河流入渗机制
黑河干流河道入渗发生在中游英罗峡-黑河大桥河段和下游正义峡以下河段，各河段河道入渗规律差异较大，现分别叙述。
4.4.1.1英落峡中游-黑河大桥河段
黑河大桥位于33号河道上。英落峡水文站以北3km，是黑河地下水由入渗到排泄的补给排泄关系的转换地。根据甘肃省第二水文队在1967和1985河段的测流资料(表4。10)，单位长度河流的入渗率y(%)/km与流量(m3/s)呈幂函数统计关系(图4.65438
西北典型内陆流域水资源调控与优化利用模式——以黑河流域为例
样本数n=7，拟合相对误差δ = 13.65% ~ 36.16%，平均值δ=25。46%，复相关系数R=0。95，而统计量F=44？16.3=F0。01，在α= 0的水平上高度显著。01.
草滩庄水利枢纽工程建于8。20世纪90年代初该河段英落峡水文站以北3km处。受东、西干渠引水和工程上游闸门启闭的影响，草滩庄年内各月流量变化较大。草滩庄以下25公里的河道，可使4。86m3/ s泄漏，因此上述公式仅适用于草滩庄流量大于4。86立方米/秒..
4.4.1.2下游正义峡-浪心山河段
(1)年径流损失率与径流量的关系
正义峡到狼心山距离164km。根据水文站资料(表4。11)，正义峡年径流损失率y (%)与年径流量x (108m3/ a)呈线性函数统计关系(图4。18):
西北典型内陆流域水资源调控与优化利用模式——以黑河流域为例
样本数n=14，拟合相对误差δ = 0。07% ~ 23.25%，平均δ = 6。44%，相关系数R = 0。84，F =28。44?9.33 = R0。01，在α= 0的水平上高度显著。01.
表4。10黑河中游英罗峡-大乔河单长度入渗率数据表
注:本表数据来源于甘肃省地质矿产局第二水文队在1967和1985的测流数据。
图4.17英落峡-大乔河单长入渗率与流量关系曲线。
(2)月平均河流损失与河流流量的关系。
根据1988至2002年的月平均河流流量资料，正义峡的月平均河流损失y (m3/ s)与月平均河流流量x (m3/ s)与坐标原点呈线性函数统计关系(图4。19):
西北典型内陆流域水资源调控与优化利用模式——以黑河流域为例
样本数为n=168，拟合的平均相对误差为δ=58。相关系数为R = 0。71.
正义峡-浪心山月平均河川流失量Y和月平均河川流量X的数据点基本落在y = x和y = 0两条直线之间。2x，河流量大，入渗大，发散大，河流量小，入渗小，发散小。月平均河流损失率分别为100%和20%，平均为48%。
表4。黑河下游正义峡-狼心山段年径流数据表+01
(3)河流单位长度入渗率与河流流量的关系。
根据2001至2003年集中调水期间水文监测数据(表4。12)，正义峡-浪心山河单位长度入渗率y(%)/km与河流(来水量)x (m3/ s)呈线性统计关系(图4。20):
西北典型内陆流域水资源调控与优化利用模式——以黑河流域为例
样本数n=6，拟合的平均相对误差δ=28。59%，相关系数R=0。87，f = F=12。29 >；7.71=F0。05，这在α=0时是显著的。05级。
图4.18正义峡-狼心山河水流失与径流关系曲线。
图4.19正义峡-狼心山河流流失与河流流量关系曲线。
4.4.1.3浪心山以下下游河段
朗心山分为东河和西河，分别向东和向西流入烟海。河道长度分别为169km和175km。根据水文资料，浪心山月渗漏率和河流排泄系统计算结果见表4。13.河流入渗率受河流流量和季节(引用水)影响，河流入渗率从0。18%到10.52%，多在2%-5%之间。
4.4.2河流入渗室内模拟试验
河流入渗的机理涉及许多方面，如河流与含水层的关系、河流水位与地下水位的关系、河流入渗的方式以及河流入渗的计算方法等。它一直是水资源研究的热点问题。自然界中很少有完全贯穿整个含水层的“完整”河流。在大多数情况下，河流是“不完整的”河流，部分穿过含水层或悬浮在含水层之上。当一条“不完整”的河流对地下水的补给达到极限入渗强度时，河流的水位就会与地下水位不一致，这时河流就会通过包气带垂直运移来补给地下水。“不完整”河流的极限入渗强度的计算方法有很多种，但通常是通过水文测流和水量平衡原理得到的，即用不连续河段的流入流出量之差除以河段长度得到河流的极限入渗强度。
表4。12正义峡-浪心山河集中调水期间平均流量表
图4。20正义峡-狼心山河单长入渗率与流量的关系
河流的极限入渗量一般不等于潜水得到的河水补给量，因为河水在到达潜水面之前通过包气带并返回地面的蒸发损失是客观存在的。在干旱半干旱地区，蒸发非常强烈，河水通过包气带的蒸发损失不容忽视。由于这个原因，人们经常使用经验方法来估计这个数额。通常“将河水有限入渗的10% ~ 30%视为包气带蒸发损失，即河水入渗的70% ~ 90%用于补充地下水”。
干旱半干旱地区的河流是地下水的重要补给源。能否准确估算或掌握河水入渗补给量，对地下水资源评价精度有很大影响。为了研究河水入渗对地下水的补给，定义了两个参数:河水入渗蒸发损失为β'，是河水入渗蒸发损失与河水损失(限制入渗)Q的比值，即β' = E/Q；河水补给地下水的换算系数β为河水入渗补给量Qb与河水流失量Q之比，即β= Qb/Q；稳态时两个参数的关系为β+β'=1。
4.4.2.1模拟装置及试验
为了研究河水入渗过程中的蒸发损失，专门设计了室内模拟试验装置。模拟装置设计为高度为1的渗流池模型。5m，长度为1。5m，宽度为0。5m，由有机玻璃制成。河道宽度和模型宽度为1 ∶ 10，河道中央深度与模型高度之比为1 ∶ 40。在模型的宽面两侧对称设有安装含水量和负压测量装置的校准孔；在模型窄面的一侧，上部安装了河流入渗(即河流水量损失Q)的供水装置，另一侧，下部安装了渗漏水量(河水入渗补给Qb)的测量装置；在模型顶部河流的一端增加了一个蒸发加热装置(图4。21，照片)。
试验时，供水装置向河流送水，加热装置加热试验表土，耗水量测量装置测量渗漏量(Qb)，用测量仪器测量校准点的负压、含水量等物理量。实验分为蒸发温度和室内温度两种，实验过程由不稳定到稳定。稳态水平衡方程为q = QB+E。
表4。13浪心山以下黑河下游月渗漏率及河表
西北典型内陆流域水资源调控与优化利用模式——以黑河流域为例
图4。21河流入渗模拟试验装置示意图
4.4.2.2试验土样的参数和水分特征曲线
河水入渗室内模拟试验所用土样采用筛分法确定，根据筛分数据判断试验土样为中砂(表4。14).用达西渗透仪测定了供试土样的饱和渗透系数，渗透系数值为16。9m/d，17。1m/d，17。2m/d，平均17.1m/d..
试验土样的水分特征曲线用Van Genuchten (1980)模型描述:
西北典型内陆流域水资源调控与优化利用模式——以黑河流域为例
公式
θ-含水量(cm3/cm3)；
θr——残余水分含量(cm3/cm3)；
θs——饱和含水量(cm3/cm3)；
H——负压(kPa)；
α，n，m——代表土壤水分特征曲线形状的参数。
上述模型模拟的水分特性主要脱水曲线如图4所示。22.水分特征曲线的计算参数为θr= 0。007，θs= 0。392, α = 1.8815，n = 1。57165438+.
4.4.2.3测试数据和结果的分析
2002年8月6日11: 00至8日14: 30进行河水入渗实验，先室内温度再加入蒸发温度。7日16: 30开启蒸发加热器，室温测试持续29。5h，加热试验持续22h，总试验持续时间为51。同年8月19日13: 30至8月21日13: 30，先蒸发温度后室内温度进行河水入渗试验。蒸发加热器关闭时间为20日5: 30，加热试验持续16h，室温试验持续32h，总试验持续48h。河水入渗试验的观测数据列于表4。16和表4。17.
表4。14河流入渗室内模拟试验土样颗粒分析成果表
表4。15试验土样含水率和负压实测值和拟合值表
图4。22河流入渗试验土样的含水量与负压(θ-H)曲线。
先室内温度后蒸发温度的河水入渗试验:室内温度26 ~ 27℃，土样加热后表面温度45 ~ 47℃，温差19 ~ 20℃，平均温差19。5℃;室内温度试验中稳定渗透水流量(代表河水流失量Q)为2100ml/min，稳定渗透水流量(代表蒸发状态下河水入渗补给量Qb)平均值为1932ml/min，河水入渗蒸发损失量E为168ml/min。则河水入渗的蒸发损失率为β' = E/Q = 8。河水入渗补给的换算系数为β = 1-β' = 92。0%.
先用蒸发温度和室内温度进行河水入渗试验:加热后土样表面温度42 ~ 50℃，室内温度26 ~ 27℃，温差16 ~ 23℃，平均温差19。5℃;蒸发温度试验的稳定渗水流量(Qb)为1710mL/min，室内温度试验的稳定渗水流量(Q)为1810mL/min，河水入渗的蒸发损失为100mL/min，因此河水入渗的蒸发损失率为β。
河水入渗室内模拟试验结果表明，河水入渗蒸发损失β'小于10%，河水入渗补给转换系数β大于90%，即河水损失的90%以上入渗补给地下水。
表4。16河流入渗室内模拟试验数据表(先室内温度，后蒸发温度)
表4。17河流入渗室内模拟试验数据表(先蒸发温度，后室内温度)
需要注意的是，这个测试只代表了常年有水渗入的河流。对于间歇性河流，由于河床下包气带的含水量变化较快，蒸发散失的水量显著增加，导致河水入渗补给量大大减少。间歇性河流入渗补给占河流水量损失的比例，仍是今后需要进一步研究的课题。
4.4.3河流渗透
4.4.3.1中游渗透
英落峡-黑河大桥河段出现河水入渗。由于草滩庄水利枢纽工程及其上游引水的影响，工程上下游径流与河水入渗有较大差异，需单独计算。
(1)英落峡-草潭庄河段入渗
英落峡到草潭庄的距离是8。其中主要引水渠道有董熙渠、陇东渠和东西干渠，平均总引水量为6。96×108m3/ a多年。董熙运河和陇东运河位于英罗峡，东、西干渠位于草滩庄水利枢纽。
1、2、12三个月的年河水入渗量，由于董熙运河、陇东运河、东、西干渠不取水，且草滩庄水利枢纽工程开闸自由泄流，可根据河道单位长度入渗率y(%)/km与河道来水量x (m3/ s) y = 1655的关系，每年3月~ 165438+10月的河水入渗受董熙运河、陇东运河、东西总干渠引水和草滩庄水利枢纽泄流影响较大，应以1992 ~ 1994和1996为基准。由于各年入渗量变化不大，所以3月至11的其他年份河水入渗量可由当年3月入渗量与11和12 ~ 2的平均比值(12)计算得出。32).据此计算，英落峡至草潭庄之间的河水入渗情况见表4。18.
近20年(1981 ~ 2000年)英罗峡平均径流量为16。48×108m3/ a，英罗峡-草滩庄年平均入渗量为2。39× 108m3/a..3月至165438+10月的河流径流量占全年径流量的93%，6月至2月的径流量占全年径流量的7%。3月至165438+10月河水入渗量占全年入渗量的92%，6月至2月入渗量占全年入渗量的8%。65，438+04%的河流年径流量补给地下水，40%的河流年径流量由总干渠分流用于灌溉，46%的河流年径流量在草潭庄闸排入下游河道，只有0。水面蒸发消耗了年径流的3%(图4。23).
(2)草滩庄-黑河大桥河段的入渗
草潭庄距离大桥25km，无干渠引水影响。因此，可根据河流单位长度入渗率y(%)/km与河流来水量x (m3/ s)的关系计算河流入渗量:y = 11.8488x-0.6867(河流流量x ≤4。86m3/ s)。
草滩庄至大桥之间的河水入流是草滩庄水利枢纽工程的泄流。每年的1、2月、65438+2月，由于水利枢纽开闸放水，上游干渠不取水，所以可以用平衡法(英柳峡径流量减去上游河道渗漏量和纯蒸发量)计算草滩庄下泄水量。每年3-6月165438+10月，草滩庄下泄受水利枢纽控制和上游干渠引水影响。由于难以获得历年来英流峡至草潭庄的河水入渗量，所以无法用平衡法计算草潭庄的流量。草滩庄水闸有3-6月共四年(1998 ~ 2001年)的月流量数据，11月，可建立经验方程计算草滩庄月流量和英落峡月径流。
根据草潭庄流量和英落峡径流资料绘制的散点图，草潭庄y月流量(108m3)与英落峡x月径流(108m3)呈二次函数统计关系(图4。24).
表4。英落峡-草潭庄河18月入渗计算成果表单位:108m3
注:6月65438日至2月的入渗量-按经验公式计算。3月~ 11-1992 ~ 1994、1996 ~ 1999的月入渗量采用平衡法计算，其他年份为3月~ 11、660。
西北典型内陆流域水资源调控与优化利用模式——以黑河流域为例
样本数n=36，复相关系数R=0。94，而统计量F=278？7.4=F0。01，在α = 0的水平上高度显著。01.
按照上述方法，草滩庄的排放量(平均为7。52×108m3/ a多年)列于表4。19，计算出的草滩庄桥多年平均河水入渗量为2。11×108m3/ a(表4根据草潭庄的流量，草潭庄与桥间河道的入渗和蒸发，平衡法计算的桥槽平均流量为5。31×108m3/ a(表4。21).
参见图4。英落峡至草潭庄径流和草潭庄至大乔河水入渗的多年平均月分配曲线为25。径流丰枯值相差较大，入渗丰枯值相差相对较小；径流量和入渗量峰值均出现在7月，英落峡径流量干值出现在12 ~ 3月，草滩庄径流量出现在3、4月，入渗量干值出现在3月、165438+10月，丰枯比为9 ∶ 0。
图4。23英罗峡径流分配比例图
图4。24草滩庄月流量与英落峡月径流关系曲线。
(3)中游渗透总结。
英落霞到桥的距离是33。3km，期间年均河水入渗量为4。50×108m3/ a(英落峡-草潭庄年平均河水入渗量为2。39×108m3/ a，草潭庄桥年平均河水入渗量为2。165438).若河水入渗对地下水补给的换算系数为92%，则英罗峡至大乔多年平均地下水补给量为4。14× 108m3/a..
4.4.3.2下游的渗透
东、西正义峡-居延海全河段均有河水入渗。由于朗心山水文站上下游分别为单通道径流和多通道径流，径流入渗差异较大，需要分别计算。正义峡以下、丁鑫灌区、东风场区和额济纳旗主要指河流(表4。9)，且引水量占河流径流量的比例较大，必须考虑引水对河流入渗的影响。但没有可靠的河道沿线和不同季节的引水比数据，只能用水量平衡法估算正义峡至浪心山及浪心山以下的年河水入渗量。
(1)正义峡-烧马营-浪心山河段渗透
正义峡至狼心山距离164km，其中正义峡至烧马营98km，烧马营至狼心山66km。正义峡至烧马营之间的丁鑫灌区多年平均1.45×1.08 m3/a，取水口为大墩门至丁鑫。邵马营和狼心山之间的东风气田使用的工业用水平均分流了0。21×108m3/ a多年，取水口在两河交汇处上游。
丁鑫年平均蒸发量为2317。降水量为44毫米，蒸发转换系数为0。58，纯蒸发量为1300mm；正义峡至浪心山河道多年平均10月300天，径流长度164km，平均宽度150m，平均蒸发量0。26×108 m3/a(含0。正义峡至烧马营16× 6558 m3/a)。
表4。19草滩庄单位月流量计算结果:108m3
注:1、2、12的月度数据均采用平衡法计算。3 ~ 165438+10月数据1998 ~ 2000为实测值，其他年份为经验公式计算。
1998至2000年，正义峡、烧马营、狼心山平均下泄水量为8。34 × 108, 5.57×108, 3.81×108m3/ a。则正义峡-烧马营和烧马营-狼心山之间的河流损失为2。77 × 108和1。76×108m3/ a，扣除灌溉引水和蒸发，则河水入渗量为1。16×108m3/ a正义峡至烧马营之间，1。烧马营至狼心山45×108m3/ a，2。61正义峡与狼心山之间。
当正义峡流量为8。34×108m3/ a，正义峡至烧马营之间的入渗率为13。91%，正义峡与狼心山之间为31。29%.当少马营的放电是5。57×108m3/ a，邵马营与狼心山之间的河水入渗率为26。03%.
(2)浪心山以下河段的入渗
东、西两处从狼心山到居延海的距离分别为169km和175km，其间水主要用于额济纳旗的农业和生态用水，2。额济纳旗44×108m3用于农业和生态(引用的河水主要用于生态，大部分在支渠中流动，其入渗可分为以下几类。
额济纳旗年平均蒸发量为3767毫米，降水量为40毫米，蒸发换算系数为0。58，纯蒸发量为2145mm；东西两河的河水，多年来平均流淌8个月240天。由于两河河水几乎不能流向东、西居延海，河流径流总长度为224km，河面平均宽度为100m，河流多年平均蒸发量为0。32×108立方米/年..
从1998到2002年，狼心山的年平均流量为3。81× 108m3/a .考虑到河流流量多年难以到达东、西居延海，主要河流(东河、西河)的年平均河流入渗量约为朗心山下流量减去灌溉引水和蒸发，即
朗心山下流量3的时候。81×108m3/ a，浪心山下河流的入渗率为27。56%.
表4。20草潭庄-大乔河月入渗计算成果单位:108m3
(3)下游河段入渗总结
东、西正义峡至居延海距离分别为333km和339km，其中烧马营上游河水年平均入渗量为1。16×108m3/ a，烧马营至狼心山之间为1.45× 108。琅琊山下游多年平均河水入渗量为1。05 × 108m3/ a，东、西正义峡至居延海年平均河水入渗量为3。66× 108m3/a..
下游河段常因中游流量不稳定、干渠引水量大而断流，河水入渗对地下水补给的换算系数应小于中游。如果根据经验换算系数为90%，正义峡至东、西居延海的地下水年平均补给量为3。29× 108m3/a
表4。21桥单位月流量计算结果:108m3
图4。25草滩庄-大乔多年平均河水入渗月分布过程线。