喬麗盼·木太力甫

(新疆喀什水文勘測局，新疆 喀什 844000)

地下水是干旱半干旱區(qū)域地下水的重要組成部分，為此對于干旱半干旱區(qū)域地下水動態(tài)研究一直是熱點(diǎn)問題，受關(guān)注度的程度較高。早期對于干旱半干旱區(qū)域地下水模擬主要采用集總式模型[1-6]，但是傳統(tǒng)集總式模型不能實(shí)現(xiàn)區(qū)域地下水空間變化的模擬，近些年來，一些分布式水文模型在不同區(qū)域水文時空模擬中得到具體應(yīng)用[7-9]，但在新疆喀什地區(qū)應(yīng)用還較少。

1 SWAT模型地下水動態(tài)模擬原理

據(jù)水文循環(huán)原理，SWAT模型水文計算是基于如下的水量平衡方程:

(1)

式中：SWt和SW0分別為第i天的初始和最終土壤含水量(mm)，t為時間(d)，Rday為第i天的降水量(mm)，Qsurf提第i天的地表徑流量(mm)，Ea為第i天的蒸發(fā)量(mm)，Wseep為第i天存在于土壤剖面底層的滲透量和側(cè)流量(mm)，Qgw為第i天的地下水回歸流量(mm)。

模型采用下列表達(dá)式計算流域地下水：

Qgw，i=Qgw，i-1×exp(-αgw×Δt)+Wrhcg[1-exp(-αgw×Δt)]

(2)

式中：Qgw，i為第i天進(jìn)入河道的地下水補(bǔ)給量(mm)，Qgw,i-1為第(i-1)天進(jìn)入河道的地下水補(bǔ)給量(mm)，Δt為時間步長(day)，Wrchrg為第i天蓄水層的補(bǔ)給流量(mm)，αgw為基流的退水系數(shù)。上式中，補(bǔ)給流量由下式計算：

(3)

式中：Wrchrg,i為第i天蓄水層補(bǔ)給量(mm)，δgw為補(bǔ)給滯后時間(day)，Wseep為第i天通過土壤剖面底部進(jìn)入地下含水層的水分通量(mm/day)。

2 研究區(qū)概況

新疆喀什地區(qū)處于新疆的西南部區(qū)域，屬于干旱區(qū)域，地下水資源較為緊張。當(dāng)前，為加大對區(qū)域地下水資源的保護(hù)，需要對區(qū)域地下水時空演變進(jìn)行動態(tài)模擬，本文以新疆喀什某區(qū)域?yàn)檠芯繀^(qū)域，利用區(qū)域內(nèi)長系列地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用SWAT模型對該區(qū)域地下水進(jìn)行動態(tài)模擬，對于新疆地區(qū)地下水時空演變動態(tài)分析提供方法參考，從而制定較為行之有效的地下水資源保護(hù)措施。

3 SWAT模型具體模擬過程及結(jié)果分析

3.1 地下水模擬精度分析

結(jié)合區(qū)域內(nèi)實(shí)測2007～2017年地下徑流數(shù)據(jù)，對SWAT模型在研究區(qū)域地下水徑流模擬的精度進(jìn)行評定，評定結(jié)果見表1和圖1。

表1 區(qū)域地下水動態(tài)模擬精度評定結(jié)果

圖1 不同典型年份地下徑流模擬過程與實(shí)測過程對比結(jié)果

從表1中可以看出，SWAT模型在區(qū)域地下徑流模擬具有較好的精度，模擬的地下徑流深和實(shí)測地下徑流深誤差在6.20%～14.86%之間，相關(guān)系數(shù)在0.527～0.684之間，SWAT模型適用于區(qū)域地下水模擬。從圖1中可以看出，各典型年份模擬的地下徑流變化過程和實(shí)測地下徑流變化過程具有較好的吻合度和相似性。

3.2 地下水空間變化分析

在精度評定的基礎(chǔ)上，結(jié)合SWAT模型對區(qū)域1990年代和2000年代地下水空間變化進(jìn)行動態(tài)模擬，模擬結(jié)果見圖2。

1990年 2000年

從圖2中可以看出，不同年代地下徑流空間分布差異性較大，但兩個年代總體趨勢和降水空間分布具有一定的相似性，降水量較大區(qū)域，其地下徑流補(bǔ)給量相對較大，因此地下徑流徑流深也較大，而在降水量偏少的區(qū)域，地下徑流補(bǔ)給量較小，因此地下徑流深相對較小。區(qū)域在1990年代和2000年代總體呈現(xiàn)南大北小的變化趨勢，且中心逐步外擴(kuò)散。

4 結(jié)語

本文結(jié)合SWAT模型對區(qū)域地下徑流時空進(jìn)行動態(tài)模擬，模擬取得以下結(jié)論：

(1)SWAT模型可用于新疆喀什地區(qū)地下水時空動態(tài)模擬，模擬的地下徑流深和監(jiān)測值之間的誤差小于20%，相關(guān)系數(shù)在0.5以上；

(2)區(qū)域地下徑流空間分布受降水分布影響較大，降水量較大的區(qū)域，地下徑流相對較大，而降水偏少區(qū)域，地下徑流補(bǔ)給相對較少，地下徑流量相對較小。

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