基于地下水对洪水响应的含水层水力参数反演

【水资源】基于地下水对洪水响应的含水层水力参数反演尹立河，张俊，王晓勇，黄金廷，马洪云，董佳秋，贺帅军(中国地质调查局西安地质调查中心中国地质调查局干旱半干旱区地下水与生态重点实验室，陕西西安710054)摘要:为探寻基于地下水对洪水响应的含水层水力参数反演方法，引进卷积分和优化技术计算含水层的压力传导系数和河床沉积物的阻滞系数，提出了基于Excel的反演计算流程，利用Excel实现了卷积分计算和参数求解。以陕西省榆林地区补浪河为研究区，开展了地下水对洪水响应的含水层参数反演，并与抽水试验确定的含水层水力参数进行了对比验证。结果表明，提出的方法与抽水试验方法计算的含水层的水力参数相差17%，可满足实际工作的需要。关键词:地下水;洪水;水力参数;反演中图分类号:P641文献标志码:Adoi:10．3969/j．issn．1000-1379．2014．10．018EstimationofAquiferHydraulicParametersUsingtheFloodWaveＲesponseMethodYINLi-he1，ZHANGJun1，WANGXiao-yong1，HUANGJin-ting1，MAHong-yun1，DONGJia-qiu1，HEShuai-jun1(Xi’anCenterofGeologicalSurveyofChinaGeologicalSurvey，KeyLaboratoryforGroundwaterandEcologyinAridandSemi-AridAreas，CGS，Xi’an710054，China)Abstract:Inordertoexplorethemethodthatcouldcalculateaquiferhydraulicparametersusingthegroundwaterresponsetoflood，theconvolutionandoptimizationtechniquewereintroducedtocalculateaquiferdiffusivityandriverresistance．ThispaperpresentedtheExcel-basedcalculationproceduresandusedExceltocalculatetheconvolutionandparameters．ItcarriedoutfloodwavetestsintheBulangＲiverintheYulinareaofShaanxi，calculatedaquiferhydraulicparametersusingthefloodwavemethod，andcomparedwiththeparametersderivedfrompumpingtests．Thecomparisonshowsthatthedifferenceisabout17%，whichcanmeetthedemandofpracticalwork．Keywords:groundwater;floodwater;hydraulicparameters;inversion当地下水与河水之间有水力联系时，河水位变化会引起地下水水位变化［1］。特别是在洪水期间，地下水对河水位变化响应明显。国内很多学者对这一现象进行了研究，如徐永亮等［2］发现地下水与黑河水位变化具有较好的相关性，赵云章等［3］研究了黄河两岸地下水对黄河水位变化的响应，徐华山等［4］研究了河南省孟津市黄河滨河湿地地下水水位变化及其与河水响应的关系。地下水水位对洪水的响应包含着含水层的水力参数信息，其响应与含水层的渗透系数和贮水率有关［5］。含水层的贮水率和渗透系数比值越大，地下水的水位响应越明显［6－7］。随着中国国家级地下水动态监测网的建设，将获得大量地下水对洪水响应的监测数据，利用这些响应数据可以计算含水层的水力参数。这些参数对于分析地下水和河水的相互作用和确定两者的水量交换具有重要的意义，获取这些参数是研究地下水与河水相互作用需要解决的关键之一。目前国内缺少一种简单有效的基于地下水对洪水响应的含水层水力参数反演方法。在地下水动力学教材中，给出了河水位突变或连续变化情况下地下水位响应的解析解［8－9］，并已广泛应用于各种生产实践活动。但前人的研究大多假定河谷完全切穿含水层，没有考虑河床沉积物对计算的影响，计算结果具有一定的误差［10］。大型河流有时会完全切穿含水层［11］，但通常情况下都是非完全切穿含水层的河流。河床沉积物一般由细小的沉积物组成，其渗透性能多小于其下的含水层［12］。因此在河水与地下水相互作用的定量研究及河流生态系统分析中，必须考虑河流的切割程度与河床低渗透沉积物的影响，才能真实刻画地下水与河流的水量交换及溶质运移［13－14］。