位是控制地下水位的主导因素，当河道水位上涨，河道渗漏补给水量可迅速到达两岸地下水，但受水力坡度(水头差)控制，地下水位响应强度较小。
在地下水超采阶段，由于河道长期干涸，包气带水分亏缺，河道水与地下水失去水力联系。当河道水位上涨，河道水需较长时间才能传递到地下水，地下水响应时间增长，但由于两者之间水头差较大，在建立水力联系后，河道水会不断补给地下水，地下水位响应强度增大。
图6-17 北中山水文站(1957～1958年)近岸地下水位与河道水位之间的关系
(图b据王金哲等，2009a)
回归方程通过α=0.01显著水平的F检验(F值为44.86)
a—水位过程线；b—地下水位与河道水位之间的相关关系
本文以滹沱河为典型河道，选取石002孔(距离河道500m)、石033孔(距离河道1.2km)、石037孔(距离河道300m)、石041孔(距离河道450m)和石055孔(距离河道1.0km)为典型观测孔，研究不同年代、不同距离及不同行洪水量下，地下水埋深动态变化规律。
根据前节研究，1961～1968年研究区地下水流场处于天然阶段，此阶段内滹沱河河道内常年过水，在地下水与河道水具有水力联系的范围内，河道水位与地下水位之间的水头差是影响地下水位动态的主导因素。以1963年8月滹沱河流域大洪水为例(图6-18)，8月5日黄壁庄水库泄洪后，距离河道450m的石041孔和距离河道1.0km的石055孔均为8月10日到达最高水位，响应时间(从黄壁庄水库开闸放水至地下水位恢复到最高水位的时间)为5 d，且距离河道较远的石055孔水位上升幅度达4.93m，反比距离河道较近的石041孔上升幅度大3.54m，这是因为在水库放水之前，石055孔的地下水位标高为58.84m，而石041观测孔的地下水位标高为61.68m，由于水力联系密切，水头差决定了地下水位上升幅度的大小。
图6-18 近岸地下水位对1963年上游泄洪来水的响应变幅特征
(注：图中数据源自《河北省地下水位统计年鉴(石家庄)》
1968～1980年为地下水超采初期，此阶段由于黄壁庄水库和岗南水库的拦蓄作用，滹沱河河道径流量大幅减少，河道只能间歇性过水，1972年、1974年和1975年流域干旱，河道常年断流。1968～2005年河道行洪水量见表6-2。选取1973年作为典型年，石002孔、石033孔和石037孔作为典型观测孔进行研究。
表6-2 主要河(渠)行洪量表
注：表中数据1971～1974年源自《石家庄城市地下水资源评价》，1975年以来的数据源自历年《石家庄地下水环境监测报告》。
从图6-19可以看出，1973年8月初流域发生洪水，黄壁庄水库泄洪量为2.30亿m3，距离河道最近的石037观测孔水位上升幅度最大，于当年11月5日达到水文年的最高水位，上升幅度为5.01m，响应时间为90 d；其次为石002孔，于12月25日达到最高水位，上升幅度2.74m，响应时间为140 d；距离河道最远的石033孔，于次年的2月15日上升到最高地下水位，上升幅度1.90m，响应时间为190 d。
图6-19 近岸地下水位对1973年上游泄洪来水的响应时间特征
(注：图中数据源自《河北省地下水位统计年鉴(石家庄)》
从以上分析可以看，距离河道越近，地下水位响应幅度越大，响应持续时间相对越短；反之，距离河道越远，地下水位响应幅度越小，响应持续时间越长。与天然阶段相比，由于地下水位下降，渗透路径增长，响应时间明显增长，但响应幅度变化幅度不大，这可能是因为放水量相比“63·8”相对较小，且有大量水分消耗在包气带的缘故。
在地下水漏斗形成阶段(1981～1995年)和严重超采阶段(1996～2005年)，滹沱河河道断流天数明显增大，大多数年份断流天数均在360d以上，1988年发生大洪水，8月6日黄壁庄水库泄洪10.7亿m3，此前河道已连续8年无水，石037孔于10月30日水位上升到最高点，回升幅度9.8m，响应时间85d；石002孔回升幅度5.31m，响应持续时间155d；石033孔上升幅度1.45m，响应持续时间150d(图6-20)。1996年8月(96·8)流域发生大洪水，黄壁庄水库泄洪量达22.9亿m3，石037孔地下水位回升12.4m，水位于10月30日到达最高点，响应持续时间为85d；石002孔回升幅度为10.9m，于1997年6月30日水位回升到最高值，历时约320d；石037孔水位回升4.6m，于1998年1月30日回升到最高值，历时420d(图6-21)。
图6-20 近岸地下水位对1988年上游泄洪来水的响应变幅特征
(注：图中数据源自《河北省地下水位统计年鉴(石家庄)》
从图6-18～图6-21可以得出，在地下水流场天然阶段，河道水与地下水水力联系密切，地下水位对泛洪响应的持续时间与距离河道远近关系不大，响应强度与两者之间的水头差关系密切；在地下水超采初期、漏斗形成和严重超采阶段，地下水位对泛洪响应持续时间与渗透路径长短关系密切，渗透路径越长(地下水埋藏越深)，响应持续时间越长，反之，则持续时间越短，响应强度则与放水量关系密切，放水量越大，响应强度越大，反之，则越小。
图6-21 近岸地下水位对1996年上游泄洪来水的响应变幅特征
(注：图中数据源自《河北省地下水位统计年鉴(石家庄)》
