西南岩溶山区地下水资源评价方法对比研究——以寨底地下河流域为例

杨杨; 赵良杰; 潘晓东; 夏日元; 曹建文

doi:10.11932/karst20220106

西南岩溶山区地下水资源评价方法对比研究——以寨底地下河流域为例

doi: 10.11932/karst20220106

中国地质科学院岩溶地质研究所/联合国教科文组织国际岩溶研究中心/自然资源部、广西岩溶动力学重点实验室，广西桂林 541004

基金项目:

中国地质调查局地质调查项目 DD20190326

国家自然科学基金项目 41502252

广西自然科学基金面上项目 2018GXNSFAA294015

详细信息

作者简介:
杨杨（1987-）,女,硕士,工程师,研究方向：岩溶水循环与水资源评价。E-mail：yangyang_a@mail.cgs.gov.cn。

通讯作者:
赵良杰(1986-),男,博士,助理研究员,研究方向：岩溶水循环与水资源评价。E-mail：zhaoliangjie@cgs.gov.cn。

中图分类号: P641.8
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出版历程
- 收稿日期: 2021-09-12
- 发布日期: 2022-02-25
- 刊出日期: 2022-02-25

Comparative study on evaluation methods of groundwater resources in karst area of Southwest China: Taking Zhaidi underground river basin as an example

Institute of Karst Geology，CAGS/International Research Centre on Karst under the Auspices of UNESCO/Key Laboratory of Karst Dynamics，MNR & GZAR，Guilin，Guangxi 541004，China

Funds:

DD20190326

41502252

2018GXNSFAA294015

摘要

摘要: 西南岩溶山区地下水资源丰富，查清地下水资源量是科学管理水资源的基础，岩溶山区地下水资源量的评价方法多样，计算过程不同，进而评价结果也存在差异。本文选择寨底地下河流域为研究对象，采用四种不同的评价方法（总排泄量法、基流分割法、径流模数法、数值模型法）对流域地下水资源量进行评价，分析各方法的评价机理和流程，研究其主要影响因素，并对其适用性进行讨论。结果显示：针对西南岩溶石山地区，基流分割法简单快捷，适用于枯季地下水资源量评价，在雨季地下水资源量评价中存在一定不足；总排泄量法的评价结果较为准确，但资料获取难度大，且成本较高；数值模拟法运算高效，但需要大量的前期调查研究数据资料；径流模数法操作性较强，对岩溶山区具有较强的适用性，但参数的选择存在一定的不确定性，对评价结果影响较大。确定计算参数是水资源评价中的关键步骤，通过实测流量反推和灰色聚类法，可提高参数精度和计算效率。
- 岩溶水 /
- 地下水资源 /
- 西南岩溶区 /
- 评价方法
Abstract: The karst mountainous area in Southwest China is rich in groundwater resources. Finding out the amount of groundwater resources is the basis of scientific management of water resources. The evaluation methods of groundwater resources in karst mountainous areas are diverse with different the calculation processes， and hence the evaluation results are also different. At present， there is no comparative analysis of specific case for different evaluation methods， so it is impossible to horizontally compare the calculation accuracy and adaptability of these methods. Taking the Zhaidi underground river basin as the research object， and four different evaluation methods （total discharge， base flow segmentation， runoff modulus and numerical model） were used to evaluate the groundwater resources in the basin. The evaluation mechanism and process of each method were analyzed. Besides， the main influencing factors of these methods and their applicability were discussed. Zhaidi underground river system， located in Lingchuan county， Guilin City， is a typical karst underground river basin in the karst area of Southwest China. The underground water in this region generally flows from north to south， receives the supply of atmospheric precipitation， flows along karst fissures and pipelines， exposes itself in Shuiniue， Dongjiao， Xiaofu and other places. And then it converges with surface streams and ditches， turns underground again in Konglianshan and Xiangshuiyan， and is finally discharged in the outlet of Zhaidi underground river. The evaluation data come from the test site of "Guangxi Haiyang-Zhaidi test base" hosted by Karst Institute of China Geological Survey. The automatic monitor was used to monitor the changes of groundwater level and flow. The data were selected from the long-term observation data of groundwater from 2009 to 2019， including those from the observation points of karst spring and outlet flow of underground river. The year of 2018 was taken as the normal year for groundwater resources calculation. The evaluation results show that for the karst mountainous area in Southwest China， the base flow segmentation method is simple and fast， but the calculation results are smaller than those of other algorithms. The main influencing factors of this method are the segmentation algorithm and the dynamic change of groundwater. This algorithm is limited by the conditions of hydrological stations and the rapid rise and fall of groundwater in karst mountainous area. It can be applied to the evaluation of groundwater resources in dry season due to its deficiencies of the evaluation in rainy season. The evaluation result of the total discharge method is relatively accurate， but this method needs a heavy workload with high investigation accuracy and large consumption of time and manpower. Therefore， a total discharge method is mainly applied to the evaluation of water resources in a specific period of time or in small-scale investigation and research. In this method， it is also necessary to find out the groundwater runoff and discharge path， and master the hydraulic connection of each discharge point. The numerical model method is efficient， but needs a lot of preliminary investigation and research data. According to the hydraulic characteristics of frequent conversion between surface water and groundwater in karst area， the model algorithm needs to be improved. The runoff modulus method is highly applicable to karst areas， but there is a certain uncertainty in the selection of parameters， which has a great impact on the evaluation results. For the area lacking monitoring stations， the analogy method needs to be used to calculate the runoff modulus in combination with the measured data， but showing certain subjectivity. Determining the calculation parameters is a key step in water resources evaluation. The parameter accuracy and calculation efficiency can be improved through the measured flow regression and grey clustering method.
- karst water /
- groundwater resources /
- karst area in Southwest China /
- evaluation method
注释:

1) 杨杨，赵良杰，潘晓东，等.西南岩溶山区地下水资源评价方法对比研究：以寨底地下河流域为例［J］.中国岩溶，2022，41（1）：111-123.

2)

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图 1 CFP模型原理示意图

Figure 1. Schematic diagram of CFP

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图 2 研究区含水层结构示意图

Figure 2. Structure diagram of aquifer in the study area

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图 3 寨底地下河流域水文地质简图

Figure 3. Hydrogeological map of Zhaidi underground river basin

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图 4 监测站点分布图

Figure 4. Distribution diagram of monitoring sites

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图 5 阳朔水文站2018年监测流量曲线和基流分割曲线

Figure 5. Monitoring flow curve and base flow segmentation curve of Yangshuo hydrological station in 2018

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图 6 网格剖分及剖面线位置

Figure 6. Grid division and profile position

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图 7 AA'剖面示意图

Figure 7. Diagram of AA' section

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图 8 BB'剖面示意图

Figure 8. Diagram of BB' section

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图 9 ZK7水位拟合曲线

Figure 9. Fitting curve of ZK7 water level

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图 10 G015水位拟合曲线

Figure 10. Fitting curve of G015 water level

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表 1 地下资源评价方法对比表

Table 1. Comparison of evaluation methods of underground resources

评价方法	限制因素	适用条件
总排泄量法	工作量较大	适用于小流域或单一时段的地下水资源评价
基流分割法	水文站点不足，不同基流分割方法计算结果差距较大，计算结果偏小	适用于地下水动态变化较小，且具备水文站点的区域
径流模数法	地下水监测站点不足，参数取值具有一定主观性	适用于水文地质条件清晰，且具有地下水长期监测资料的区域
数值模拟法	数据资料限制，模型结构仍需改进	适用于研究程度较高，具有钻探、物探等资料的区域

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表 2 监测站点2018年年度流量

Table 2. Annual flow in 2018 from monitoring sites

监测站	位置	流量/m³⋅s^-1	补给面积/km²
G16	Ⅰ₁钓岩地下河出口	286.325	1.92
G030	Ⅰ₂水牛厄下降泉	500.617	3.89
G070	Ⅰ₃东究下降泉	365.027	1.14
G032	Ⅰ₄东究地下河出口	946.244	7.79
G044	Ⅰ₅大浮地下河出口	183.859	4.07
G045	Ⅰ₆菖蒲岭下降泉	141.375	2.64
G047	Ⅰ₇寨底地下河出口	1 737.29	11.96

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表 3 2018年地下水资源量计算表

Table 3. Calculation of groundwater resources in 2018

子系统名称及编号	含水岩组类型	面积/km²	径流模数/L∙s^-1∙km^-2	地下水资源量/万m³
钓岩子系统Ⅰ₁	较纯全碳酸盐岩	1.917	24.630	148.912
水牛厄子系统Ⅰ₂	较纯全碳酸盐岩	1.736	23.610	129.248
	次纯全碳酸盐岩	1.315	17.180	71.220
	较纯半碳酸盐岩	0.222	9.840	6.874
	次纯半碳酸盐岩	0.098	7.160	2.224
	碎屑岩	0.519	2.390	3.914
东究西侧子系统Ⅰ₃	较纯全碳酸盐岩	0.083	23.470	6.120
	次纯全碳酸盐岩	0.737	11.200	26.038
	碎屑岩	0.317	2.670	2.671
东究东侧子系统Ⅰ₄	较纯全碳酸盐岩	5.568	20.480	359.610
	次纯全碳酸盐岩	0.979	12.160	37.526
	碎屑岩	1.248	2.670	10.510
大浮子系统Ⅰ₅	较纯全碳酸盐岩	1.331	18.560	77.913
	次纯全碳酸盐岩	1.375	10.430	45.222
	碎屑岩	1.362	3.180	18.450
菖蒲岭子系统Ⅰ₆	较纯全碳酸盐岩	1.812	19.290	110.207
菖蒲岭子系统Ⅰ₆	次纯全碳酸盐岩	0.824	11.450	9.429
寨底子系统Ⅰ₇	较纯全碳酸盐岩	9.143	22.490	648.483
	次纯全碳酸盐岩	2.818	10.320	91.712
	碎屑岩	0.002	2.360	0.015

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表 4 寨底地下河系统水资源量

Table 4. Water resources of Zhaidi underground river system

	补给排泄项	水资源量	所占比例/%
补给项/万m³⋅a^-1	降雨入渗	2 614.82	82.27
	外源水补给	351.87	11.07
	含水层释放量	211.52	6.66
	总补给量	3 178.21	100.00
排泄项/万m³⋅a^-1	岩溶管道排泄量	2 642.40	83.93
	含水层储存量	308.54	9.80
	局部泉排泄量	145.96	4.64
	水头边界	49.90	1.59
	蒸发量	1.64	0.05
	总排泄量	3 148.6	100.00

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表 5 地下水资源量评价结果对比表

Table 5. Comparison of evaluation results of groundwater resources

计算方法	地下水资源量/万m³⋅a^-1	主要影响因素
总排泄量法	2 423.45	调查精度、地下水系统条件
基流分割法	1 148.49	水文站控制范围、流量年内动态变化规律、分割算法
径流模数法	1 806.3	地下水监测数据、水文地质参数
数值模型法	2 642.4	资料精度、水文地质参数、模型结构及算法

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