基本介紹
- 中文名：多尺度下水文回響滯後效應機理與控制
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：盧小慧
- 依託單位：河海大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
水文模型只有建立在對尺度相關的水文過程深刻理解基礎上，對於預測水文回響才是有效的。包氣帶作為聯繫地表水和飽和地下水的紐帶，其運動規律影響著不同尺度下的水文回響。本項目在點上對包氣帶岩性、地下水位埋深、土地利用類型和種植結構變化，節水灌溉等因素變化而引起的地下水水文回響的滯後延遲效應進行研究；在面上，結合GIS和RS技術,通過野外監測和室內實驗獲取數據，建立地表水-地下水耦合的水文模型，並探討流域尺度上如何選擇合適的非飽和流模型來刻畫包氣帶。研究非飽和流概念模型（兩層水均衡模型、 Richard方程模型、考慮優先流Richard方程模型、重力流Richard方程模型）在大尺度流域模擬所適用條件。對比多尺度下（點、流域尺度）的水文模型，探明多尺度下包氣帶岩性、地下水位埋深、節水灌溉等因素造成水文回響滯後延遲效應的機理，揭示多尺度下的水文回響的物理本質，為洪水的準確預報提供理論依據。
結題摘要
本研究選取鄭州均衡實驗場、武漢大學灌溉排水與水環境綜合試驗場為典型研究區，研究不同因素變化而引起的地下水水文回響變化、非飽和帶土壤水熱及優先流運移規律。利用經過識別的水文模型，探討5種非飽和流概念模型對水文回響影響方式及適用條件。以實驗觀測和模型模擬研究相結合，運用MIKESHE分散式流域水文模型，結合GIS和RS技術，建立鄭州地區地表水和地下水耦合的分散式流域水文模型，揭示多尺度下的水文回響的物理本質，為洪水的準確預報提供理論依據。本項目通過三年的研究工作，已完成項目計畫內容，還發現了更有利於研究區涵養地下水資源，防止漏斗區的繼續擴大的地下水開採方案。主要研究成果和結論如下:(1) 在一定的水流通量下，土壤質地越細，土壤初始土壤含水量高更易產生優先流。降雨量小於20mm臨界值時，無優先流的發生；有積水與無積水上邊界條件相比，有積水上邊界條件下更易發生優先流。基質勢梯度是液態水運移的主要驅動力，而溫度梯度是水汽運移的主要驅動力。(2)雙層模型與其他模型比較而言，與河流徑流量觀測點和地下水位觀測點最為接近。而且，雙層模型在夏季對降雨產生快速的回響，這一點優於其他模型。徑流量峰值排序為雙層模型＞RI重力模型＞RI優先流模型＞傳統RI模型。雙層模型對降雨有快速回響,傳統RI模型對降雨回響很緩慢。雙層模型蒸騰發量比其它4種模型要高。(3)鄭州平原區主要由黃河﹑賈魯河和雙洎河沖洪積扇組成地下水的主要補給來源為降雨入滲，側向徑流補給；主要排泄為人工開採﹑側向徑流排泄和蒸發。地下水總的流向是由北向南、由西向東徑流。根據三維地質結構把模擬區垂向剖分6層，共有有效模擬單元格32574個，有效模擬範圍2675km2 。研究區模擬期內地下水總補給量為58980.35×104m3/a，總排泄量為60043.06×104m3/a，均衡差為1062.70×104m3/a。鄭州流域地下水補給集中在9-12月和1-3月；地下水位埋深為1m左右，地下水補給峰值的滯後時間很短,大約滯後1-2 d；對於地下水位埋深在2-5m之間，滯後現象較為明顯，峰值滯後4-5 d；對於地下水位埋深＞10m的, 峰值滯後時間則很從長遠意義來說，2020年南水北調中線對鄭州平原區供水，在鄭州，新鄭，中牟淺，中深層實行停采地地下水，總停采9600×104m3/年的方案更有利於研究區涵養地下水資源，防止漏斗區的繼續擴大。
