丽江坝区黑龙潭泉群断流特征及流量预测研究

王明怀

摘要：为探明丽江坝区黑龙潭泉群断流原因并预测泉群退水及出流规律，通过对坝区地形地貌、河流水系及地下水特征等进行研究，采用逐步回归法分析了降水量与黑龙潭泉群年平均流量的关系。结果表明：泉水出流与连续3 a面平均降水量关系密切，流域连续3 a平均降水量小于1 100 mm时，黑龙潭泉群将会出现季节性干涸;黑龙潭泉群全年可分为3个退水段，分别为10月至次年1月，1～3月，3～6月;泉群溢出量接近0.2 m/s时，黑龙潭泉水将逐渐干涸，并出现泉水倒灌现象。

关键词：断流特征; 流量预测; 退水规律; 黑龙潭泉群; 丽江坝区

中图法分类号：P641.2 文献标志码：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.07.003

文章编号：1006 - 0081（2022）07 - 0020 - 05

0 引 言

黑龙潭泉群是丽江城区的重要水源地，也是丽江古城景区水源供给源头，对丽江市的经济社会发展具有特殊意义，具有独特的水生态、水文化和经济价值[1-3]。随着人类社会经济活动日益加剧，黑龙潭泉群外部环境与内部条件发生了较大变化，水资源的形成与转化关系发生了明显改变[4-6]。

近年来，黑龙潭泉群断流现象日趋频繁，丽江从“高原姑苏”变成重度缺水的城市[7-9]。为了应对丽江坝区的水资源生态危机，有关部门加大了对黑龙潭泉群的监测力度。2012年以来，黑龙潭泉群周边区域相继建立了23口地下水监测井对地下水位进行动态监测，并对丽江黑龙潭泉群和坝区周边清溪、三束河等泉群断面开展水量水质监测。积极开展黑龙潭地下水动态分析和趋势预测，可为丽江城区水资源管理、区域水资源调配提供可靠的水文分析成果，为研究丽江坝区水资源问题和水生态环境问题提供技术支持。基于此，本文在现有研究基础上，对丽江坝区地形地貌、河流水系、雨量站建设及地下水特征展开研究，分析黑龙潭泉群出水量与坝区降水量的关系，预测黑龙潭泉群年平均径流量规律。研究成果可为探明丽江坝区黑龙潭泉群断流原因并预测泉群退水及出流量特征提供科学依据。

1 研究区域概况

1.1 地形地貌

丽江坝区为狭长形盆地，北高南低，南北长37 km，东西宽11 km，总面积180 km，海拔为2 360～3 000 m，是丽江政治、经济、文化的核心地区，如图1所示。根据地貌的成因和形态，丽江坝区为山间盆地，溶蚀高原和冰川地貌。主要山峰有玉龙雪山、文笔山、象山、金虹山、震青山、蛇山。区内地下水类型为松散岩溶孔隙水和碳酸盐岩类裂隙溶洞水。盆地存在大量冰水堆积砂卵石层，由于部分地段存在湖积的黏土、砂质黏土隔水层，而出现潜水和承压水[10-14]。坝区盆地属断陷盆地，自第四系以后连续沉积，堆积了巨厚的新生界地层。地下水类型分为：全新统湖积、砂砾石层孔隙潜水;冰碛砾石层潜水;冰水堆积的砂砾石层孔隙潜水及承压水;蛇山组砾岩，砂砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩、砂质黏土及草煤孔隙承压水，含水层埋深0～26.56 m。区域内地下水大部分以泉水形式出露。主要泉群有黑龙潭、清溪、龙泉及三束河等。

1.2 河流水系

丽江坝区属于漾弓江流域，漾弓江属于长江流域金沙江上段水系，發源于丽江盆地北部玉龙雪山南麓的玉湖一带。流域内河网发育，在狭长的丽江坝子内分布着青龙河、鱼米河、东干河、清溪河、三束河、玉河、东山河等支流，各支流自北向南流经古城区后汇入漾弓江，经过木家桥水文站后进入七河坝，最后在大理州鹤庆县中街汇入金沙江。

青龙河发源于玉龙雪山脚下，汇集三束河、三叠水、龙泉等主要泉群后沿丽江盆地西部向南径流，在盆地南部环绕向东，汇入漾弓江。东干河由青龙河流经束河古镇后在中济海附近一分为二，西边为青龙河干流，东边则为东干河，由北向南流经中济海、西安街区、金龙、集云等地后汇入护城河，最后注入漾弓江。玉河为漾弓江二级支流，源头为黑龙潭泉群，流经古城大水车处分东河、中河、西河3条支流由北向南分别汇入护城河，最后在东元桥汇入漾弓江。束河为漾弓江青龙河上游，发源于龙泉龙潭，流经束河古镇后一分为三分别汇入青龙河、东干河、昌洛河，最后注入漾弓江。东山河是漾弓江的一级支流，发源于丽江坝区北部的腊日光，沿丽江坝区东部流经团山、恩烈、河东、则谷等地，在米如下村附近汇入漾弓江，团山水库即位于东山河的上游源头区。

1.3 坝区泉群及黑龙潭泉群断流特征

本文对20世纪80年代以来丽江黑龙潭泉群和坝区周边清溪、清溪东沟、闸门、清溪入黑龙潭、三束河（白水、黑水）、三叠水、龙泉河、龙泉副渠、甘泽泉、玉柱擎天、九鼎河、白马龙潭、白沙水库、白沙青龙河、玉湖、黑水河、白水河、玉河、玉河东沟、龙潭家园、高山所、清溪沙河、东界河、金足河、龙山河等26个泉水点33个断面的每月监测资料进行分析。坝区多年平均降雨量为1 022.0 mm，地下水资源总量1.94亿m。其中，黑龙潭泉群年平均径流量为4 004万m，年最大出水量为8 041万m，最小年出水流量为零，最大出水流量达3.85 m/s。自1988年以来，黑龙潭泉群断流出现16次（其中有的断流时间较短，未列入表1），尤其是2010年以后，断流频次越来越高，如表1所示。黑龙潭泉群2012年1月21日断流，到2014年9月5日出流，断流时间长达958 d。2015年1月17日，泉群又全部断流，到2018年8月8日，断流天数达1 299 d，为有水文记录以来断流时间最长记录。

2 黑龙潭泉群流量预测

2.1 降水量影响分析

基于九子海、裸美乐、腊日光、文海、清溪、北门坡、古城、文笔、团山及木家桥等10个雨量站资料，采用算术平均法计算出坝区多年平均降水量为1 096.1 mm。

黑龙潭泉群出水量大小与坝区降水量的大小有直接关系，泉群出水量变化过程与降水量过程相似，具有在年内和降水量过程相似的丰枯变化过程。一般最大流量出现在10，11月，最小流量多出现在5～7月，甚至出现断流。根据坝区雨量代表站历年降水量资料，采用算术平均法计算区域的各年平均降水量，并分别计算出连续2，3，4 a的面平均降水量，采用逐步回归法[15-16]分析降水量与黑龙潭泉群年平均流量的关系，得到当年、连续2 a、连续3 a及连续4 a面平均降水量和出流量的相关系数矩阵和协方差矩阵。由此分别计算出当年、连续2 a、连续3 a和连续4 a面平均降水量与黑龙潭泉群年平均出流量的相关系数分别为0.39，0.76，0.87和0.74，可见黑龙潭泉群出流量跟区域平均降水量关系较为密切。由于泉水赋存条件的影响，泉水出流与连续3 a的平均降水量关系更为密切。根据拟合效果，黑龙潭泉群出流量Q与连续3 a面平均降水量P3的回归方程为

Q=-6.039+0.006P

通过对连续3 a面平均降水量和断流年份进行统计发现：流域连续3 a平均降水量小于1 100 mm时，黑龙潭泉群将会出现季节性干涸。结合黑龙潭泉群周边站点全年降水量情况，根据降水量与黑龙潭泉群出流量的相关关系，利用2008，2010，2011年黑龙潭泉群次年断流情况进行验证。

（1） 预测“2008年黑龙潭泉群在6月份有可能出现断流”，监测结果表明当年7月2～6日黑龙潭断流。

（2） 预测“2010年6～7月黑龙潭出现断流的机率比较大”，监测结果表明当年6月14日至8月22日黑龙潭出现断流。

（3） 预测“2011年6月下旬至8月中旬黑龙潭泉群出现断流的机率比较大”，监测结果表明2011年7月2～8日出现断流。

以上预测结果表明，通过连续3 a坝区平均降水量可以较为准确地预测次年黑龙潭泉群断流情况。

2.2 泉水变化趋势分析

黑龙潭泉群的储存量受气象、人类活动等因素影响显著。枯季降水较少，泉水补给主要来自流域储水量的消退，因此涌水量的大小与包气带含水量和下垫面条件密切相关。黑龙潭泉群补给区——九子海溶蚀高原区岩溶裂隙比较发育，洼地集中，下渗容量大，雨季下渗补给的水量滞存于岩溶裂隙管道之中，经过一段时间的储存和运移后，在象山山麓黑龙潭泉群一带排泄[17-18]。

根据玉河站出流监测结果分析，将当年8月至次年7月定为一个水文年，黑龙潭泉群各年出流过程一般表现为单峰型。一般从6，7月开始，出流量逐月加大;到10，11月出流量达最大，以后逐月衰减;到5，6月份出现最小，甚至出现断流。在特殊干旱年份，由于出流量较小，断流时间会有所提前。例如，2012年黑龙潭泉群在1月21日就开始断流，2015年1月17日开始断流，并出现连续958，1 299 d跨年度断流的现象。黑龙潭泉群历年各月平均出流量变化过程见图2，地下水水位变化过程见图3。

根据黑龙潭泉水年内变化过程可知，每年6月以后，黑龙潭泉水溢出量逐渐增大，10月份溢出量最大，到10月底以后溢出量逐渐减小，形成单峰型径流过程，直到第二年的6月份溢出量又逐渐增大。溶蚀区域地下水退水曲线的形式規律比较复杂，根据黑龙潭泉群汇流区-九子海的水文地质条件，分析认为：在不同衰减时段，岩溶中水体储存与排泄条件有所不同。采取分段拟合，并假定时段内地下水蓄泄关系为线性。通过分析黑龙潭泉水受降雨和地表水入渗补给的影响，可采用布西涅斯克指数方程来拟合黑龙潭泉水的退水规律：

Q=Q0e

式中：Q为t时刻流量，m/s;Q为某一开始时刻流量，m/s;a为消退系数，反映流域径流消退规律的参数。

在不同的衰减时段，含水岩体的储水状况和水动力条件的变化都反映在衰减系数的变化上。在不同的衰减时段取用不同的衰减系数，并且衰减系数逐渐减小。拟定全年为3个退水段，10月至次年1月份为第一退水段，1～3月为第二退水段， 3～6月为第三退水段。通过多年实测退水资料进行分析，推求出从10月到次年1月消退系数a为0.006 3，1～3月消退系数a为0.005 2，3～6月消退系数a为0.009 3。因10月至次年1月受前期降水量多，补给水量较大，泉流量较大，退水相对较快;1～3月阶段主要为地下泉水在裂隙中运动，运动速度较慢，退水过程相对较为缓慢;3～6月由于气候干燥，降水量较少，土壤水分及植物蒸散发增大，地下水位较低，使得退水加快。各阶段推求的退水系数差异基本符合黑龙潭泉群的退水规律。

采用上述衰减方程，可预测黑龙潭泉群枯季各月的出流情况。预测发现，当溢出量接近0.2 m3/s时，由于地下水位下降趋势加快，当地下水位低于黑龙潭水位时，黑龙潭泉水将逐渐干涸，并出现泉水倒灌现象。

3 结 论

（1） 黑龙潭泉群出流量跟区域平均降水量关系密切。由于泉水赋存条件的影响，泉水出流与连续3 a面平均降水量关系更为密切。流域连续3 a面平均降水量小于1 100 mm时，黑龙潭泉群将会出现季节性干涸。

（2） 黑龙潭泉群全年为3个退水段，10月至次年1月份为第一退水段，1～3月为第二退水段， 3～6月为第三退水段。

（3） 黑龙潭泉群溢出量接近0.2 m/s时，由于地下水位下降趋势加快，当地下水位低于黑龙潭水位时，黑龙潭泉水将逐渐干涸，并出现泉水倒灌现象。

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（编辑：江 文）

Breaking characteristics and flow forecasting of Heilongtan springs in

Lijiang valley area

WANG Minghuai

（Lijiang Branch of Yunnan Hydrology and Water Resources Bureau， Lijiang 674100， China）

Abstract：In order to study breaking cause and outflow recession laws of Heilongtan springs in Lijiang valley area， the geomorphology， river system and groundwater in the area were analyzed. The relationship between precipitation and annual average runoff of Heilongtan springs was analyzed by stepwise regression method. The results showed that the spring outflow was closely related to the annual average precipitation for three consecutive years. When the average precipitation was less than 1100 mm for three consecutive years， the Heilongtan Springs will be dry seasonally. The recession of Heilongtan spring group was divided into three periods， i.e.， from October to January， from January to March and from March to June. When the outflow of the spring was close to 0.2 m/s， the Heilongtan springs would dry up gradually， and spring backflow would appear.

Key words：breaking characteristics; outflow forecasting; outflow recession laws; Heilongtan springs; Lijiang valley area