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水力坡度計算表（水力坡度計算表各行各列數(shù)據(jù)代表什么意思）

發(fā)布時間：2023-04-01 10:06:55 稿源：創(chuàng)意嶺閱讀： 682 當前文章關鍵詞排名出租

大家好！今天讓創(chuàng)意嶺的小編來大家介紹下關于水力坡度計算表的問題，以下是小編對此問題的歸納整理，讓我們一起來看看吧。

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本文目錄:

1、灌區(qū)地下水均衡計算
2、單排的井點降水法的水力坡度是多少,雙排的是多少,環(huán)形的是多少
3、實驗區(qū)地質環(huán)境條件
4、地下水資源形成與變化特征

水力坡度計算表（水力坡度計算表各行各列數(shù)據(jù)代表什么意思）

一、灌區(qū)地下水均衡計算

一、均衡區(qū)的劃分及時段選擇

依據(jù)涇惠渠灌區(qū)地質構造、地貌單元進行水文地質分區(qū)，將灌區(qū)分為4個區(qū)，7個亞區(qū)。涇、渭河漫灘及一級階地的第四系全新統(tǒng)含水巖組區(qū)；涇河二級階地第四系全新統(tǒng)含水巖組區(qū)；涇河三級階地、渭河二級階地第四系上更新統(tǒng)含水巖組區(qū)；黃士臺源第四系中更新統(tǒng)含水巖組區(qū)。涇河漫灘及涇河一級階地強富水亞區(qū)；渭河漫灘及渭河一級階地強富水亞區(qū)；涇河二級階地清峪河以南富水亞區(qū)；涇河二級階地清峪河以北富水亞區(qū)；涇河三級階地中等富水亞區(qū)；渭河二級階地中等富水亞區(qū)；黃士臺源弱富水亞區(qū)（陜西省涇惠渠灌區(qū)地下水調查研究組，1983）。

均衡時段的確定，根據(jù)灌區(qū)灌溉年度即11月1日起至次年10月底為均衡計算時段。各灌季的時段分為：冬灌11月1日至2月底；春灌3月1日至5月底；夏灌6月1日至8月底。

二、均衡方程的建立

依據(jù)水均衡原理，結合灌區(qū)潛水的補給、徑流、排泄條件，建立如下的水均衡方程（地礦部水文地質工程地質技術方法研究所，1978）：

灌區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水對地下水空間分布影響及模擬

其中：

Q_補＝Q_田補+Q_雨補+Q_渠補+Q_側補+Q_開補

Q_排＝Q_開采+E+Q_側排+Q_用

式中：Q_補為地下水總補給量，m³/d；Q_排為地下水總排泄量，m³/d；μ為水位變動帶給水度；F為均衡區(qū)面積，km²；∆t為均衡時間段長，d；∆H為與 ∆t對應的水位變幅，m；Q_田補為渠灌田間入滲補給量；Q_雨補為降水入滲補給量；Q_渠補為渠系滲漏補給量；Q_側補為側向徑流補給量；Q_開補為井灌開采回歸補給量；Q_開采為地下水開采量；E為潛水蒸發(fā)量；Q_側排為側向排泄量；Q_用為人畜工業(yè)用水開采量。

三、補給量計算

1.降水入滲補給量（Q_雨補）

降水入滲量的多少，主要受地層巖性等地質條件影響，根據(jù)灌區(qū)氣象站2010年降水量408.0mm及各典型年的降水量，將其代入下式中，計算出大氣降水入滲補給量。

Q_雨補＝∑a_i·P_i·F_i （7-8）

式中：a_i為不同區(qū)段的降水入滲系數(shù)值；p_i為不同頻率下的降水總量（mm）；F_i為不同區(qū)段的面積，km²。灌區(qū)降水入滲補給量見表7-5。

表7-5 灌區(qū)降水入滲補給量 Table7-5 precipitation infiltration recharge in Jinghui Canal Irrigation District

2.地下水側向流入量（Q_側補）

根據(jù)所選的斷面位置、斷面長度、含水層平均厚度、平均水力坡度、平均滲透系數(shù)，利用下式計算地下水側向徑流補給量。

Q_側補＝K·I·B·H （7-9）

式中：K為含水層的滲透系數(shù)，m/d；I為斷面處的水力坡度；B為斷面寬度，km；H為潛水含水層厚度，m。2001年側向補給量見表7-6。

表7-6 灌區(qū)2005年側向補給量 Table7-6 Lateral recharge in Jinghui Canal Irrigation District in 2005

3.渠灌田間入滲補給量（Q_田補）

本次將斗、農(nóng)、毛三級渠道的滲漏補給量計入渠灌田間入滲補給量。渠灌田間入滲補給量可利用下式計算：

Q_渠灌＝β_渠·Q_渠田（7-10）

式中：Q_渠灌為渠灌田間入滲補給量，10⁴m³；β_渠為渠灌田間入滲補給系數(shù)（無因次）；Q_渠田為渠灌水進入田間的水量，10⁴m³（應用斗渠渠首引水量）。

利用式（7-10）計算多年平均渠灌田間入滲補給量見表7-7，Q_渠田采用1990～2010年期間的多年平均值，β_渠采用近期地下水埋深和灌溉定額條件下的分析成果。

表7-7 灌區(qū)渠灌田間入滲補給量 Table7-7 Canal irrigation field infiltration recharge in Jinghui Canal Irrigation District

4.井灌回歸補給量（Q_開補）

根據(jù)灌區(qū)實際統(tǒng)計井灌面積計算井灌回歸補給量，井灌回歸補給系數(shù)β_井統(tǒng)一取0.17。

5.渠系滲漏補給量（Q_渠補）

本次只計算干、支兩級渠道的滲漏補給量，利用干支渠計算時段引水量和渠系滲漏損失系數(shù)計算，計算公式：

Q_渠補＝m·Q_渠首引（7-11）

式中，Q_渠首引為渠首引水量，10⁴m³；m為渠系滲漏補給系數(shù)（無因次）。利用渠系滲漏補給系數(shù)法，即利用式（7-10）計算多年平均渠系滲漏補給量Q_渠補時，相關計算參數(shù)應采用2001～2009年期間的渠系滲漏補給量（表7-8）。

表7-8 灌區(qū)渠系滲漏補給量 Table7-8 Canal system leakage recharge in Jinghui Canal Irrigation District

四、排泄量計算

1.地下水開采量（Q_開采）

地下水開采量指灌溉開采的地下水量，根據(jù)灌區(qū)實際調查統(tǒng)計的井灌面積與灌水定額來計算。

2.潛水蒸發(fā)量（E）

潛水蒸發(fā)經(jīng)驗公式用修正后的阿維里揚諾夫（C.φ.AвepъянОв）公式：

灌區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水對地下水空間分布影響及模擬

式中：Z₀為極限埋深，m，即潛水停止蒸發(fā)時的地下水埋深；n為經(jīng)驗指數(shù)，一般為1.0～2.0，應通過分析，合理選用；k為作物修正系數(shù)；Z為潛水埋深，m；E、E₀分別為潛水蒸發(fā)量和水面蒸發(fā)量，mm。由于本區(qū)地下水位的埋深均＞7m，因此忽略不計潛水面的蒸發(fā)量。

3.側向排泄量（Q_側排）

根據(jù)排泄邊界實測的地下水等水位線圖確定計算斷面位置，并確定各計算斷面長度、水力坡降、含水層厚度，按達西公式計算：

Q_側排＝K·I·B·H （7-13）

式中：K為含水層的滲透系數(shù)，m/d；I為斷面處的水力坡度；B為斷面寬度，km；H為潛水含水層厚度，m。灌區(qū)2005年側向補給量計算結果見表7-9。

4.人畜飲水、工業(yè)城鎮(zhèn)地下水開采量（Q_用）

對灌區(qū)工業(yè)用水、生活用水按各縣區(qū)進行統(tǒng)計，用水標準按照工業(yè)及生活用水定額。近10年灌區(qū)人畜飲水、工業(yè)城鎮(zhèn)地下水開采量見表7-10。

表7-9 灌區(qū)2005年側向排泄量 Table7-9 Lateral discharge in Jinghui Canal Irrigation District in 2005

表7-10 灌區(qū)人畜飲水、工業(yè)城鎮(zhèn)地下水開采量 Table7-10 Canal system leakage recharge in Jinghui Canal Irrigation District

五、地下水均衡分析

根據(jù)以上各年水資源量計算結果，計算出區(qū)內(nèi)近10年內(nèi)平均的補給量、排泄量見表7-11。

表7-11 灌區(qū)近10年平均地下水均衡計算結果 Table7-11 Average ground water equilibriumcal culation in Jinghui Canal Irrigation District（2001-2009）

計算區(qū)位于涇、渭河河谷階地區(qū)，分布有涇河一至三級；渭河一至二級階地，其中二級階地分布面積占總面積的90%左右。在地下水的開采深度范圍內(nèi)，以第四系全新統(tǒng)沖積層為主，次為上更新統(tǒng)沖積層及風積層，西北部邊緣及北部與黃士臺源接界的局部地區(qū)，有第四系全新統(tǒng)洪積扇分布，面積微小。在上述松散巖層中，主要賦存著空隙潛水，僅涇河一級階地區(qū)，由于地層為二元結構（上細下粗），局部地區(qū)微具承壓性質。從目前及近期發(fā)展看，仍以開采第四系全新統(tǒng)沖積含水巖組的潛水為主，高階地區(qū)還涉及上更新統(tǒng)沖積含水巖組（渭河二級、涇河三級階地區(qū)），但此區(qū)面積甚小。含水層巖性：在涇河一級階地區(qū)以粗砂、砂礫卵石為主，上覆亞砂士、亞粘士互層，屬強富水區(qū)，單位涌水量一般為720～168m³/d，由西向東呈遞減趨勢。渭河一級階地區(qū)以細砂、中粗砂為主，砂礫石次之，間夾數(shù)層亞砂士、亞粘士，屬強富水區(qū)，單位涌水量為360～240m³/d。

涇河二級階地區(qū)，西部及中部為粉細砂，底部有砂礫石分布；東部以粉細砂為主，局部含砂礫石，間夾多層亞粘士、亞砂士，屬富水區(qū)—中等（偏弱）富水區(qū)。由于面積大，受含水層巖相變化及補排條件差異的影響，富水性指標亦有變化。其中單位涌水量：IA區(qū)為120～336m³/d；IIB區(qū)為120～192m³/d；IIC區(qū)為36～72m³/d；涇河三級階地區(qū)以砂層、砂礫石層為主，次為亞粘士、亞砂士夾砂互層，上覆馬蘭黃士，屬中等富水區(qū)，單位涌水量為84～120m³/d。渭河二級階地區(qū)為砂礫石、砂層為主，上覆馬蘭黃士，屬中等富水區(qū)，單位涌水量為120～240m³/d。

灌區(qū)近年在灌溉、開采條件下，淺層地下水的補給源是以灌溉回歸水及大氣降水的垂向入滲補給為主，約占年總補給量的80%以上（其中灌溉水垂向滲入補給量占年總補給量的38%；降水入滲補給量占年總補給量的55.6%）。其次是徑流補給和局部沿河地區(qū)的河水側滲補給，與垂向相比，補給量甚微。潛水的排泄途徑也是以垂向為主，徑向次之。開采排泄量約占年總排泄量的90%左右，其中人工開采量占89.6%，水平方向排泄量僅占10%左右。灌區(qū)絕大部分地區(qū)潛水水質較好，唯在灌區(qū)北部邊緣及高陵以東部分地區(qū)，水質較差。灌溉實踐中必須注意采用適宜的灌水方式，如渠井匯流、渠井間灌等，以防止有害鹽分的集聚。

采用水均衡法對灌區(qū)地下水進行評價，各均衡要素計算中所采用的水文地質參數(shù)如滲透系數(shù)、給水度、導水系數(shù)、降水入滲補給系數(shù)、干、支渠系滲漏損失系數(shù)、灌溉水田間入滲補給系數(shù)、井灌回歸系數(shù)等，是通過非穩(wěn)定流抽水試驗資料以及利用地下水長觀資料進行相關分析等方法求得。經(jīng)過對1951～2009年（灌溉年度）年降水量進行頻率計算，選擇在灌溉面積、渠灌引水量、地下水開采量、工程設施現(xiàn)狀等方面具有代表性及其他資料比較完整的10年（2001年11月1日至2009年10月底），進行全區(qū)潛水水均衡計算，計算結果與區(qū)內(nèi)潛水動態(tài)變化規(guī)律基本一致。說明各種參數(shù)的選取及實際資料的采用比較可靠和符合實際。水均衡計算結果：近年多年平均總補給量為2.6767×10⁸m³/a，平均開采地下水資源量為1.6139×10⁸m³/a。

二、單排的井點降水法的水力坡度是多少,雙排的是多少,環(huán)形的是多少

你這屬于建筑學,寫作業(yè)是一定要計算的,實際施工操作只要有一點點坡度就行了

三、實驗區(qū)地質環(huán)境條件

一、水文地質條件

1.地質背景

實驗區(qū)在大地構造上位于揚子準地臺黔南臺陷貴定北東向構造變形區(qū)，寬緩的雅水背斜和克度向斜的過渡地帶。構造線方向南北。區(qū)內(nèi)出露地層為二疊系中統(tǒng)棲霞、茅口組(P₂q－m)、石炭系上統(tǒng)馬平組(C₂mp)、黃龍組(C₂hn)、下統(tǒng)擺佐組(C₁b)及大塘組二段(C₁d²)，巖性以石灰?guī)r、白云質灰?guī)r為主。巖層緩傾，傾角一般小于20°。區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖廣布，巖溶發(fā)育，地表以峰叢洼地為主。

2.地下水類型及巖組含水性

巨木地下河流域內(nèi)出露的碳酸鹽巖類地層巖性以質純、層厚的石灰?guī)r、白云質灰?guī)r為主，巖溶化程度高，地表洼地、落水洞、地下河天窗、豎井等巖溶個體形態(tài)發(fā)育，分布密度大，碳酸鹽巖體中規(guī)模大小不等的溶蝕裂隙、溶洞、廊道以及構造成因的裂隙相互溝通，形成網(wǎng)狀溶蝕空間，構成地下水儲集和運移的含水系統(tǒng)。除補給區(qū)石炭系大塘組一段碎屑巖含基巖裂隙水外，其余范圍內(nèi)地下水類型為裂隙－溶洞水。含水層的富水性強但含水極不均勻(圖3－3)。

3.地下河結構特征

受巖性和構造控制，碳酸鹽巖中地下河在平面上多沿“X”節(jié)理追蹤發(fā)育，形成樹枝狀地下河系統(tǒng)。

(1)平面分布

巨木地下河系主要由西混、抵塘、望窩三條分支管道組成。其中，抵塘、望窩支流在水淹壩合并后，狹義上稱為巨木地下河，流域面積83.0平方千米;西混地下河為獨立支流，流域面積45.4平方千米，排泄于大洞腳，兩出口間相距約0.4千米。

1)抵塘支流。發(fā)源于惠水縣抵季鄉(xiāng)蠻納寨，由北西向南東徑流，地下河上游具明、暗相間徑流特征，中下游為暗流。從源頭至抵塘寨河段，地下河通過的地層有石炭系大塘組一段(C₁d¹)、大塘組二段(C₁d²)及擺佐組(C₁b)。其中，石炭系大塘組一段(C₁d¹)碎屑巖分布區(qū)，地表溪流較發(fā)育，在進入碳酸鹽巖出露區(qū)后即轉為伏流。該支流管道流域區(qū)，地貌組合類型主要為丘峰洼地，沿途時有地下水露頭分散出露，地下河管道軌跡特征在地表的顯示不明顯。290號地下河出口是本段流量最大的地下水天然露頭點，其形成的地表溪溝自西向東徑流，之后于羨塘鄉(xiāng)高家院寨327號落水洞注入地下，轉為暗流。抵塘寨至高家院寨河段，地下河管道基本沿走向南東的斷裂帶發(fā)育。沿地下河管道延伸方向，落水洞呈串珠狀排列。豐水期，地表水沿落水洞滲漏補給巨木地下河。高家院寨至羨塘鄉(xiāng)拉掃寨河段，地貌組合類型為峰叢洼地，出露地層巖性為石炭系大塘組(C₁d)、黃龍組(C₂h)、馬平組(C₂mp)石灰?guī)r、白云質灰?guī)r，巖溶發(fā)育強烈，地下河天窗、有水豎井等顯示了地下管道的延伸軌跡。拉掃寨附近地下河軌跡由于受F15斷裂影響而出現(xiàn)強烈彎曲現(xiàn)象，由西向東再折向南東進入水淹壩洼地地帶。

圖3－3 巨木地下河流域水文地質略圖

2)望窩支流。發(fā)源于惠水縣抵季鄉(xiāng)龍家灣寨附近，由西向南東徑流，全程為暗流。望窩地下河管道在石炭系大塘組(C₁d)、擺佐組(C₁b)、黃龍組(C₂h)及馬平組(C₂mp)碳酸鹽巖地層內(nèi)穿行。由源頭至中游地帶，地下河管道沿F15斷裂帶延伸，地表呈串珠狀排列的漏斗狀洼地及落水洞發(fā)育密集，地下水水位埋藏較深。中下游至出口段，地下河管道追蹤走向南東的一組溶蝕裂隙發(fā)育，368號溶井附近地面高程為海拔861米，地下水水位埋深7.0～7.4米，結合與周邊溶洞、洼地發(fā)育方向之間關系的對比分析，望窩地下河在此向北東徑流，于板木寨進入水淹壩洼地后直至總出口排泄。

3)西混支流。發(fā)源于惠水縣羨塘鄉(xiāng)西混村，自北向南徑流，系明、暗交替式的地下河。流域上游，地形相對平緩，地貌組合類型為峰叢谷地。谷地內(nèi)地下水水位埋藏較淺，有水豎井、天窗、地下河出口及伏流入口等地下水天然露頭較多;西混村到水淹壩之間，地下河全部轉為暗流。沿地下河軌跡，地表有地下河天窗、溶井等分布。豐水期地下水位上升，地下水在水淹壩洼地北側通過天窗溢出地表成明流，在洼地內(nèi)徑流1千米后于南側的伏流入口重新轉入地下。枯水期，地下水水位下降，地下水以暗流形式沿地下河管道通過水淹壩谷底向南徑流。

(2)剖面結構

地表發(fā)育的地下河天窗、有水豎井等巖溶個體形態(tài)，其形態(tài)直觀地反映出地下河管道的空間形態(tài)。

抵塘地下河支流在羨塘鄉(xiāng)拉掃寨到水淹壩洼地間沿地下河管道發(fā)育方向上，分布有多個地下河天窗、有水豎井，其空間形態(tài)多表現(xiàn)為高幾米至十余米，寬數(shù)十厘米至數(shù)米的廊道，規(guī)模較大，空間形態(tài)復雜多變。豐水期，可見地下水處于明顯流動狀態(tài);平水期或枯水季節(jié)，地下水則呈深潭狀。如拉掃327號地下河天窗，洞內(nèi)北西側出水口為裂隙，寬約1.2米，中段呈溶潭狀，至南東側演變?yōu)槔鹊?圖3－4);368號地下河天窗沿南東向裂隙發(fā)育而成，形態(tài)表現(xiàn)為寬4～10米，高約20米的寬大廊道。望窩地下河基本上為暗流，至板木寨附近發(fā)育的368號豎井，為近于垂直的洞穴，洞內(nèi)平面形態(tài)近似為圓形，其中的地下水呈潭狀。西混地下河管道上分布的天窗、豎井形態(tài)與上述兩地下河的相似。據(jù)此，巨木地下河系統(tǒng)管道空間多為廊道、地下溶潭及寬大裂隙的組合。

圖3－4 拉掃地下河天窗縱剖面示意圖

1—灰?guī)r;2—白云巖;3—石炭系上統(tǒng)黃龍組;4—巖層產(chǎn)狀 5—地下水水位線;6—地下水流向

為進一步驗證地面調查成果，對巨木地下河系中的抵塘支流拉掃至巨木地下河出口段進行了地下河示蹤實驗。示蹤劑選用食鹽，投放量為500千克，投劑點為357號地下河天窗，觀測點為巨木地下河出口(圖3－5)。同時，為驗證西混地下河與巨木地下河之間的連通情況，對西混地下河出口及其在水淹壩的出口和伏流入口也同步進行了觀測。試驗時段從2003年10月25日開始，至當年12月20日結束，歷時55天。

圖3－5 示蹤試驗平面圖

在巨木地下河出口地下水樣中檢測到的Cl^－濃度時間歷時曲線呈多峰且波峰為舒緩狀(圖3－6)。多峰特點反映出該地下河系統(tǒng)具有的樹枝狀多支流特點;而舒緩的波峰、Cl^－濃度衰減時間長，則反映了地下河示蹤實驗段的水力坡度較平緩，管道中發(fā)育有類似于潭狀的儲水空間。據(jù)此，推測巨木地下河系中下游段地下河管道空間由眾多形態(tài)極不規(guī)則的廊道、溶潭以及溶蝕裂隙組合而成。對各支流匯集的水淹壩洼地中巖溶地面塌陷坑分布的特征分析，地下河系統(tǒng)在水淹壩地段地下管道成網(wǎng)絡狀特征。

示蹤試驗期間，在西混地下河的有關地下水露頭點處均未檢測到Cl^－的變化，說明除豐水期間外，平水和枯水季節(jié)兩條分支地下河系統(tǒng)間無水力聯(lián)系。

圖3－6 示蹤實驗地下河出口Cl^－含量檢測曲線圖

4.地下河水動力特征

抵塘支流:拉掃谷地地面高程850米，谷地中KS357號地下河天窗地下水位標高845米，天窗至地下河出口距離為4.05千米，地下河出口水位標高815米，計算平均水力坡度為7.4‰(圖3－7)。

圖3－7 巨木地下河抵塘支流縱剖面圖

西混支流:西混谷地中水位標高845米，水淹壩谷底中地下水位標高為830米，西混谷地與水淹壩谷地相距2.1千米，該河段水力坡度7.14‰;水淹壩谷地至巨木地下河總出口距離長1.4千米，出口地下水位標高815米，計算地下河水力坡度10.7‰(圖3－8)。地下河示蹤試驗以拉掃谷地中357號地下河天窗為投劑點，投劑后首次試劑峰值檢測時間為197.1小時，最后一個峰值出現(xiàn)在投劑后700.8小時，由此計算出地下河流速為138.70～488.00米/日，平均313.34米/日。

圖3－8 巨木地下河西混支流縱剖面圖

對巨木地下河河床水力坡度及示蹤試驗取得的地下河實際流速、結合巨木地下河系統(tǒng)空間結構分析結果，可以認為:該地下河流域下游地段地下巖溶發(fā)育充分，地下空間由“縫”、“隙”、“大廳”等構成形狀復雜的網(wǎng)絡，地下水則以“管”、“脈”、“潭”等形式賦存在含水巖體中，試驗期間為“平水期”，試驗成果反映了該時段地下河系統(tǒng)中下游地下水流速緩慢，具有類似“層流”的特征，同時也反映出，地下河系統(tǒng)中強烈發(fā)育的巖溶空間具有較強的儲集和調節(jié)地下水資源的能力。

5.地下水補給、徑流、排泄條件

(1)補給

大氣降水是區(qū)內(nèi)地下水的唯一補給來源。流域降水量充沛，但降水量年內(nèi)分配不均，每年5～9月為雨季，降水量占全年降水量的50%～70%，是地下水的主要補給期，其他季節(jié)大氣降水量偏少，地下水接受補給的量少。地形、地貌條件影響著大氣降水入滲補給強度。巨木地下河流域地貌組合類型主要為峰叢洼地，地表覆蓋層薄，地形坡度大，落水洞、天窗、豎井及巖體內(nèi)的溶蝕裂隙極為發(fā)育，雨季大氣降水迅速通過地表發(fā)育的溶蝕裂隙、落水洞等滲入地下補給地下水，具有補給量大、集中、迅速的特點。

(2)徑流

流域內(nèi)地勢由北向南傾斜，巖溶發(fā)育強烈，地下河延伸方向與地形傾斜方向一致，總體也呈南北向展布。地下巖溶管道是區(qū)內(nèi)地下水集中匯集和運移的場所。地下水接受補給后，在含水巖層中向空間相對較大的地下河分支管道和大的溶蝕裂隙中匯流，再從這些支管道和大裂隙中匯集到地下河主管道內(nèi)，并在主管道中形成集中徑流。受地形條件控制，地下水從北向南徑流中，具有徑流集中、水利坡度較大、流速快的特點。

(3)排泄

巨木地下河流域中各支流在距出口上游1.4千米的水淹壩洼地匯集后繼續(xù)向南徑流，最終在平塘縣塘邊鎮(zhèn)巨木寨附近，受二疊系上統(tǒng)吳家坪組(P₃w)碎屑巖阻隔而集中排泄出地表，轉為地表明流。對巨木地下河出口流量動態(tài)長期監(jiān)測的結果，地下河流量豐水期最大為10.34立方米/秒，最枯流量0.19立方米/秒。

6.地下河動態(tài)特征

流域內(nèi)碳酸鹽巖廣泛分布，地表及地下巖溶強烈發(fā)育，無地表水體，大氣降水后匯集在地表的地表徑流多由地表發(fā)育的落水洞、天窗、豎井等集中灌入給地下，成為地下水的主要補給來源，因此，地下水動態(tài)成因屬于氣象類型，受大氣降水的控制特征極為明顯。另一方面，含水巖組的含水介質為溶洞－管道組合類型，加之受地形條件控制，水力坡度較大，地下水在含水系統(tǒng)中的運動快補快排，動態(tài)變幅大。水位和流量動態(tài)與大氣降水具有同步和暴起暴落的特征。雨季隨降水歷程，地下河出口流量動態(tài)呈現(xiàn)出不規(guī)則的多峰、鋸齒狀(圖3－9)。

根據(jù)2003年9月～2004年8月對巨木地下河流量一個水文年的長期觀測資料，豐水期降水集中，地下河流量增長快，一般在降水后一日內(nèi)，其出口流量可達到峰值，峰值持續(xù)時間短，之后開始衰退。年內(nèi)地下河出口總流量最大值多現(xiàn)于5～7月，峰值流量為10335.2升/秒，流量最小值出現(xiàn)在翌年1月，為191.7升/秒，年平均流量為1126.9升/秒，流量動態(tài)的年變化率達53.9倍。

7.地下水化學特征

地下河流域內(nèi)地下水無色、無味、透明、清澈。水溫16～17℃，為冷水;pH值7.15～7.23，為中性水;地下水總硬度(以CaCO₃計)為141.41～277.19毫克/升，為微硬至硬水;礦化度為189.9～442.40.2毫克/升，為淡水。

圖3－9 巨木地下河出口流量動態(tài)曲線圖

地下水類型為HCO₃－Ca型。水樣中重金屬離子及有毒、有害物質均未檢出。

地下河出口處地下水類型為HCO₃－Ca型水，總硬度132.70～167.54毫克/升，溶解性總固體209.40～272.20毫克/升，pH值8.12～7.80，重金屬離子及有毒、有害物質未檢出。

8.地下水開發(fā)利用條件

巨木地下河流域內(nèi)有如下特點:

1)地形起伏大，地貌組合類型以峰叢洼地為主，碳酸鹽巖含水巖組的含水性極不均勻，地下水以管道流形式賦存，水位埋藏較深，采用深井開采地下水從技術上來說風險較大，成功的幾率小。

2)流域下游及出口下游谷地中耕地多分布在為820～850米高程，而出口處水面海拔高程為815米，天然條件下豐富的地下河水資源沒有自流引水開發(fā)利用的條件，必須采取相應的提水工程措施方可達到目的。

3)流域內(nèi)及下游地帶各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的經(jīng)濟收入主要來源于農(nóng)業(yè)，社會與經(jīng)濟發(fā)展水平低，農(nóng)民經(jīng)濟收入不高，經(jīng)濟承受能力不強。采用電力從地下河天窗及出口提水，運行成本較高，群眾難以承受高昂的運行費用。

客觀自然地理環(huán)境和巖溶水文地質條件使得農(nóng)田、集鎮(zhèn)和村寨分布位置較高，農(nóng)田灌溉及人畜飲水嚴重缺乏;地下水資源豐富但出露位置過低難以得到利用;采用電力提水成本高，群眾又難以接受。因此，合理協(xié)調三者之間的矛盾，采用合理的地下水開采方式，達到既有效開采地下水，又使地下水開采的運行成本降低，使群眾樂于接受，是地下水開發(fā)工程成功的關鍵所在。

通過分析認為，巨木地下河具有豐水期流量大、枯季流量偏小，下游段地下空間規(guī)模大、調蓄地下水的能力強的特點。結合出口地形條件，可在出口地帶筑壩攔蓄地下水建地下水庫，一方面利用地下水庫庫容調蓄地下水量，另一方面可達到抬高地下水位，提高對下游地區(qū)耕地灌溉有效面積的目的。具有投資少、見效快、社會和經(jīng)濟效益好的優(yōu)點。

二、巖土地球化學背景

(一)母土微量元素及含量

為研究流域內(nèi)巖土的地球化學背景，對區(qū)內(nèi)4種不同巖性分布區(qū)的母土分別進行了采樣，并送室內(nèi)進行了分析。共采集組合樣4組，分別分析了19種元素和有機質含量，總體結果為:

吳家坪組(P₃w)硅酸鹽巖分布區(qū)母土微量元素含量總和為19550.80×10^－6。其中，N，P，K的含量分別達到了800.00×10^－6，540.00×10^－6，7800.00×10^－6;Mn，Mo，Zn，Cu，V，B的平均含量較高;Se平均含量達到了1.03×10^－6，屬偏高水平;微量元素La、Ce含量的平均值也較高，對農(nóng)作物生長有促進作用;重金屬元素中，Cd，Hg平均含量低，而Pb含量的平均值為24.00×10^－6，As為10.70×10^－6，Cr為140.00×10^－6;有機質7.18×10^－6(表3－1)。這些成分，在當?shù)剞r(nóng)產(chǎn)品成分中也有所反映。

表3－1 示范區(qū)母土微量元素含量統(tǒng)計

二疊系中統(tǒng)棲霞茅口組(P₂q－m)及三疊系(T)石灰?guī)r白云巖分布區(qū)母土微量元素含量總和僅為(7898.14～9727.56)×10^－6。其中，N，P，K的含量分別為(0～1200)×10^－6，(210～310)×10^－6和(3230～3480)×10^－6，總體較吳家坪組中同類元素含量低;Mn，Zn，Cu，B的平均含量及對農(nóng)作物生長有促進作用的稀土元素La，Ce含量遠低于吳家坪組硅質類巖;Se平均含量為(0.52～0.61)×10^－6，屬偏低水平;重金屬元素中，As含量為(18.3～24.8)×10^－6、Cr為(186～251)×10^－6，遠高于吳家坪組碎屑巖，Cd，Hg，Pb平均含量與吳家坪組相近;有機質1.03%～1.17%，低于吳家坪組碎屑巖。

(二)耕植土微量元素及含量

為和母土成分進行對比，在區(qū)內(nèi)相對應的巖石分布區(qū)耕植土中采集了同樣數(shù)量的組合樣，檢測并統(tǒng)計了其中的微量元素含量，結果為:石灰?guī)r區(qū)耕植土微量元素含量總和為8318.70×10^－6，而在白云巖中為11711.16×10^－6，碎屑巖為26991.76×10^－6。經(jīng)比較，硅酸鹽巖類地層區(qū)耕植土微量元素含量高出碳酸鹽巖類地層區(qū)一倍以上(表3－2)。

表3－2 示范區(qū)耕植土微量元素含量統(tǒng)計單位: 10^－6

(三)耕植土營養(yǎng)元素有效態(tài)及含量

檢測統(tǒng)計結果，區(qū)內(nèi)耕植土中有效磷含量為22.52×10^－6，有效鉀為95.22×10^－6，銨態(tài)氮為36.08×10^－6，硝態(tài)氮為14.26×10^－6，有效硫為48.03×10^－6，有機質為3.78%(表3－3)。

表3－3 示范區(qū)耕植土有效態(tài)含量統(tǒng)計

三、研究區(qū)主要地質環(huán)境問題

(一)巖溶干旱

綜觀整個流域，地貌組合類型以峰叢洼地為主，間有峰叢槽谷及丘峰洼地等。在巨木地下河抵塘、望窩支流流域區(qū)內(nèi)，人口、耕地大多分散于深陷的小型洼地內(nèi)，地下水位埋藏較深，局部發(fā)育有地表徑流的地段，其水源均來自豐水期地下水水位上升后涌至地面的排泄量，一般在暴雨后數(shù)日至數(shù)十日即斷流，氣候型特征明顯;在西混地下河流域范圍，上游地帶的洼地規(guī)模相對較大，耕地、人口分布較為集中，洼地中地下水位埋深相對較淺，地下河呈明、暗交替狀;巨木地下河出口以下，地形平緩，耕地連片，人口稠密，系當?shù)丶藤Q(mào)與產(chǎn)糧為一體的經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)區(qū)，但因地表河床高程低而導致水資源開發(fā)難度大。因而，干旱缺水是全流域最為突出的環(huán)境問題。據(jù)統(tǒng)計，巨木地下河出口以上的缺水人口約為1.5萬人，缺水灌溉的耕地約為8000余畝;出口以下，無可靠灌溉水源的耕地1.2萬畝，1.6萬余人及1萬頭大牲畜飲水缺乏。

(二)石漠化

實驗工程實施前，流域內(nèi)石漠化問題較嚴重，已成巖溶石漠化的地塊主要分布流域下游的交崗至地下河出口間的石灰?guī)r分布區(qū)，以及地下河下游的塘邊、克度一帶，巖溶石漠化程度以中度為主，輕度次之，重度巖溶石漠化面積分布較小(圖3－10)。

(三)巖溶洪澇

區(qū)內(nèi)巖溶洪澇的發(fā)生頻率較高，具有普遍性，其致災原因為:巨木地下河系統(tǒng)河床具“正平衡剖面”特征。各支流中上游地段地下水水位埋深較大，水力坡度相對較陡，而流域下游地段拉掃寨至巨木地下河總出口，地下水位埋藏較淺，地下水水力坡度較緩。地下河流域補給面積大，流域區(qū)多為基巖裸露的峰叢洼地、接受大氣降水入滲補給的能力強。暴雨期流域上游來水量大，至下游—出口段地下河管道排泄能力不足，地下水排泄不暢而壅水，地下水位上升，導致谷地、洼地淹沒成災。其中的典型代表是流域下游的水淹壩洼地及其相鄰的西混谷地、抵塘谷地。三個谷地分布面積分別為1.0平方千米、1.8平方千米、0.8平方千米，連年受災糧食歉收。其中水淹壩谷地因連年遭受洪澇災害，洼地內(nèi)1000余畝耕地已被迫荒棄多年。

圖3－10 實驗區(qū)石漠化分布圖

圖3－11 巨木地下河出口段最大泄洪能力圖

水淹壩谷地距巨木地下河出口900米，為掌握巨木地下河出口流量和水淹壩巖溶谷地洪澇淹沒關系，2004年6～8月開展了巨木地下河從水淹壩到出口河段的河道泄水能力的專題研究。根據(jù)實際對巨木地下河出口流量動態(tài)及對水淹壩淹沒情況監(jiān)測資料，巨木地下河出口段地下河道的最大泄洪能力為10.34立方米/秒(圖3－11)，當上游來水量達到該值時，即造成水淹壩等谷地、洼地的淹沒。

四、地下水資源形成與變化特征

地下水循環(huán)與變化

（一）山區(qū)對平原區(qū)補給

黑河流域南部祁連山和中部北山區(qū)降水相對為多，除了以出山河水的形式對平原區(qū)地下水形成強大補給外，山區(qū)基巖裂隙水還以潛流形式通過破碎斷裂帶補給平原區(qū)地下水。

圖5-5 黑河流域數(shù)值模擬結果擬合過程線

圖5-6 黑河流域數(shù)值模擬結果擬合過程線

在祁連山山區(qū)與平原之間接觸帶，三分之二地層由中、新生界紅層組成，并沿著山麓斷續(xù)分布，其巖性主要是砂質泥巖，透水性很弱，形成阻水帶，其余地段還可能存在被第四系覆蓋的隱伏阻水帶，阻擋山區(qū)裂隙水直接進入平原。祁連山山區(qū)變質巖的主要構造線是NW-SE方向，與山體平行，其中包括許多大的逆斷層。礦區(qū)勘探資料表明，斷層破碎帶通常是充水的，但是野外調查時尚未發(fā)現(xiàn)河水在斷層帶附近產(chǎn)生顯著的淹沒減少現(xiàn)象，個別地段反而有泉水溢出。由此可見，一系列平行山體的逆斷層并非山區(qū)地下徑流流入平原的通道。

圖5-7 黑河流域流場擬合圖

橫切山體的南北向斷層具備地下徑流導水的條件，但是這類斷層數(shù)量很少。祁連山區(qū)上升強烈，溝谷發(fā)達，深達數(shù)百米，山坡陡峻，因而其排泄條件很好，裂隙水勢必大部分排泄于溝谷，主要以地表水和潛流的形式進入平原區(qū)。

黑河流域有兩類溝谷，一種是在出山口處谷底狹窄，只有30～50 m，溝壁陡峭且有基巖裸露或者有跌水的，該類溝谷潛流量微小；另一種是溝谷較開闊，底寬百米左右或更大，溝坡不太陡，第四紀卵石堆積厚4～23 m，經(jīng)實測存在潛流，其中大的為250～750 L/s（如馬營河等），中等的為30～150 L/s（如酥油河等），小的不足30 L/s。據(jù)20世紀60年代末對大野口為期一年觀測資料，溝谷潛流量較穩(wěn)定，枯水期是2月，豐水期是7月，4月和11～12月是平水期，水位年變幅0.32 m。若以已知含水層最小厚度4 m計算，豐水期與平水期流量只相差4%，因此計算溝谷潛流量可以不考慮動態(tài)變化。

本區(qū)有潛流的溝谷共53條，累計補給平原地下水的水量約1.15×10⁸ m³/a，其中酒泉、張掖、山丹和大馬營地區(qū)水量分別為0.36×10⁸ m³/a、0.70×10⁸ m³/a、0.01×10⁸ m³/a和0.68×10⁸ m³/a。

在北山，即張掖、酒泉盆地北側的龍首山、合黎山和黑山地區(qū)，僅龍首山主峰植物生長茂盛，季節(jié)性積雪達七八個月，氣候較為濕潤，其北坡有較多泉水溢出，最大的泉溝流量可達7.7 L/s。因此，龍首山一帶地表徑流深度為25～70 mm，平均為36 mm，年徑流量為0.06×10⁸ m³，對平原區(qū)地下水有補給。

龍首山、黑山之間的合黎山，由前震旦系變質巖和新生界紅層組成，海拔1400～1500 m，氣候干旱，徑流極其貧乏，其間坡積層中的潛水均為咸水，對平原的補給微不足道。

黑河流域山區(qū)的產(chǎn)水能力與地勢高程有關，如圖5-8所示。

圖5-8 黑河流域祁連山裂隙水富水性與高程關系

（二）地下水徑流特征

受河水入滲和溢出帶排泄的影響，黑河流域南、北部盆地淺層地下水（80 m以淺非承壓含水層）徑流大都呈現(xiàn)與地形坡降和河流流向相一致的運動特征。自南部盆地洪積扇補給帶到北部盆地湖積平原蒸發(fā)消耗區(qū)，隨著含水層顆粒漸細，地形坡度漸緩，地下水水位埋深漸淺，與之密切相關的地下徑流強度也逐漸變?nèi)酰ū?-3）。

表5-3 黑河流域地下徑流強度區(qū)域性變化統(tǒng)計

在南部盆地，地下水的水力坡度一般為3‰～6‰，含水層導水系數(shù)500～2000 m²/d，滲透系數(shù)18～45 m/d。水力坡度較大的地下徑流帶主要分布于南部盆地洪積扇中上部，地下水力坡度達5‰～12‰。在洪積扇下部及與細土平原銜接地帶略小，為3‰～7‰。在洪積扇群帶，含水層滲透系數(shù)為50～250 m/d，導水系數(shù)2000～10000 m²/d。至盆地中部溢出帶，受含水層顆粒變細和地形坡度漸緩的影響，地下水力坡度增大至4‰～10‰，含水層滲透系數(shù)在溢出帶為15～40 m/d，溢出帶以北為10～20 m/d。

與南部盆地相比較，北部盆地的地下徑流強度明顯變?nèi)?。盆地北段地下水力坡?‰～4‰，徑流強度趨于平緩。盆地北部尾閭湖積平原區(qū)，地下水力坡度僅為0.4‰～1.0‰，地下水已接近滯流狀態(tài)，含水層滲透系數(shù)和導水系數(shù)分別減小到2～10 m/d和100～300 m²/d。在黑河下游老西廟-額濟納旗一帶，水力坡度0.3‰～0.9‰，含水層滲透系數(shù)1.7～5.3 m/d，導水系數(shù)100 m²/d左右，地下水徑流實際上已接近停滯，垂向的交替趨于強烈。

從區(qū)域上分析，地下水系統(tǒng)能夠通過包氣帶獲取垂向入滲補給和蒸發(fā)排泄的地帶，多分布在各盆地的中段和北段，地下水水位埋深小于10 m的地區(qū)。

在灌區(qū)和荒區(qū)，淺層地下水的垂向交替過程和強度迥然不同。在灌溉區(qū)，灌溉水的入滲強度隨灌溉定額、包氣帶巖性及地下水水位埋深的不同而變化，一般入滲量較大，使淺層地下水的垂向交替水文過程比較強烈。概括起來，存在兩種情況：一種是發(fā)生在南部盆地的灌區(qū)，雖然具有很強水平地下徑流的淺層地下含水層地段，但是垂向入滲強度低于徑流強度；另一種發(fā)生在北部盆地河流下游區(qū)，由于地下徑流微弱，入滲水（包括灌溉水、降水與凝結水）垂向入滲強度超過了水平徑流強度，入滲-蒸發(fā)的交替過程成為淺層地下水的主要循環(huán)方式。在荒區(qū)（非灌溉區(qū)），由于垂向補給的唯一來源——降水和凝結水的入滲強度很小，因而與地下水蒸發(fā)消耗之間維持平衡的主要是來自遠方微弱的地下徑流和河道側滲補給。

（三）地表水與地下水之間相互轉化

黑河流域主要河流跨越祁連山區(qū)、張掖盆地、酒泉盆地、金塔盆地及內(nèi)蒙古額濟納盆地等水文地質單元，經(jīng)歷了地表水與地下水之間至少3次相互轉化過程。在祁連山區(qū)，基巖裂隙接受大氣降水和冰雪融水的入滲補給；主要河流流出山區(qū)之前，接納了山區(qū)地下水通過泉水方式的補給，完成了山區(qū)地表水與地下水之間第一次轉化過程。河流進入盆地之后，在黑河流域中、下游平原區(qū)地下水與河水之間又進行至少2次的轉化過程。在山前入滲帶，河水轉化為地下水；在沖洪積扇前緣溢出帶，地下水轉化為地表水，構成河水、地下水、泉水三元一體的“河流-地下水”體系。在正義峽至額濟納盆地，地表水與地下水之間又經(jīng)歷了“徑流-泉水-蒸發(fā)”相平衡，完成第三次轉化過程。

1.山區(qū)地下水與河水之間轉化

祁連山區(qū)降水比較充沛，年均降水量一般在400 mm以上。強烈的構造侵蝕，使祁連山區(qū)水文網(wǎng)極為發(fā)育，這些水文網(wǎng)是山區(qū)地下水的主要排泄場所。在山巔地下水向山緣運動過程中，絕大部分裂隙水就近排泄于溝谷而轉化為河水。在有山緣阻水帶的地區(qū)，存在小部分地下水沿河谷沖積層、斷裂和裂隙以潛流和泉形式流出山體的情況，而這部分水量僅占山區(qū)地下水排泄總量的10%（劉少玉等，2002）。

若以河水基流量作為山區(qū)地下水補給地表水的量，根據(jù)出山河水流量過程曲線分割的基流量統(tǒng)計，黑河流域山區(qū)地下水每年轉化為河水的排泄量達11.92×10⁸ m³/a（劉少玉等，2002；張光輝等，2004），總基流量占出山河水總量的34.61%（表5-4），但是各河之間存在較大的差異，占比例最小的是觀山河，為19.48%，最大的是討賴河，為39.7%，黑河干流占37.8%。

表5-4 黑河流域祁連山區(qū)地下水轉化為河水統(tǒng)計表

2.中游扇群帶河水與地下水之間轉化

河流出山進入中游盆地，流經(jīng)透水性極強的山前洪積扇群帶，大量滲漏轉化為地下水，為補給徑流區(qū)（圖5-9）。天然情況下，流量小于0.5×10⁸ m³/a的河流滲失殆盡，較大的河流也將損失33%左右。同時，此帶渠系水的入滲補給量也占較大比重，占總補給量的75%左右。

3.中游扇緣帶地下水與河水轉化

地下水沿最大水力坡度方向，流到南部盆地洪積扇緣地帶及細土平原區(qū)，由于含水層導水性變化，地下水沿溝壑或低洼地以泉水形式排泄到地表，為徑流排泄區(qū)。其中一部分地下水蒸發(fā)消耗，一部分排泄到河流中。據(jù)計算（劉少玉，2002），1999年扇緣帶泉水溢出量約為4.5×10⁸ m³，河床帶共有約7×10⁸ m³地下水轉化為河水。

4.中游細土帶引灌河水與地下水之間轉化

中游細土帶是比較發(fā)達的農(nóng)業(yè)區(qū)，農(nóng)業(yè)用水以引河水和泉水為主。引灌河水通過渠系進入田間，部分為作物生長所消耗，部分滲入而轉化為地下水。1999年中游細土帶田間水入滲量為1.7×10⁸m³，再加上渠系水入滲，中游細土帶引灌河水每年有近10×10⁸m³轉化為地下水。

圖5-9 黑河流域張掖盆地地表水與地下水轉化關系剖面

在中游細土帶的黑河河床和北大河河床，河流切割含水層，使河水位低于地下水水位而成為地下水排泄的天然通道。或河床基巖埋深較淺，甚至裸露（正義峽附近），致使中游盆地排泄基準面以上的第四系孔隙水在該地段大部溢出而轉化為河水。經(jīng)計算（劉少玉，2002），1999年黑河河床有4.5×10⁸ m³的地下水轉化為河水，北大河河床有2.5×10⁸ m³的地下水轉化為河水。在流出中游的河川徑流中，地下水轉化量占63%左右。

5.下游河水與地下水之間轉化

黑河進入下游額濟納盆地，再度滲漏而轉化為地下水。1999年通過河床轉化為地下水的量為3.8×10⁸ m³，通過渠系田間轉化為地下水的量為 3.2×10⁸ m³，占該盆地地下水補給量的70%。

綜觀黑河流域地下水與河水的相互轉化，在山區(qū)地下水轉化為河水，占出山河水量的35%；至中游，河水通過河床轉化為地下水的量為7.0×10⁸ m³，通過渠系田間轉化為地下水的量為8.3×10⁸ m³，此兩項占地下水補給量的75%，而地下水在扇緣帶以泉形式轉化為河水的量為4.5×10⁸ m³，在河床以潛流形式轉化為河水的量為7.0×10⁸ m³，此兩項占地下水排泄總量的52%；下游盆地，河水通過河床轉化為地下水的量為3.8×10⁸ m³，通過田間轉化為地下水的量為3.2×10⁸ m³，此兩項占地下水補給總量的70%。