永定河生態(tài)補(bǔ)水的地下水位動(dòng)態(tài)響應(yīng)

胡立堂，郭建麗，張壽全，孫康寧，楊鄭秋

(1.北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院，北京 100875；2.地下水污染控制與修復(fù)教育部工程研究中心， 北京 100875；3.首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)高等財(cái)經(jīng)研究院，北京 100070)

永定河被譽(yù)為北京的“母親河”。在1950年代后期，隨著官?gòu)d水庫(kù)等水利設(shè)施的修建，永定河流域的河道徑流受水庫(kù)控制。1970年以來(lái)，由于水質(zhì)惡化等原因，官?gòu)d水庫(kù)供水能力逐漸減弱，永定河徑流也隨之逐漸減小，直至最終斷流[1]。到1990年，永定河的生態(tài)環(huán)境保護(hù)逐漸受到重視。進(jìn)入21世紀(jì)后，北京市政府開始進(jìn)行永定河生態(tài)環(huán)境的修復(fù)和治理。2001年，北京市政府頒布《21世紀(jì)初期(2001—2005年)首都水資源可持續(xù)利用規(guī)劃》，對(duì)官?gòu)d水庫(kù)進(jìn)行綜合治理，在三家店建設(shè)水質(zhì)凈化工程。2005年北京市政府對(duì)京郊各區(qū)縣的功能進(jìn)行了定位，將門頭溝、平谷、懷柔、密云及延慶五個(gè)區(qū)縣定位為北京市的生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)，其中與永定河關(guān)系最為密切的是門頭溝區(qū)和石景山區(qū)。2009 年，《永定河綠色生態(tài)走廊建設(shè)規(guī)劃》的出臺(tái)，對(duì)永定河生態(tài)走廊的建設(shè)進(jìn)行了規(guī)劃，根據(jù)永定河北京段的官?gòu)d山峽段、平原城市段及平原郊野段河道的特點(diǎn)，分別對(duì)這三段河道的修復(fù)治理方式、景觀布局做出了不同的規(guī)劃，同時(shí)啟動(dòng)了“五湖一線”工程。2014 年，為加強(qiáng)環(huán)渤海及京津冀地區(qū)經(jīng)濟(jì)協(xié)作，永定河被列入水利部津冀協(xié)同發(fā)展專項(xiàng)規(guī)劃生態(tài)修復(fù)治理 10 條重點(diǎn)河流之首。2016 年，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、水利部、國(guó)家林業(yè)局印發(fā)《永定河綜合治理與生態(tài)修復(fù)總體方案》，要求恢復(fù)永定河生態(tài)功能區(qū)建議，逐步將永定河恢復(fù)為“流動(dòng)、綠色、清潔、安全”的河。2017 年，山西、北京、河北、天津等省份合作成立流域綜合治理公司，對(duì)永定河進(jìn)行全流域整體治理[2]。自2014 年底南水北調(diào)中線工程通水以來(lái)，北京的供水壓力得到了極大的緩解，通過采取限制地下水開采、直接補(bǔ)水、置換擠占的環(huán)境用水等措施，永定河生態(tài)環(huán)境正不斷改善，河道復(fù)流，地表水和地下水良性循環(huán)關(guān)系逐步恢復(fù)。

永定河生態(tài)補(bǔ)水自2016年開始實(shí)施。2016年和2019年官?gòu)d水庫(kù)分別累積下泄水量2.23×108m3和2.18×108m3。永定河生態(tài)補(bǔ)水的科學(xué)實(shí)施涉及到地下水、生態(tài)、成本效益等多方面因素的綜合考慮，是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。首先，生態(tài)補(bǔ)水涉及到經(jīng)濟(jì)效益與成本的關(guān)系，從地下水位恢復(fù)的角度，希望補(bǔ)水越多越好，但涉及的補(bǔ)水成本將越高；永定河自官?gòu)d水庫(kù)向三家店、盧溝橋及下游流動(dòng)過程中，會(huì)滲漏相當(dāng)一部分水量，滲漏水量與補(bǔ)水量和補(bǔ)水過程、水文地質(zhì)條件有著直接的關(guān)系；此外，永定河生態(tài)補(bǔ)水后河道周邊地下水如何響應(yīng)亟待研究，涉及到地下水位恢復(fù)規(guī)律和基于水質(zhì)安全的水位合理閾值的劃定；還有，生態(tài)補(bǔ)水后生態(tài)環(huán)境的改善涉及到了地表水、地下水和生態(tài)方面的考慮。本研究將主要關(guān)注地下水方面。早在生態(tài)補(bǔ)水工程實(shí)施之前，部分學(xué)者對(duì)北京永定河地下水位的回升規(guī)律進(jìn)行了相關(guān)研究。王立發(fā)等[3]利用地下水?dāng)?shù)值模擬和有效儲(chǔ)水率計(jì)算公式，對(duì)北京市永定河地下水庫(kù)水資源儲(chǔ)蓄能力進(jìn)行研究，認(rèn)為北京永定河地下水庫(kù)具有較好水資源回灌能力、儲(chǔ)存能力。張?jiān)旱萚4]進(jìn)行了北京西郊地區(qū)地下水恢復(fù)適宜水位分析，確定了1983年枯水期流場(chǎng)為地下水位恢復(fù)的適宜水位。Hao等[5]采用數(shù)值模型評(píng)價(jià)了北京永定河沖積扇中上部人工補(bǔ)給情景的適用性和有效性。郝奇琛等[6]建立了北京永定河沖洪積扇地區(qū)地下水人工回灌系統(tǒng)優(yōu)化模型，求得最優(yōu)回灌方案。楊小芳等[7]建立了地下水?dāng)?shù)值模型，分析河流補(bǔ)水過程對(duì)地下水位抬升的影響，得出潛水含水層的滲透系數(shù)、給水度、河道入滲補(bǔ)給強(qiáng)度和大氣降水入滲補(bǔ)給系數(shù)為地下水位預(yù)測(cè)模型的主控參數(shù)。Hu等[8]曾建立了永定河再生水回補(bǔ)的地下水量和溶質(zhì)遷移模型，對(duì)不同河道襯砌情景進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)沒有襯砌的永定河滲漏可以大大提高地下水位，而通過土工膜襯砌的河道可以有效地控制滲水和溶質(zhì)在含水層中的擴(kuò)散。

2020年4月20日—5月14日北京市水務(wù)局成功實(shí)施了春季永定河生態(tài)補(bǔ)水工作，實(shí)現(xiàn)了北京境內(nèi)170 km河段25 年來(lái)首次全線通水[9]。相比2016—2019年的永定河生態(tài)補(bǔ)水，2020年在官?gòu)d水庫(kù)的永定河徑流量由約40 m3/s達(dá)到了100 m3/s，河道的演進(jìn)范圍也由原盧溝橋下游約18 km變化為北京全境。該次補(bǔ)水受到國(guó)內(nèi)眾多管理者和學(xué)者的廣泛關(guān)注。這次永定河生態(tài)補(bǔ)水相當(dāng)于大型的水力學(xué)試驗(yàn)，從實(shí)踐層面揭示了水文和水文地質(zhì)系統(tǒng)對(duì)于永定河生態(tài)補(bǔ)水的響應(yīng)。但前人尚未對(duì)2016年以來(lái)生態(tài)補(bǔ)水的地下水位響應(yīng)規(guī)律進(jìn)行深入分析。早在2012年7月21日北京暴雨事件后，中國(guó)北方典型洪積扇區(qū)大流量補(bǔ)給對(duì)地下水位動(dòng)態(tài)影響機(jī)制受到學(xué)者關(guān)注，但還不存在系統(tǒng)的地表徑流和地下水動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。2020年永定河生態(tài)補(bǔ)水的地表水和地下水信息的監(jiān)測(cè)支撐了地下水動(dòng)態(tài)響應(yīng)規(guī)律的研究。本研究以永定河流域(北京段)為研究區(qū)，利用生態(tài)補(bǔ)水期間日尺度的降水量、河道徑流和地下水位等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)深入揭示地下水位恢復(fù)和動(dòng)態(tài)響應(yīng)的機(jī)制，為制定科學(xué)的生態(tài)補(bǔ)水方案提供技術(shù)參考。

1 研究區(qū)概況

永定河上游分南北兩大支流，北支為發(fā)源于內(nèi)蒙興和縣的洋河，南支為發(fā)源于山西省寧武縣的桑干河，兩大支流在朱官屯匯合后稱永定河，于官?gòu)d水庫(kù)下游流入北京市境。本研究區(qū)域在永定河北京段(圖1)，按河段特點(diǎn)可分為官?gòu)d山峽段(官?gòu)d水庫(kù)至三家店段)、平原北段(三家店至盧溝橋段)、平原南段(盧溝橋至市界崔指揮營(yíng)段)。

永定河流域北京段屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，多年平均氣溫為12.35 ℃，多年平均降水量約513 mm。研究區(qū)春季干燥；夏季氣溫高，降雨量多，75%的降水集中在6—9月。永定河山峽段的地下水屬于西山巖溶水系統(tǒng)，主要為奧陶系含水巖組，厚度較大，埋藏深度不一，且區(qū)內(nèi)斷裂、褶皺交錯(cuò)，部分地區(qū)可能存在與第四系地下水直接接觸的“天窗”區(qū)。永定河平原段的地下水主要賦存于第四系含水層中，巖性主要為受河流沖洪積作用形成的砂及砂卵礫石，從山前沖洪積扇頂部到下部平原區(qū)，含水層結(jié)構(gòu)逐漸由單一潛水層逐漸過渡到多層，含水層顆粒也逐漸由粗變細(xì)。研究區(qū)地下水主要接受大氣降水、地表水、山區(qū)側(cè)向和城市覆蓋區(qū)供、排水管網(wǎng)滲漏的補(bǔ)給；地下水排泄以開采為主，有側(cè)向流出和少量的潛水蒸發(fā)。

2 研究方法和數(shù)據(jù)

2.1 地下水位動(dòng)態(tài)變化的影響因素評(píng)價(jià)

地下水均衡分析是地下水位動(dòng)態(tài)的基礎(chǔ)，因此以地下水均衡為基礎(chǔ)，采用皮爾遜相關(guān)系數(shù)法依次分析地下水位動(dòng)態(tài)變化序列與主要影響因素的關(guān)系，識(shí)別主控因素。以永定河北京段為研究區(qū)，某時(shí)段(t)地下水位(h)變化主要受到降水入滲補(bǔ)給、河流入滲補(bǔ)給和地下水開采等因素的影響：

(1)

式中：h——地下水位；

t——時(shí)間；

A——研究區(qū)面積；

P——降水入滲補(bǔ)給；

Ql1——地下水側(cè)向流入量；

Qr——永定河等河渠的入滲補(bǔ)給量；

Qw——地下水開采量；

Ql2——地下水側(cè)向流出量。

在分析各觀測(cè)井的地下水位恢復(fù)時(shí)間序列數(shù)據(jù)(Y(t))與各影響因素的時(shí)間序列數(shù)據(jù)(X(t))之間的關(guān)系時(shí)，采用了皮爾遜相關(guān)系數(shù)法表示[10]：

(2)

式中：PR——皮爾遜相關(guān)系數(shù)；

Cov——協(xié)方差；

Var——方差。

2.2 地下水位動(dòng)態(tài)類型的聚類劃分

在獲得觀測(cè)井水位與主要影響因素的皮爾遜相關(guān)系數(shù)之后，采用K-Means聚類算法進(jìn)一步研究觀測(cè)井地下水位動(dòng)態(tài)變化與控制因素的關(guān)系。K-Means聚類算法將數(shù)據(jù)空間劃分為Voronoi單元，該變換將觀測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)分為k個(gè)簇。其中每個(gè)觀測(cè)井均屬于某個(gè)聚類，位于同一集群中的觀測(cè)井意味著水位變化具有相似的主要控制因素[11]。

2.3 地下水位變化對(duì)生態(tài)補(bǔ)水響應(yīng)的滯后性

地下水位對(duì)單次或連續(xù)降水事件的響應(yīng)研究是水文地質(zhì)學(xué)的一個(gè)基礎(chǔ)內(nèi)容，其中地下水位響應(yīng)的滯后性是受關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一[12]。連續(xù)型的生態(tài)補(bǔ)水會(huì)對(duì)地下水系統(tǒng)產(chǎn)生持續(xù)的河道滲漏補(bǔ)給，不同位置的觀測(cè)井水位會(huì)出現(xiàn)不同的響應(yīng)(圖2)。生態(tài)補(bǔ)水從t0時(shí)刻開始，觀測(cè)井1、2和3的地下水位回升分別從t1，t2，t3開始有明顯變化，因此觀測(cè)井1、2和3的滯后響應(yīng)時(shí)間分別為(t1-t0)，(t2-t0)和(t3-t0)，但在生態(tài)補(bǔ)水期結(jié)束后，對(duì)于封閉系統(tǒng)，如果地下水其他源匯項(xiàng)不發(fā)生變化，地下水位將逐漸回落至某個(gè)值。由于永定河山峽段主要是裂隙和巖溶區(qū)，地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)井少，因此在本研究中將永定河從官?gòu)d水庫(kù)至永定河渠引水前的三家店的徑流之差作為滲漏補(bǔ)給的水源，以此分析生態(tài)補(bǔ)水期地下水位恢復(fù)狀況。

圖2 持續(xù)生態(tài)補(bǔ)水后不同位置觀測(cè)井水位滯后響應(yīng)的示意圖Fig.2 Schematic diagram of delay effect of groundwater level within observation wells at different locations in response to continuous ecological water replenishment

2.4 數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

針對(duì)2020年春季生態(tài)補(bǔ)水期，收集了同期的降水、地表徑流、地下水位動(dòng)態(tài)和主要水廠供水的日尺度數(shù)據(jù)。

(1)選取研究區(qū)內(nèi)10個(gè)雨量站作為代表站，獲得2020年4月19日—6月1日的日降水?dāng)?shù)據(jù)(圖1)。

(2)包括永定河生態(tài)補(bǔ)水區(qū)16個(gè)徑流站的日徑流數(shù)據(jù)(圖1)，選取雁翅站、三家店閘站、盧溝橋站和黃良鐵路站4個(gè)具有代表性的站點(diǎn)2020年4月19日—6月1日的日徑流量數(shù)據(jù)以及2016年和2019年的年徑流數(shù)據(jù)，分析河道滲漏規(guī)律。

(3)收集到春季補(bǔ)水期的77眼監(jiān)測(cè)井的日尺度地下水位，數(shù)據(jù)系列自2020年4月19日—6月1日。大部分井為潛水井。

(4)收集到主要水廠2020年4月19日—6月1日的日供水?dāng)?shù)據(jù)。

3 結(jié)果與討論

3.1 永定河流域生態(tài)補(bǔ)水過程河道滲漏規(guī)律分析

河道滲漏損失量與永定河生態(tài)補(bǔ)水方案和地下水位動(dòng)態(tài)變化密切相關(guān)。為探究永定河北京段雁翅村至三家店水庫(kù)山峽段以及三家店以下平原北段和南段各段河道滲漏規(guī)律，根據(jù)永定河北京段徑流監(jiān)測(cè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)，選取雁翅站、三家店閘站、盧溝橋站和黃良鐵路站4個(gè)具有代表性的站點(diǎn)2016年、2019年和2020年部分流量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。研究結(jié)果見圖3(a)，雁翅站至三家店閘區(qū)間，2019年河道滲漏損失率約為41%(雁翅站平均徑流量約為34 m3/s)，2020年河道滲漏損失約為22%(雁翅站平均徑流量約為102 m3/s，其徑流見圖3(b))，2016年只有年河道徑流數(shù)據(jù)，其滲漏損失率估計(jì)為30%；三家店閘至盧溝橋區(qū)間，2019年河道滲漏損失約為58 %(三家店閘平均徑流量約為 20 m3/s)，2020年河道滲漏損失率只有約20%(三家店閘平均徑流量約為80 m3/s)；盧溝橋至黃良鐵路區(qū)間，河道滲漏損失率與徑流量密切相關(guān)，在2016年近60%，在2020年平均損失率約為40%。從趨勢(shì)上可知，雁翅站至三家店閘區(qū)間，2016—2020年的生態(tài)補(bǔ)水方案下的滲漏損失率呈減少趨勢(shì)；三家店閘至盧溝橋區(qū)間，2016—2020年的滲漏損失率呈現(xiàn)明顯的衰減趨勢(shì)；盧溝橋至黃良鐵路區(qū)間，2020年的平均滲漏損失率(40%)比2016年(約58%)低。因此說明，2020年大流量補(bǔ)水方案(雁翅站平均徑流量約為102 m3/s)比2016和2019年的小流量補(bǔ)水方案(雁翅站平均徑流量約為34 m3/s)的河道滲漏損失率低，其衰減規(guī)律并不呈現(xiàn)線性減小(圖3)，似指數(shù)衰減趨勢(shì)。從平均滲漏損失率看，雁翅至三家店閘區(qū)段的河道滲漏損失率略高于三家店至盧溝橋區(qū)段。

圖3 2016、2019和2020年永定河生態(tài)補(bǔ)水不同河段徑流量與滲漏量關(guān)系Fig.3 Relationship between rive runoff and leakage rate in different reaches of the Yongding river under the ecological water replenishment in 2016, 2019 and 2020

3.2 地下水位動(dòng)態(tài)變化規(guī)律

2020年4月20日生態(tài)補(bǔ)水開始，研究區(qū)77眼觀測(cè)井地下水位回升值隨時(shí)間變化的曲線，見圖4。從圖4中發(fā)現(xiàn)，地下水動(dòng)態(tài)可大致分為幾類，一部分觀測(cè)井地下水位回升明顯，如GW1、GW3、GW4、GW5、GW6、GW7、GW8、GW9、GW10、GW11至GW16孔；一部分觀測(cè)井地下水位變化不明顯，如GW24、GW25、GW29孔；還有一部分觀測(cè)井地下水位持續(xù)下降，如GW2、GW17、GW22等孔(其中GW17、GW30、GW39和GW43孔在4月20日水位小幅度升高是生態(tài)補(bǔ)水前的地下水系統(tǒng)響應(yīng)，因?yàn)榈乇硭晒購(gòu)d水庫(kù)至落坡嶺需要1 d才能到達(dá))。陳家莊的GW1孔地下水位回升值最大，至6月1日水位已回升約20 m，其次為龍泉?jiǎng)?wù)北的GW7孔(回升約16m)，園博園的GW14孔(回升約11 m)。至6月1日，位于東安村的GW77孔地下水位仍下降近5 m，其次是前柳的GW71孔(近 3 m)。由數(shù)據(jù)資料可知，生態(tài)補(bǔ)水期降水量較少，不是影響大幅度地下水位恢復(fù)的控制因素，地下水位恢復(fù)主要受到河道滲漏補(bǔ)給影響，而平原南段部分孔地下水位受地下水開采影響。圖5顯示了6月1日地下水位回升值的等值線，其中有2處明顯的地下水位上升區(qū)。其一為三家店水文站以上河段周邊3～5 km，地下水上升幅度大(1～19 m)，自河段上游至下游的地下水水力梯度大；其二為盧溝橋水文站的河段周邊(2～16 m)，地下水位上升幅度自河段處向周邊逐漸減小。在盧溝橋水文站約10 km的下游地段，除了局部河道周邊(如崔指揮營(yíng)段附近)地下水位略有上升外，地下水位下降幅度基本在1～3 m。

圖4 2020年春季生態(tài)補(bǔ)水期地下水位回升值隨時(shí)間變化(正值表示上升，負(fù)值表示下降)Fig.4 Change of groundwater recovery with time during the ecological water replenishment period in the spring of 2020 (positive value represents water is ascending and negative value represents water is descending)

圖5 地下水位動(dòng)態(tài)類型劃分和2020年6月1日水位恢復(fù)等值線Fig.5 Classification of groundwater regimes and contour map of groundwater recovery on June 1, 2020

3.3 地下水動(dòng)態(tài)類型劃分

根據(jù)式(1)，將77眼觀測(cè)井的地下水位動(dòng)態(tài)處理為日水位變幅(當(dāng)天減前一天)，結(jié)合滲漏補(bǔ)給量(以雁翅與三家店的河道滲漏量計(jì)算)、降水量和城市主要水廠日供水量的數(shù)據(jù)系列(圖6)進(jìn)行分類分析。首先采用皮爾遜相關(guān)系數(shù)法分析相關(guān)關(guān)系，在獲得相關(guān)系數(shù)后，采用K-Means聚類算法進(jìn)一步進(jìn)行分析，累積生態(tài)補(bǔ)水量見圖3(b)，共補(bǔ)水約1.6×108m3。通過計(jì)算，將地下水位恢復(fù)的空間數(shù)據(jù)劃分為4種類型，每個(gè)井點(diǎn)屬于某個(gè)聚類，結(jié)果見圖5。第Ⅰ類(綠色原點(diǎn))類型為河道滲漏補(bǔ)給主控型，河道滲漏補(bǔ)給為主控因素，該類型主要分布在陳家莊到盧溝橋距離永定河3 km范圍內(nèi)，距離河床較近，河道滲漏可及時(shí)補(bǔ)給地下水，地下水補(bǔ)給來(lái)源主要為地表水滲漏。第Ⅱ類(五角星)類型為河道滲漏和降水主控型，河道滲漏和降水均是主要因素，地下水位動(dòng)態(tài)受補(bǔ)給條件限制，有很明顯的滯后，主要分布在盧溝橋下游的平原南段。第Ⅲ類(藍(lán)色方塊)類型為河道滲漏-降水-地下水開采作用明顯型，河道滲漏、降水和地下水開采共同作用，地下水位動(dòng)態(tài)與三者有一定的相關(guān)系數(shù)。第Ⅳ類(紅色圓點(diǎn))類型為河道滲漏-降水-地下水開采作用不明顯型，河道滲漏、降水和地下水開采共同作用，但地下水位動(dòng)態(tài)與三者的相關(guān)系數(shù)很差(也可能受表1中其他源匯項(xiàng)數(shù)據(jù)影響)，主要分布在距離永定河較遠(yuǎn)的位置。

圖6 2020年生態(tài)補(bǔ)水期降水量和供水量隨時(shí)間變化Fig.6 Changes of precipitation and water supply with time during the ecological replenishment period of 2020

3.4 地下水位動(dòng)態(tài)響應(yīng)的滯后性

河道滲漏對(duì)地下水位的變化有直接關(guān)系，但地下水位的回升需要一定時(shí)間，即存在一定的滯后性。以地下水動(dòng)態(tài)類型劃分的第一類型為基礎(chǔ)，選取受河道滲漏主要影響的12口地下水監(jiān)測(cè)井進(jìn)行分析。這些監(jiān)測(cè)點(diǎn)均位于陳家莊至盧溝橋段距離永定河3公里范圍內(nèi)，與滲漏補(bǔ)給量具有較強(qiáng)相關(guān)性。通過對(duì)河道滲漏量的時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行逐次移動(dòng)0 d、1～20 d(該值可間接反映地下水位動(dòng)態(tài)的滯后天數(shù))，再分析其與地下水位動(dòng)態(tài)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)這12眼井地下水位動(dòng)態(tài)與河道滲漏量存在很好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)基本在0.60以上，最高達(dá)0.80。河道滲漏量時(shí)間序列的偏移天數(shù)也影響著相關(guān)系數(shù)。選擇了3眼典型孔(GW1、GW14和GW16)分析了地下水位動(dòng)態(tài)變化對(duì)滲漏的滯后響應(yīng)(圖7)。位于河道周邊的GW1井，可以及時(shí)對(duì)滲漏補(bǔ)給產(chǎn)生響應(yīng)，地下水位迅速回升，最后趨于穩(wěn)定，不存在滯后效應(yīng)。GW14井地下水的響應(yīng)較為緩慢(滯后約10 d)，當(dāng)滲漏補(bǔ)給到達(dá)該含水層時(shí)，地下水位回升，然后開始下降。GW16井距離河道較遠(yuǎn)，地下水位響應(yīng)也明顯滯后(滯后約17 d)，地下水位回升沒有GW14井的大。

圖7 2020年生態(tài)補(bǔ)水期3個(gè)典型觀測(cè)井地下水位動(dòng)態(tài)的滯后響應(yīng)Fig.7 Delay effect of groundwater regimes within 3 typical observation wells during the ecological replenishment period in 2020

4 結(jié)論

(1)永定河河道滲漏損失率與生態(tài)補(bǔ)水流量及其地質(zhì)條件密切相關(guān)，在2020年春季官?gòu)d水庫(kù)約 100 m3/s 生態(tài)補(bǔ)水情景時(shí)河道平均河道滲漏損失率約20%～40%，該值比2016年(30%～60%)和2019年(41%～58%)生態(tài)補(bǔ)水情景(官?gòu)d水庫(kù)河道徑流量約40 m3/s)的平均滲漏損失率小，盧溝橋斷面以上的河道滲漏損失與補(bǔ)水流量近似呈指數(shù)衰減關(guān)系。

(2)2020年4月20日永定河生態(tài)補(bǔ)水開始，至6月1日，河道周邊77眼觀測(cè)井地下水位動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)不同規(guī)律，包括顯著回升、變化不顯著和持續(xù)下降三種規(guī)律，其中水位上升區(qū)主要在三家店水文站上游和盧溝橋水文站周邊，水位上升值最大約為20 m。

(3)根據(jù)地下水均衡原理和相關(guān)分析與聚類分析方法，2020 年春季永定河生態(tài)補(bǔ)水的77 眼監(jiān)測(cè)井的地下水位動(dòng)態(tài)被分為4 種類型：河道滲漏補(bǔ)給主控型、河道滲漏和降水主控型、河道滲漏—降水—地下水開采作用明顯型、河道滲漏—降水—地下水開采作用不明顯型。受河道滲漏補(bǔ)給主控型的地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)井主要位于自雁翅站到盧溝橋下游5 km左右的河道周邊。

(4)通過12眼河道滲漏補(bǔ)給主控型的監(jiān)測(cè)井地下水動(dòng)態(tài)分析發(fā)現(xiàn)，從河道上游至下游地下水位動(dòng)態(tài)響應(yīng)存在明顯的滯后性。

永定河生態(tài)補(bǔ)水是地下水動(dòng)態(tài)變化的外因，而地質(zhì)條件是地下水動(dòng)態(tài)變化的內(nèi)因。對(duì)于地質(zhì)條件的控制作用尚待進(jìn)一步研究；永定河生態(tài)補(bǔ)水流量仍需從河道徑流、地下水動(dòng)態(tài)和生態(tài)響應(yīng)方面綜合研究。