雨洪地下调蓄保障河流生态基流的理论与技术研究——以渭河为流域例

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1、分类号:P64110710-2010029008博士学位论文雨洪地下调蓄保障河流生态基流的理论与技术研究——以渭河为流域例张薇导师姓名职称王文科教授申请学位级别工学博士学科专业名称水文学及水资源论文提交日期2015.4.28论文答辩日期2015.6.14学位授予单位长安大学TheoriesandTechniquesofStormwaterandFloodwaterRegulationGuarantyingRiverEcologicalBaseflow---AnApplicationofWeiheBasinADissertationSubmittedfortheDegreeofDoctorCa

2、ndidate：ZhangWeiSupervisor：Prof.WangWenkeChang’anUniversity,Xi’an,China论文独创性声明本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：板氣>/夕年J月/f曰论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利

3、等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。(保密的论文在解密后应遵守此规定）论文作者签名：萬年<月/冬日导师签名广年（月々日本论文的研究工作得到了国家重大水专项“渭河水污染防治专项技术与示范”课题三中专题三“渭河关中段地下水对河流生态基流的保障研究”（2009ZX07212-002-003-003）和国家自然科学基金重点项目：旱区地表-地下水系统界面动力学与水循环研究（41230314）的资助。摘要渭河流域河流径流量时空分布不均，汛期河流径流量剧增，洪水灾害威胁河道及下游城市安全；枯水期河流径流量剧减，河流生态基流缺失严重，河流生态环境

4、恶化。渭河干流在枯水年和特枯年非汛期生态基流缺失严重，河流径流量不能满足河水生态基流的需求。尤其是林家村断面枯水年非汛期河川径流量仅为生态基流量的25%~39%，特枯年河川径流量仅为生态基流量的3%~7%。渭河支流生态基流也存在不同程度的缺失，葫芦河特枯年非汛期河川径流量仅为生态基流量的4%~19%。经统计，渭河流域99%的流域面积都是地下水补给河水，渭河干流在非汛期径流量不能满足生态基流的月份，地下水占河流径流量的72%；渭河支流在非汛期径流量不能满足生态基流的月份，地下水占径流量的47%。由此可见，渭河流域地下水对保障河流生态基流，维持河流生态健康具有重要的作用，要保证健康的渭河就必须加

5、强地下水对河流生态基流的补给。本文以渭河流域水循环规律为基础，以洪水地下调蓄保障河流生态基流为目标，从理论研究、技术探索、工程实践、效益评价等方面，对雨洪地下调蓄保障河流生态基流的基础理论、关键技术及指标体系进行系统研究，主要研究成果如下：（1）研究了渭河干流及主要支流径流量、基流量和生态基流之间的关系，确定地下水是渭河流域河流生态基流的重要保障基础。渭河干流和主要支流部分月份河流径流量无法满足生态基流的需求，因此需要通过调蓄措施保障非汛期河流生态基流。然而，目前常用的跨流域调水和修建地表水库的方法虽然可以有效地调度地表水资源，满足非汛期河流生态基流，但这两种方法存在明显弊病，在保障生态基流

6、的同时带来了许多环境负效应。渭河流域河流径流量中34%~58%来自于地下水的补给，尤其是非汛期河川径流量几乎完全来自于地下水的补给，因此可以通过地下调蓄汛期洪水，发挥地下水对河流生态基流的保障作用维持河流生态健康。（2）系统研究和总结了雨洪地下调蓄保障河流生态基流的基础理论与方法。雨洪地下调蓄保障河流生态基流的基础理论主要包含调蓄的水源条件、地质条件和调蓄模式三方面。将汛期超过两倍生态基流的流量定义为洪水流量，渭河流域洪水资源丰富，为雨洪地下调蓄保障河流生态基流提供充足的水源。调蓄的地质条件主要是考虑调蓄段的区位、水文地质条件、含水层渗透能力及厚度等。在分析了雨洪地下调蓄保障河流生态基流的必

7、要性和可行性的基础上，提出了地下水库调蓄模式、山间河谷调蓄模式、傍河i水源地调蓄模式和城市雨污回用调蓄模式四种调蓄模式，并确定各个调蓄模式的构成内容及适用条件。（3）在研究了雨洪地下调蓄保障河流生态基流影响因素的基础上，将去堵塞技术和河流生态修复作为关键技术进行研究。通过室内实验模拟雨洪调蓄的堵塞过程，并运用数值模拟的方法研究去堵塞技术，确定回灌粗砂介质的含沙量阈值为：入渗效率维持350%时（稳定时刻K/K0