松花江佳木斯以下干流段地表水与地下水
相互转化关系#
田浩然，肖长来，徐梦瑶**
基金项目：“十一五”国家科技支撑重点计划项目(2007BAB28B04-03, 2006BAB04A09-02, 2006BAJ08B09-01);
吉林省科技攻关项目(20080543，20100452); 教育部博士点基金(200801830044)
作者简介：田浩然，（1987-），男，硕士，从事地下水科学与工程研究。
通信联系人：肖长来，(1962- )，男，吉林柳河人，教授，博导，主要从事水资源水环境评价方面的研究和
工作. E-mail: xcl2822@126.com
5 （吉林大学环境与资源学院，长春 130000）
摘要：松花江下游干流段地区内地表水与地下水转化频繁，关系复杂。因此开展松花江下游
干流段地表水与地下水转化关系的研究对于建立松花江下游干流段内的水循环模式和指导
区内水资源的可持续开发利用有重要的理论和实际价值。利用地表水水量平衡法和地下水水
量均衡法，在充分分析松花江下游干流段地区的地质、水文地质条件的基础上，通过对地表
10 水的蒸发量、开采量、补给量和排泄量以及地下水的补给量和排泄量的计算，研究了地表水
与地下水的转化关系。补给关系主要是地表水补给地下水，区域间的转化量为0.43-0.48
亿m³。
关键词：松花江下游干流段；地表水和地下水转化；地表水量平衡；地下水量均衡
 35
0 引言
地表水与地下水相互转化关系研究具有悠久的历史，是陆地水循环研究的热点问题之一
[1]。从1877 年Boussinesq 开展河流与连续冲击含水层作用的探讨到现在，研究人员已经把
研究的主体扩展到湖泊、湿地和河口等地表水体[2、3]，研究与地下水之间的相互作用，同时
40 研究目的也扩展到了流域水资源评价、水循环模式的建立、河网的生态结构评价、地下水的
更新速率[4]及水资源的优化配置等多个领域[3]。总体上，地表水与地下水转化关系的研究已
 经引起了广泛的重视和关注。
在研究地表水和地下水转化关系影响因素中，布郎克(Brunk)和高赛尔(Gonser)概括了降
水对河水与地下水的影响，总结了人类活动对冲湖积平原河流与地下水系统的影响[5]。对于
45 河床底部高渗透性的介质能够提高地表水与地下水的转化量，古扬耐特(Guyonnet) [6]曾做了
不同河床介质类型对渗漏量影响的研究。
中国吉化双苯厂爆炸引发松花江江水污染，对当地社会经济状况造成极大影响，因此开
展松花江下游干流段地表水与地下水转化关系的研究对于建立松花江水循环模式和指导区
内水资源的可持续开发利用有重要的理论意义和实际价值。
50 在研究过程中，地下水可开采资源量的确定和地下水的补给量、排泄量关系极为密切，
因此进一步掌握和分析地下水补给来源，研究地下水补给量、排泄量可以更好地研究和分析
地表水和地下水的转化关系、演化规律和变化特征。
1 研究区概况
研究区位于黑龙江省东北部，三江平原腹地。地势总趋势为西高东低，由西南向东北方
55 向倾斜。降水主要受大气环流、海陆分布和地形的影响。
研究区发育有巨厚的第三系和第四系地层，属于一个大型含水层系统[7]。开采含水层为
第四系的潜水含水层的冲积砂砾、卵石层[8]。在北部沿江一带，含水层的厚度达80m，渗透
系数约为80m/d，单井涌水量大于5000m3/d。向南含水层变薄，颗粒变细，富水性变差。地
下水主要补给来源为：降水入渗，地表水的补给，灌溉水的回渗和南部山区地下水的流入。
60 2 地表水与地下水转化关系
2.1 地表水向地下水转化的影响因素分析
地下水与地表水的相互作用主要受自然因素和人为因素两方面的影响。自然因素主要包
括地形、水文地质、气象等三方面[6、9]，直接对地下水流的动态、地表水位的高低、两者的
交换方向和强度等方面产生影响。人为因素是由于引水筑渠、傍河取水、废水排放、农业灌
65 溉等，对地下水流场和地下水水质产生影响，导致二者之间的关系发生变化。
气象水文 在丰水季节，河水向河岸渗漏降低了河水水位并补给含水层，地表水排泄量
的多少取决于多雨季节的时间、地形的高低、河床渗透性和河岸储水能力。在枯水季节，河
岸含水层中的地下水补充河水，抑制水位的下降。河流季节性的变化同样影响水质。枯水季
节，河水流量减少，从而降低了地表水对污染物的稀释和净化功能。
70 地形地貌 自然情况下，在地形不规则的区域，地下水流形成了不同维度、不同幅度的
复杂系统。平原和丘陵区，地表分布第四纪松散沉积层，河水和地下水互有转化。一般情况，
在河流坡降较大、扭曲度较小、河水较宽较深、切割含水层较少时，以水平流为主；相反，
以垂向流为主；当流域坡度和河流坡降基本一致或河流坡降可忽略不计时，发生混合流。
水文地质条件 由于地下水与地表水的水位差，形成的地下水流并非按区域均匀分布，
75 在接近河流处水流量最大，随后距河流越远，水流量呈指数式下降[6]。多孔介质的各项异性
也会影响这种水流模式，随着各项异性的加大，水流流动的区域范围扩大，在远离河流处，
流量呈非线性减少。
人为因素 人类生产生活活动的影响体现在两个方面：一是消弱了两者的连通性，改变
交换的过程；二是可能造成有毒或有机质污染，恶化水质。
 80 地下水与地表水的流场是一个复杂的系统，受多种因素作用，各种因素之间又相互影响，
需要综合考虑。
2.2 地表水向地下水转化量的确定
2.2.1 地表水水量平衡法
地表水向地下水的转化量是通过地表水水量平衡方程分析计算的，也可以利用地下水均
85 衡方程分析计算。采用水量平衡方程计算，充分考虑区间产流情况，并可采用地下水均衡方
程计算地表水向地下水的转化量。
通过建立地表水水量平衡方程[8]，可以计算地表水(河水) 向地下水的转化量，公式为
Q 上游-(Q 人工+Q 蒸发+Q 转化)=Q 下游 (1)
式中：Q 上游是上游水文站的实测径流量(亿m³)；Q 下游是下游水文站的实测径流量(亿m³)；
90 Q 人工为研究区间人工取水量(亿m³)；Q 蒸发为松花江下游干流段水面实际蒸发量(亿m³)；Q 转
化为河水向地下水的转化量(亿m³)。
公式(1)中，多数均衡项可以采用实测值或调查值。实际蒸发量可按下列公式计算：
Q 蒸发=(E 蒸发-P 降水)LB　　 (2)
式中：Q 蒸发为实测蒸发量(按E601 计算)(亿m³)；L、B 分别为松花江干流段的河宽、河
95 长(m)。
计算结果，全区河水向地下水转化量为0.48 亿m3（表1）。
表1 地表水量平衡法计算转化量（亿m³）
Tab1. The quantity of transformation of surface water balance method(*109 m³)
河段 城市 水量平衡法
鹤岗市 0.047
梧桐河 佳木斯市 0.014
小计 0.061
鹤岗市 0.167
双鸭山市 0.054
佳木斯市 0.198
小计 0.419
佳木斯以下干流
合计 0.48
100
2.2.2 地下水水量均衡法
在地下水均衡计算中，需要确定水文地质参数给水度(μ)、渗透系数(K)、大气降水入渗
系数(α) 。给水度(μ)主要采用野外取样室内实验法、抽水试验直接代入法和直线图解法分析
计算，确定了不同水文地质区给水度值。渗透系数(K)根据抽水试验资料，利用稳定流公式、
105 非稳定流的双对数配线法、直线图解法及水位恢复法计算。大气降水入渗系数(α)利用均衡
法、地下水动态资料推求法确定α 值。
地下水均衡计算是根据质量守恒定律，对于研究区松散岩类孔隙潜水，时间段Δt=1a
的时段水量均衡方程为
ΔQ=Qr-Qd (3)
110 ΔQ =μ·F·ΔHP (4)
式中：ΔQ 为潜水蓄水量变化量(亿m³)；Qr 为补给量(亿m³)；Qd 为排泄量(亿m³)；μ 为
潜水水位变动带的给水度或饱和差；F 为均衡区面积(km²)；ΔHP 为时段Δt=1a 内潜水水位变
幅(m)。
 方程(3)中孔隙潜水的补给量Qr 包括大气降水入渗补给量(Qpr )、侧向径流补给量(Qlr)、
灌溉入渗补115 给量(Qir)、人工渠渗漏补给量(Qcr)、河水对地下水的补给量(Qsr)(地表水向地下水
转化量) ，计算公式为
Qr=Qpr+Qlr+Qcr+Qsr+Qir (5)
地下水排泄量Qd 包括人工开采量(Qp)、侧向径流排泄量(Qld)和潜水蒸发量(Qe) ，计算
公式为
120 Qd = Qp + Qld + Qe (6)
计算结果见表2。
表2 地下水均衡法计算转化量计算成果（亿m³）
Tab2. The quantity of transformation of the groundwater balance method(*109 m³)
Qr Qd 河段 城市
Qpr Qlr Qcr Qir Qsr Qp Qld Qe
鹤岗市 1.136 0.029 0.158 0.299 0.181 1.119 0.07 0.481
梧桐河 佳木斯市 0.313 0 0.067 0.126 0.065 0.422 0.054 0.14
小计 1.449 0.029 0.224 0.425 0.245 1.541 0.124 0.622
鹤岗市 2.408 0.053 0.94 1.756 0.267 4.451 0.304 1.544
双鸭山市 0.906 0 0.024 0.045 0.096 0.803 0 0.144
佳木斯市 3.196 0.012 0.873 1.636 0.233 3.921 0.222 1.986
小计 6.51 0.065 1.837 3.437 0.596 9.175 0.526 3.674
佳木斯
以下干
流
合计 7.959 0.094 2.061 3.862 0.843 10.716 0.65 4.296
125
2.2.3 数值模型法
采用数值模拟的方法对研究区段的地表水和地下水转化量进行计算，所得出数据与地表
水量平衡法和地下水均衡法算结果对比并作为参考（表3）。
130 表3 数值模拟法计算转化量（亿m³）
Tab3. The quantity of transformation of numerical simulation method(*109 m³)
河段 城市 数值模拟法
鹤岗市 0.062
梧桐河 佳木斯市 0.016
小计 0.078
鹤岗市 0.149
双鸭山市 0.055
佳木斯市 0.173
小计 0.377
佳木斯以下干流
合计 0.455
2.3 计算结果分析
由表可知，两种计算方法计算的结果十分相近（表4）。可见，无论从地表水还是地下
135 水的角度，地表水向地下水转化量的计算结果还是合理的。
 表4 转化量计算结果比较（亿m³）
Tab4. The comparison of the quantity of transformation(*109 m³)
河段 城市 地下水均衡法 地表水水量平衡法 数值模拟法
鹤岗市 0.071 0.047 0.062
梧桐河 佳木斯市 0.014 0.014 0.016
小计 0.085 0.061 0.078
鹤岗市 0.144 0.167 0.149
双鸭山市 0.032 0.054 0.055
佳木斯市 0.176 0.198 0.173
小计 0.352 0.419 0.377
佳木斯以下干流
合计 0.437 0.48 0.455
150 研究区河段，河床岩性颗粒较粗，江河水域沿岸地下水的水力联系密切，一般情况下枯
学术论文网Tag：代写代发论文 职称论文发表 代写建筑论文 建筑论文发表