武汉市地表水-地下水交互带识别与变化模拟.pdf

地表水-地下水交互带是地表水与地下水混合交换的重要区域，该混合特性也是识别其范围的难点。为确 定地表水-地下水交互带的识别方法与变化特征，选取地表水-地下水相互作用明显的武汉市汉江-府河河间地块冲 湖积平原为研究区,构建了研究区内的地下水数值模型，得到了研究区内地下水流场轨迹，分析了研究区区域和局 部的水流系统，总结了地表水-地下水交互作用模式，并结合MODPATH模块追踪地下水流运动轨迹，识别地表 水-地下水交互带及其变化特征。结果表明：研究区地表水-地下水完全混合交互带的范围在汉江顺流方向由40 m 不断拓宽至180 m,沿长江流向地表水-地下水交互带范围整体缩小但保持在70100 m范围内；粒子运动轨迹分 析结果显示，影响地表水-地下水交互带范围与交互作用强度的因素主要有地形、地表水形态、含水层水文地质条 件。该研究结果可为确认地表水-地下水交互带范围及其动态变化特征提供依据。关键词：地表水-地下水交互带;地下水流系统;汉江-长江冲积平原;数值模拟 中图分类号：X143 文章编号：1671-1556(2023)03-0222-12 收稿日期：2022-10-26DOI；10.13578/ki.issn.1671-1556.20221412 开放科学(资源服务)标识码(OSID):Identificatio n and Variatio n Simulatio n o f Surface Water and Gro undwater Hypo rh eic Zo ne in Wuh an CityLIU Yijia n1,ZHOU Ho ng1*,KUANG Ye2,CAO Wenjia3,WANG Weixia ng1,GUO Xulei4(1.Insititutio n o f Geo lo g ic al Researc h,Ch ina University o f Geo sc ienc es(Wuh an),Wuh an 430074,Ch ina2.Ke y L abo rato ry o f Geo lo g ic al Surv e y and Evaluatio n o f Ministry o f Ed uc atio n,Ch ina University o f Geo sc ienc es(Wuh an)9Wuh an 430074,C加血；3 SINO-ZIJIN Reso urc es(Be ijing)Co.L td.，Be ijing 1QQ024.9Ch ina；4.Sc h o o l o f Enviro nmental Stud ies?Ch ina University o f Geo sc ienc es(Wuh an)9Wuh an 430078,CAma)Abst r ac t：Th e h ypo rh eic zo ne is a n impo rt a nt a rea f o r t h e mixing a nd exc h a nge o f s urf a c e wa t er a nd gro undwa t er,a nd t h e mixing c h a ra c t eris t ic s a re a ls o t h e dif f ic ult y t o ident if y it s s c o pe.In o rder t o ident if y t h e h ypo rh e ic zo ne a nd det ermine dyna mic c h a ra c t eris t ic s,a gro undwa t e r numeric a l mo del is es t a blis h ed ba s ed o n t h e a lluv ia l la c us t rine pla in o f Ha njia ng Riv er-Fuh e Riv er int erf luv ia l la nds in Wuh a n Cit y,wh ere t h ere is c lea rly int era c t io n bet we en gro undwa t er a nd s urf a c e wa t er.Th e t ra jec t o ry o f gro undwa t er f lo w f ield in t h e s t udy a rea is o bt a ined t h ro ugh t h e gro undwa t er numeric a l s imula t io n,t h e regio na l a nd t h e lo c a l wa t er f lo w s ys t em in t h e s t udy a rea is a na lyzed,t h e f o rm o f t h e int era c t io n bet ween gro undwa t er a nd s urf a c e wa t er is o bt a ined,t h e gro undwa t er f lo w t ra c e in t h e h ypo rh eic zo ne is t ra c k ed by MODPATH,a nd t h e s urf a c e wa t er a nd gro undwa t er h ypo rh eic zo ne a nd it s v a ria t io n c h a ra c t eris t ic s a re ident if ied Th e res ult s s h o w t h a t t h e 基金项目：武汉市多要素城市地质调査示范项目(WHDSY-2021-006)作者简介:刘怡健(1999)，男，硕士研究生，主要研究方向为地下水流系统。E-ma il：20171000254c ug.edu.c n通讯作者：周 宏(1962-),男，教授，博士生导师，主要从事水文地质与岩溶流域水资源调查评价方面的教学和科研工作。E-ma il：zh o uh o ng c ug.edu.c n第3期刘怡健等:武汉市地表水-地下水交互带识别与变化模拟223ra nge o f s urf a c e wa t er a nd gro undwa t er f ully mixed h ypo rh eic zo ne in t h e s t udy a rea is c o nt inuo us ly widened f ro m 40 m t o t h e ma ximum ra nge o f 180 m in t h e do wns t rea m direc t io n o f t h e Ha njia ng Riv er,a nd it is genera lly reduc e d but k ept a t 70 100 m a lo ng t h e Ya ngt ze Riv er；t h e a na lys is res ult s o t h e pa rt ic le t ra ject o ry s h o w t h a t t h e f a c t o rs a f f ec t ing t h e ra nge a nd int ens it y o t h e h ypo rh eic zo ne inc lude t o po gra ph y,s urf a c e wa t er mo rph o lo gy,a nd h ydro geo lo gic a l c o ndit io ns o f a quif ers.Th e res ea rc h res ult s c a n pro v ide a ba s is f o r c o nf irming t h e ra nge a nd dyna mic c h a nge c h a ra c t eris t ic s o f t h e s urf a c e wa t er a nd gro undwa t er h ypo rh eic zo ne Key wo r ds:s urf a c e wa t er a nd gro undwa t er h ypo rh eic zo ne；gro undwa t er f lo w s ys t e m；Ha njia ng Riv er-Ya ngt ze Riv er a lluv ia l pla in；numeric a l s imula t io n地表水-地下水交互带是水流相互作用、发生频 繁转化关系的混合区域E,在该区域内，水流不断发 生着多向变化，在其中发生着许多重要的生物地球 化学反应,具有净化环境的功能，对于维持生态系统 的稳定性起着重要的作用炉刃。但是，地表水-地下 水交互带造成的地下水水位波动可能会引发建筑安 全问题。目前对于地表水-地下水交互带的定义多数从 生物化学角度出发，认为地表水一地下水交互带的主 体范围处于河床下方沉积物以及河床两侧的活跃地 下水-地表水交互区域金门，并以生物生存环境、元素 富集、有机质分布以及重金属等污染物的运移为依 据来识别地表水-地下水交互带，研究其中的物质组 成与变化以及对地下水的影响金刃。然而，地表水-地下水交互带是水动力因素驱动下地表水与地下水 不断交换混合形成的，是复杂水文过程的结果A如，地下水与地表水进行交互的强度决定了地表水-地 下水交互带的范围。因此，从地下水流系统的角度 建立识别地表水-地下水交互带并研究其变化特征 的方法十分重要。目前对于地表水-地下水交互带特性的认识多 数为经验性成果，主要来自于地下水流作用影响下 的溶质运移试验如。尽管通过该类试验能够确认 该试验区的地下水存在点对点的交互作用，但并不 能以此推至整个区域。数值模拟技术目前已发展成 熟，该技术依据地下水流运动的微分方程，并利用计 算机通过大量数值运算可实现地下水流运动的数值 模拟，目前主要应用于模拟地下水流动、地下水水位 以及溶质运移等，已在水资源量计算、地下水污染物 迁移分析、软土地面沉降计算等方面取得了一定的 研究成果如，并且在模拟结果下还能够提取地下 水流运动信息，从而实现通过地下水流识别地表水-地下水交互带的目的。本文以武汉市境内的汉江-长江冲湖积平原为 研究区，首先利用研究区内的钻孔资料以及地下水 水位、河流湖泊水位、气象降雨、抽水试验成果等数 据,构建了研究区内的地下水数值模型，并采用灵敏 度识别、参数反演、观测孔拟合以及均衡法验证等方 法对该模型进行了识别、校正与验证，通过对数值模 拟结果所展现的研究区动态地下水流系统进行分 析，结合研究区内的水文地质条件、地下水流时序变 化特征、地下水与地表水丰枯水期变化响应特征，对 研究区的地下水流场动态模式进行了总结;然后，结 合MODPATH粒子追踪模块，对地下水运移轨迹 进行提取，确认了研究区内地下水与地表水完全混 合交互带的范围，总结了地表水-地下水交互带的时 空特征，并结合粒子运动轨迹空间上的分布情况，分 析了地表水-地下水交互带范围的差异性；最后，结 合地下水流场的动态变化情况，总结了地表水-地下 水交互带上粒子运移的时空规律，并分析讨论了影 响地表水-地下水交互带范围以及交互作用强度的 因素，为确认研究区地表水-地下水交互带范围及其 动态变化特征提供数值模拟方面的参考，以从地下 水流系统的角度认识地表水-地下水交互带。1研究区概况研究区位于武汉市，包括了江岸区、江汉区、斫 口区以及东西湖区范围，整体上地势平缓，位于江汉 平原东缘，为汉江-府河河间地块冲湖积平原。研究区底部基岩以志留系坟头组以及白垩-古 近系的公安寨组（K2-Elg）为主，主要覆盖在志留 系、泥盆系、石炭-二叠系、三叠系等地层经燕山造山 运动而变形移位产生的前陆褶冲带基底上，由于受 北部白垩-古近系基岩的影响，地形有北高南低的趋 势，第四系沉积物有北薄南厚的特点，其厚度为20 40 m,以早更新世的东西湖组和全新世的走马岭组 为主体，部分地块出露有中更新世王家店组（Qpz词）的残破积网纹红土。第四系早更新世东 西湖组（QpM）和全新世走马岭组（Qh z）的砂砾石 层组成了研究区内主要的松散岩类孔隙含水岩组，其上普遍覆盖一层黏土，为双层结构，使该孔隙含水 224安会与規境 工程 ht t p:/kt aq c bpt.c 第30卷岩组具有承压性，成为孔隙承压含水层。受汉江与 长江切割、搬运、沉积作用的影响，汉江与长江河床 切穿该承压含水层顶板，直接与地下水交互。在长 江心滩、漫滩区上，上部黏土被大范围剥蚀，再沉积 了全新统冲积及冲洪积粉土、粉砂和砂砾石,构成了 沿岸的松散岩类孔隙潜水含水层。1140,114。30-O E O O EOEO O114。0 114。30 115。0（a）研究区地理位置图|松散岩类孔隙含水系统|碳酸盐岩类岩溶裂隙含水系统|115011401141011420L 寸。0 T 0 O I EO寸。ocnOEOOE114。0 11410 114。20（b）研究区地下水含水系统孔隙裂隙含水系统|双层含水系统（碳腸飜滎统）|双层含水系统孔隙潜水 河流湖泊 市界工_匸O寸。0E寸。0E孔隙含水系统边界|下伏基舲水系统边界D图1研究区地理位置和地下水含水系统图Fig.1 Geo gra ph ic a l lo c a t io n o f t h e s t udy a rea a nd t h e gro undwa t er s ys t em in t h e s t udy a rea武汉市属于北亚热带季风性气候，年均降雨量 为1 1001 600 mm,降雨普遍集中于58月份,占全年降雨量的80%左右。长江与汉江水位丰枯 季节变化明显，水位变幅可达数十米，每年12月份 到次年1月份为枯水期，长江最低水位为1113 m,汉江最低水位为1213 m；每年78月份为丰 水期，长江最高水位可达27 m,汉江最高水位可达 28 mo根据曾圆梦口门对武汉市大气氢氧同位素组 成的研究表明，武汉市地下水具有接受地表水与降 雨混合补给的特征。研究区地下水水位随江水涨落 而发生响应变化，通过分析研究区内部分孔隙承压 水监测井的地下水水位与汉江、长江水位以及降雨 量的关系,并计算地下水与地表水的水位变幅、峰值 相位时间差、空间距离，进而选用Pe a rs o n相关系数 法对研究区内孔隙承压地下水水位与汉江水位进行 了相关性分析，其相关性分析结果见表1,绘制了研 究区孔隙承压地下水水位与汉江水位和降雨量的响 应变化图，见图2。由表1和图2可知，研究区内孔隙承压地下水 水位与地表水水位和大气降雨量均有密切的联 系O表1研究区内孔隙承压地下水水位与汉江水位的相关 系数表Ta ble 1 Co rrela t io n c o ef f ic ient bet ween po re c o nf ined gro ud-wa t er lev el a nd Ha njia ng Riv er wa t er lev el in t h e s t udy a rea钻孔 编号钻孔地 理位置钻孔与汉 江距离/km地下水与 地表水峰 值相位时 间差/d地下水与 地表水（舵落口）相关系数地下水与 地表水（新沟）相关系数1-5武汉市东西0.3120.960.98湖区蔡家台汉阳区琴台1-9大道琴断口武汉市汉阳0.7920.930.941-7区黄金口 武汉市东西0.9420.960.981-3湖青松村5.72-260.500,532数值模型建立与识别2.1水文地质概念模型建立研究区地层垂向结构从上至下分别从相对隔水 的黏土层过渡至孔隙承压含水层，底部为相对隔水 的基岩（图3）。吴家山地区存在部分Qp2wpa l的网第3期刘怡健等：武汉市地表水-地下水交互带识别与变化模拟2250 5 03 2 2 日、琴51L2018-11-20 2019-03-20 2019-07-02 2019-10-22日期/(年-月-日)图2研究区内孔隙承压地下水水位与汉江水位和降雨 量的响应变化图Fig.2 Respond relationship between pore confined g roundwater level and Hang jiang River water level and rainfall in the study area纹红土作为相对隔水层隔断上覆的孔隙承压含水 层，含水层内形成镂空区域。距离/km2 4 6 8 10 12 14 16 18日。、*te迤O 2 4 6 810(b)第二层孔隙承压含水层模型边边 界排头碍 边补水障 水向知水 隔侧已隔o o o o o O4 2 2 4 6-日、矍Qh;卩K-E|-相对隔水层|總書兼层 匚Illi37 府河图3汉江-府河河间洼地水文地质剖面图Fig.3 Hydrog eolog ical cross section of Hang jiang River-Fuhe River interfluvial lowlands汉江与长江切穿至孔隙承压含水层顶板，为已 知水头边界。金银湖属于河道废弃湖域，最大深度 可达16.5 m,其底部的相对隔水层厚度相对较薄,存在湖水向下越流补给地下水的情况，因此将其设 定为已知水头边界。府河切割深度较浅，其底部仍 具有一定厚度的隔水层，因此将研究区北部设定为 隔水边界。汉江府河入境点之间的行政边界属于人 为边界，实际与江汉平原相连，设定为侧向补排边 界。此外，在长江沿岸带的孔隙潜水含水层出露于 地表，接受大气降雨的补给。研究区边界设定情况,如图4所示。2.2水文地质参数确定通过收集区域内的相关资料，确定了各项水文 地质参数。其中，渗透系数、释水系数依据2016年图4研究区水文地质概念模型Fig.4 Hydrog eolog ical conceptual model of the studyarea湖北省地质环境总站武汉城市地质调查水资源专 题调查与评价报告中抽水试验成果得到；给水度、孔隙率等参数通过统计研究区内钻孔的含水介质所 占比例以及其经验值确定。各项水文地质参数具体 取值，如表2和表3所示。2.3地下水数值模型建立地下水数值模型采用MODFLOW软件构建。地表使用DEM进行赋值，地层使用钻孔分层进行 插值，构建两层地层三维格网，第一层模拟相对隔水 的黏土层，第二层模拟孔隙承压含水层。第一层主 要模拟其对承压含水层的越流补给，第二层模拟孔 隙承压含水层，为主要研究对象。模型使用非稳定 流模拟，初始地下水流场通过监测孔初始状态水位 运行稳定流模拟结果给定。模拟应力期设置为 2019年6月17日至2020年12月31日。模型数值 化结果如图4所示。2.4模型识别与校正地下水数值模型建立后，使用参数灵敏性分析、参数反演分析、观测孔地下水水位拟合分析的方法 对模型的模拟结果进行识别与校正。226妥全与猱就工程 ht t p:/水t aq c bpt.c 第30卷表2抽水试验计算成果统计表Table 2 Statistical table of pumping test calculation results(collected from Th e Spec ial Investig atio n andEvaluatio n Repo rt o n Wuh an Urban Geo lo g ic alWater Reso urc es)注:数据来自2016年湖北省地质环境总站武汉城市地质水资源专钻孔编号含水层 厚度/m降深/m涌水量/（m3旷1）渗透系数/(m d_1)5-544.103.751963.0011.707-2补27.70&212017.007.907-343.304.242004.0016.848-513.005.802544.0016.328-631.003.432784.0028.988-421.107.011920.0014.187-40014.83951.864.306-337.503.192160.0033.981-431.504.95854.407.261-110.8021.40187.000.691-350.3111.61296.000.474-210.7023.6070.000.301-526.001.65554.3413.551-63&917.53220&00&815-43.102.41240.0010.881-75.5011.291824.0038.675-315.5017.1671&804.133-232.006.721224.006.242-632.0016.16717.601.762-534.501.22577.8313.122-428.109.901853.0011.891-93&3013.70184&004.571-850.7022.50392.161.48题调查与评价报告。表3研究区钻孔岩性参数统计表Table 3 Statistical table of drilling litholog y parametersin the study area含水介质 类型厚度比例/%孔隙度 参考值给水度 参考值等效 孔隙度等效 给水度亚黏土2.1180.470.10粉砂29.7930.450.18细砂5.5440.420.21中砂6.5400.400.250.385 80.236 49粗砂26.1340.370.27砾石14.8510.300.25卵石15.0160.340.302.4.1 参数灵敏性分析对模型的参数进行灵敏性分析，可识别各项水 文地质参数对模型模拟结果的影响程度，并根据灵 敏性分析结果针对高灵敏性参数进行精细调整。不 同参数灵敏性分析结果见图5,释水系数分区灵敏 性分析结果见图6,水平渗透系数试点灵敏性分析 结果见图7。2.4.2 参数反演分析根据研究区的实际水文地质条件限制参数反演各向异性图5不同参数灵敏性分析结果Fig.5 Sensitivity analysis results of different parameters0.006O O.OOO.W踏噴o000-.e.一eei.i.一.ri.口 iIe*OnCNE 寸9 卜860I04E 寸 S9 卜860iZCO 寸 S9 卜 006OO 卜卜卜卜 OLLII80000008888886666666666分区序号图6释水系数分区灵敏性分析结果Fig.6 Sensitivity analysis results of specific storag e图7水平渗透系数试点灵敏性分析结果Fig.7 Sensitivity analysis results of horizontal K的阈值，水平渗透系数和释水系数反演结果见表4 和表5 第3期刘怡健等：武汉市地表水-地下水交互带识别与变化模拟227表4水平渗透系数反演结果表5释水系数反演结果Table 4 Estimation results of horizontal K水平渗透系水平渗透系数反演 数试点序号结果/(mdT)水平渗透系水平渗透系数反演 数试点序号结果/(m d】)111.7130.327.914&81316.84150.3416.32163&67528.98174.1360.3186.2474.3191.76833.98204097.262111.89100.69224.571135.225 43231.48120.32415.642.4.3 观测孔地下水水位拟合分析研究区内共8个观测孔，各观测孔地下水水位 模拟值与实测值的拟合结果，如图8所示。Table 5 Estimation results o specific storag e释水系数 分区释水系数反 演结果/m-i释水系数 分区释水系数反 演结果/m-is s _ 750.000 36s s _ 970.000 14s s _ 1010.000 10s s _ 1000.004 12s s _ 940.000 03s s _ 830.000 14s s _ 760.000 39s s _ 980.004 12s s _ 880.000 51s s _ 990.000 66s s _ 800.000 54s s _ 870.001 44s s _ 720.000 50s s _ 820.001 15s s _ 780.000 51s s _ 890.000 39s s _ 770.000 44s s _ 810.000 49s s _ 840.000 24s s _ 790.000 21s s _ 860.000 29s s _ 960.000 33s s _ 930.000 53s s _ 850.000 44s s _ 730.000 49s s _ 900.000 07s s _ 950.000 50s s _ 910.000 45s s 740.000 50s s 920.000 443052UI、皑/来?-杲二牒0 5 0 53 2 2 1 茶来K灵O30二轆日、迫系系卜率5220510二日、劉圣系K峯日期/(年月-日)(a)1号观测孔二WI3052日期/(年-月-日)(b)2号观测孔模拟值 亠实测值日期/(年月-日)(c)3号观测孔模拟值*实测值O3日期/(年-月-日)(d)4号观测孔301长系$灵205O日、迢活系#笔日期/(年-月-日)(e)5号观测孔301日期/(年-月-日)(f)6号观测孔二E、迫洛系K-s二麴逼5220100 5 02 11日期/(年-月-日)(h)8号观测孔日期/(年-月-日)(g)7号观测孔图8研究区内各观测孔地下水水位模拟结果与实测值的对比Fig.8 Comparison of simulation results and measured values of g roundwater level at various observation boreholes in the study area228安冬与琢境工裡 h t t p:/水t a q.c bpt.c nk 第30卷由图8可见:研究区内2号观测孔地下水水位 模拟值与实测值较为一致，其拟合情况较好;4号、6 号观测孔地下水水位除实测数据缺失的月份外，其 他时刻模拟值与实测值的拟合情况较好；3号观测 孔地下水水位除实测值缺失的月份外，在其他年份 所表现的变幅较小，其模拟值与实测值的拟合情况 较好;1号、5号观测孔地下水水位模拟结果与实际 数据的变化趋势相同，但1号观测孔地下水水位模 拟值偏高，5号观测孔地下水水位实测值偏高；7号 观测孔地下水水位在2019年7月至2020年9月时 间段模拟值与实测值的拟合情况较好，但10月后实 际地下水水位发生突降,模拟结果未能响应；8号观 测孔地下水水位由于长时间序列上缺失数据，且在 研究区内相对独立，因此模型未能正确反演其参数 值，在2020年4月至2020年9月时间段地下水水 位模拟值与实测值有一定的偏差，在2019年7月至 11月以及2020年10月至12月时间段地下水水位 模拟值与实测值较为一致。对于1号、5号、7号观 测孔，推测是由于模型未能考虑人为因素对地下水 水位的影响，如水源热泵对地下水的利用，导致模型 模拟结果局部失真。但本文建立的数值模型在整体 上是合理的，可以用于模拟研究区自然条件下地下 水流系统。3模拟结果与分析3.1地下水水位模拟结果分析数值模型模拟应力期选取2019年6月17日至 2020年12月31日，其中2020年每月15日研究区 地下水水位模拟结果，如图9所示。(a)1月15日(b)2月15日(c)3月15日地下水水位/m1=1地下水水位/m25.0J.2.84 e地下水水位/m)4月15日(e)5月15日(f)6月15日地下水水位/m-25.0 22.6 三2o a17.8地下水水位/Hl0 6 2 8 4 O2522.m17.15.13.地下水水位/m25.0=22.6 三20.217.815.4(g)7月15日(h)8月15日(i)9月15日17.8202202地下水水位/m25.022.6地下水水位/m25.022.620.217.815.413.0地下水水位/m25.022.620.217.815.413.00)10 月15 日(k)l l 月15 日(1)12 月15 日图9 2020年1月至12月研究区地下水水位模拟结果图Fig.9 Simulation results of g roundwater level in the study area from January to December,2020第3期刘怡健等：武汉市地表水-地下水交互带识别与变化模拟229在上述地下水水位数值模拟结果的基础上，对 2021年研究区地下水资源量进行了预测模拟，得到 2021年研究区地下水资源量,并与水均衡法计算结 果进行了对比，见表6。表6两种方法对2021年研究区地下水资源量预测结果 的对比Table 6 Comparison of g round water resource prediction results o two methods in the study area in 2021方法降雨入渗量/河湖入渗量/侧向补给量/总补给量/相对误(104 m3 a-1)(104 Hi?a _ i)(104 m?a _ i)(104 m3 a-1)差/%水均衡法290.981 866.13126.112 283.224.81数值模 拟法304.631 779.3989.412 173.43由表6可知，2021年研究区地下水资源量数值 模拟结果与水均衡法计算结果之间的相对误差为 4.81%,表明本文建立的数值模型模拟结果较为合 理。3.2地下水流场特征分析以2019年6月至2020年12月时间段为例，模 型模拟结果表明，研究区内地下水水位在此期间经 历了完整的丰水期一平水期一枯水期循环变化的过 程,并在此期间完成了复杂的地表水-地下水交互作 用。以进入丰水期为时间节点，进入丰水期之前地 下水水位与地表水水位基本持平,未产生水头差，其 相互作用较小；随着时间的推移，地表水水位抬升，与地下水之间产生了较大的水力梯度，地表水开始 补给地下水。此时由于地表水对水位响应更加迅 速，上下游之间水力梯度较小，当地表水水位抬升时 表现为整体迅速上升，而地下水水位变异性较强，通 常在上下游之间能产生数米的差异，当地表水水位 整体开始抬升时，地下水下游的水位与地表水之间 能产生更大的水力梯度。因此，在2020年6月2日 时间节点上，研究区地下水流场特征表现为下游已 开始接受长江和汉江的补给，而上游汉江入境处仍 以地下水向地表水排泄的流向为主，而后才逐渐转 为由全局上的地表水补给地下水。在丰水期的水位 峰值上，地表水的水位峰值出现于2020年7月13 日，而沿岸带上地下水的水位峰值出现于7月24日，水位峰值时间上地下水相较于地表水滞后11 do在 丰水期的退水表现上，地下水退水也具有滞后性，主 要表现在地表水已于水位峰值过后退水，但地表水与 地下水之间保持有一定的水头差，地表水在退水过程 中继续补给地下水。2019年7月丰水期研究区地下 水流场，如图10所示。*地下水流向豊熬二 22.6图10 2019年7月丰水期研究区地下水流场图Fig.10 Flow field map of g roundwater in wet seasonin the study area,July 2019当地表水水位降低后，地下水开始向地表水排 泄，同样因地表水对水位响应迅速，上下游之间水力 梯度较小，因此当地表水水位整体下降时，上游的汉 江入境处地下水保持着最高水位，与地表水产生了 相对更大的水头差，更迅速地响应了丰转枯的过程。在丰转枯的过程中，地表水沿岸带下的地下水会出 现明显的局部水流，局部水流的地下水分水岭基本 与地表水平行，其中地下水分水岭靠近地表水的一 侧与地表水交互,地下水向地表水排泄，受地表水水 位更低的影响，产生了更大的水力梯度;地下水分水 岭远离地表水的一侧则继续保持着向内的瞬时水流 方向。在地下水不断向地表水排泄的过程中，地下 水水位不断降低,且由于与地表水的水力梯度更大,相较于地下水分水岭另一侧的水流强度更高，地下 水分水岭排泄侧会产生更大的流量，使得地下水分 水岭向远离地表水的方向运动。在地下水分水岭运 动的过程中，局部地下水水流系统的流场特征产生 了巨大的变化，由于承压含水层中水流运动速度较 慢,而地下水分水岭的运动远快于水流的运动，原本 处于地下水分水岭远离地表水侧的水流已向内运动 一段时间时，会被地下水分水岭超越,转而向地表水 运动，在丰枯变化的时间节点上发生了流向上的摆 动。2020年研究区地下水分水岭运动过程，如图11 所示。当地下水分水岭运动至地下水水位最低处时，局部水流消失，表示正式进入枯水期，此时地下水流 以区域水流系统为主导，整体表现为地下水向地表 水排泄。2019年12月枯水期研究区地下水流场，如图12所示。通过对上述研究区地下水流场模拟结果进行分 析可知，研究区整体丰水期时间长、枯水期时间短，且在丰水期时，由于地表水水位峰值高、变幅大，与230安冬与琢境工裡 ht t p:/水t aq.c bpt.c 第30卷(a)2020年9月开始出现地下水分水岭，分水岭近地表水侧的 地下水开始向地表水运动(b)2020年11月地下水分水岭向远离地表水的方向运动,更大平面面积上的地下水向地表水运动图11 2020年研究区地下水分水岭运动过程图Fig.11 Schematic diag ram of watershed movement processof g roundwater in the study area in 2020图12 2019年12月枯水期研究区地下水流场图Fig.12 Flow field map of g roundwater in the study area during dry season in December 2019地下水产生的交互作用更为明显。因此，在丰水期 来临前仍具有更低水位的长江交互带的地下水能够 相较上游地下水具有更强的交互特征与交互量。3.3地表水-地下水交互带识别本文在数值模型模拟结果的基础上，通过添加 MODPATH模块，并在地表水沿岸带上布设粒子 追踪点，生成模拟应力期内