湖泊防渗对湖底及周边土壤水分分布的影响研究.pdf

湖泊防渗对湖底及周边土壤水分 分布的影响研究 吴东杰，王金生，丁爱中 (北京师范大学水科学研究院，水沙科学教育部重点实验室，北京100875) 摘要：以圆明园为例，在现场和室内试验数据的基础上，通过水文地质概念模型的建立和对湖底防渗前后不同情 景的设定，运用一维和二维包气带水分运移模型对防渗前后包气带水分分布以及包气带水和潜水补给强度的变化进 行了预测研究。表明：在枯水期湖内无水时，防渗前，植被区平均蒸发蒸腾强度1．26uLm／d，湖区净蒸发强度0．30mm／d， 防渗后，植被区平均蒸发蒸腾强度1．90mm／d，湖区净蒸发强度0．16mm／d，因此在枯水期湖内无水时，防渗对湖底及 周边包气带水及潜水位分布影响不大。在丰水期湖内水深1．Om情况下，防渗前，潜水位很快上升至湖底，使地下水 与湖水形成直接水力联系，湖水对湖底包气带及潜水的平均补给强度18．Omm／d，周边植被区平均蒸发蒸腾强度 5．15mm／d，湖水对植被根系分布区土壤水分分布的最大影响范围118m；防渗后，湖底原包气带土层基本处于非饱和 状态，湖水对湖底包气带水及潜水的平均补给强度5．8mm／d，周边植被区平均蒸发蒸腾强度4．98mm／d，湖水对植被 根系分布区土壤水分分布的最大影响范围14m。因此，湖底防渗将显著减少湖水渗漏强度，有助于圆明园水资源的供 需平衡，但也使周边植被根系分布区土壤水分条件有所恶化。 关键词：湖泊防渗圆明园包气带水分运移模型含水量根部吸水 湖泊防渗在阻滞地表水资源渗漏以及污染物扩散等方面有重要作用。特别在水资源短缺的国家 或地区，湖泊防渗有助于缓解水资源供需紧张状况。但湖泊防渗也可能带来地表水质下降、地下水 位降低、周边植被区土壤水分条件恶化等地质与环境问题。目前，湖泊防渗研究集中于防渗材料与 方法…，而其对土壤水环境等方面影响的研究文献却不多见。这显然忽视了湖泊防渗的生态环境影 响，不能全面反映湖泊防渗工程的整体效益，并可能造成严重的生态环境恶化。本文以圆明园福海 防渗为例，研究湖泊防渗对湖底及周边包气带水分分布的影响以及防渗前后湖水对包气带水和潜水 补给强度的变化，为湖泊防渗工程决策提供依据。 圆明园遗址公园位于北京市西北郊，由圆明园、长春园、绮春园三部分组成。园区总面积约 域面积约0．31km2。 圆明园所处北京地区具典型暖温带半湿润半干旱大陆性季风气候特点，大气降水量的季节性变 化明显，年降水量的80％以上集中在6～9月份。年内蒸发量一般4～7月份较大，占全年水面蒸发 圆明园对水资源的正常需求量与实际供给量差异很大。按多年平均气象条件计算，一般情况下， x X 圆明园总耗水量为80。0104m3／a，其中，湖底渗漏量41510“m’／a心l，水面蒸发量185×10一m／a，植 x 104m。／a，地下水开采量8010”m／a。缺水595×104m3／a，需要完全依靠园外水资源的调配补充。但 由于北京整体水资源的严重短缺以及近年来大气降水量的持续偏少，圆明园的配水指标不得不被压 通讯作者王金生：博士，教授，博导，水文地质研究方向，联系电话：010wanas@bnu．edu．cn 233 X10 缩，实际年补水量不足200 71m”。可见，每年依然缺水400×10一m’，从而导致湖泊干涸时间较长， 甚至超过6个月，致使生态环境逐渐退化。 解决圆明园水资源供需矛盾的可行方法是：增加补水、减少渗漏。虽然增加补水存在很多不确 定因素，并且难以在水量和水质方面得到长期保证，但也是圆明园增加水资源供给量的希望所在。 而目前，缓解供需矛盾最有效的方法是减少渗漏。在圆明园总耗水量中，湖底渗漏量超过一半，这 是由圆明园的水文地质条件决定的。圆明园处于清河古河道上l…，大部分湖底直接接触砂砾石地层 (福海和长春园)，虽部分湖底有薄层淤泥沉积，但渗漏量依然较大，特别是近年来区域潜水位显著 下降，致使渗漏更加严重。为此，圆明园在进行可行性研究后，于2004年6月开始对圆明园东部水 域(福海、长春园及绮春园水域)进行湖底防渗工程建设，防渗材料为高密度聚乙烯与涤纶复合土 工膜，2005年3月主体工作接近完成。虽然在2005年4月被责令停工和补交环境影响评价报告， 并