井塘结合入渗补给地下水的包气带水流模拟

李 凡,江思珉,邢旭光,严宝文,降亚楠,孟令尧,栗现文

(1.西北农林科技大学水利与建筑工程学院,陕西 杨凌 712100;2.西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室,陕西 杨凌 712100;3.同济大学土木工程学院,上海 200092)

地下水是干旱半干旱区农业、工业和生活的重要供水来源。近些年,由于人口快速增长、灌溉规模扩大以及城市化进程加速,过度开采地下水已导致部分地区出现地下水枯竭和地面沉降等问题[1-3]。为保护地下含水层及有效利用地下储水库容,有学者提出含水层补给管理(Managed aquifer recharge, MAR)的概念,含水层补给管理是一种有针对地将地表水入渗到含水层来增加地下水可利用量,在缺水时通过回采解决水资源短缺问题,获得可观经济环境效益的做法[4-5]。研究表明,目前MAR技术主要分为含水层储存和回采(ASR)、含水层储存、运移和回采(ASTR)、包气带渗透井、渗滤槽、雨水集蓄、堤岸过滤、渗水廊道、沙丘过滤、渗透塘、地下坝、砂坝等类型,Bouwer[6]、Alam[7]等对不同MAR技术进行了系统解释和评估。

渗透塘和包气带渗透井是两种较为常见的地下水补给设施。渗透塘适用于表层土壤具有足够的渗透性、地下水位埋深较浅的地区[8],对水质要求较低,但水面与大气接触面积较大,蒸发量大。包气带渗透井主要用于地下水位埋深较大、地表缺乏足够场地用来渗透或包气带含有粘土夹层的地区,该补给模式具有蒸发量少、占用土地面积小、积水深度大、补给时间短等优势,但包气带渗透井通常需要储存室对补给水源进行预处理和储存,费用相对较高[9]。结合二者优势,采用井塘结合模式充分利用渗透塘渗透面积大和包气带渗透井的补给深度大、补给速度快的优点,或可更高效地进行地下水补给,并得到了有关学者的重视[10],但目前研究中对井塘结合模式的补给效果尚缺乏定量评价。

HYDRUS软件[11]可用于模拟水、热和溶质在非饱和带的运动,在地下水人工补给的数值模拟方面,已有较多研究案例表明其可靠性[12],如Sasidharan等[13]基于HYDRUS软件对美国Fort Irwin实际场地包气带渗透井的模拟结果与实际观测结果进行了验证,并利用HYDRUS软件在二维轴对称模拟区域上对Fort Irwin包气带渗透井的补给效果进行了数值试验,研究了恒定水头条件下不同质地类型和非均质性对包气带渗透井补给效果的影响;Lu等[14]基于HYDRUS软件对美国El Paso实际场地渗透塘的模拟结果与实际观测结果进行验证,并进行了不同情景假设的数值试验;Glass等[15]通过室内三维沙箱试验验证利用HYDRUS软件模拟包气带渗透井和渗透塘发生渐变性堵塞对地下水入渗补给影响的准确性。

本文拟基于已有文献中的实际场地特性[13],对井塘结合这一新型含水层补给管理模式,利用HYDRUS软件构建二维轴对称模型,通过复现Sasidharan等[13]研究中包气带渗透井的入渗补给模拟过程,验证本研究模型建模过程的准确性。在此基础上,设置3组不同的模拟情景,分析不同渗透塘半径下井塘结合、有井无塘和有塘无井3种模式的补给效果,并定量评价不同包气带质地和井深对井塘结合模式入渗和补给效果的影响,以期为井塘结合含水层补给管理模式的应用提供一定的理论基础和技术支撑。

1 概念模型

本研究针对渗透塘和包气带渗透井两种含水层补给管理模式的特点,基于文献中实际场地特点[13],构建一种包气带非完整井-渗透塘结合的含水层补给管理模式(以下简称井塘结合模式),为了简化模型,整个系统主要由渗透塘、四周不透水的沉淀室、四周充满砂石的包气带渗透井和连接沉淀室与包气带渗透井的溢流进水管4部分组成(图1,见65页)。渗透塘的入渗水流除通过入渗界面进入包气带补给地下水之外,其余一部分通过沉淀室顶部的格栅开口进入沉淀室,泥沙等碎屑在重力的作用下进入沉淀室底部,沉淀室中的水流通过包气带渗透井顶部的溢流进水管进入包气带渗透井,通过包气带渗透井入渗并最终补给地下水。本研究中沉淀室和包气带渗透井尺寸均取自Sasidharan等[13]研究的Fort Irwin场地实际数据:包气带渗透井深38 m,井半径0.6 m,沉淀室深6.7 m,沉淀室半径0.9 m,初始压力水头为-0.5 m,Fort Irwin实际场地土壤水分特征参数见表1。

图1 井塘结合概念模式图(修改自文献[13],增加了渗透塘部分)Fig.1 Conceptual model of the well-pond combined model(Revised from literature[13], the part of the infiltration pond was added)

表1 土壤水分特征参数Table 1 Soil moisture characteristic parameters

2 数学模型

2.1 控制方程

考虑到模型的对称性,本研究采用二维轴对称模型对其进行刻画,该模型为柱坐标系下的二维几何结构,其围绕z轴径向对称。图2分别显示有塘无井、有井无塘和井塘结合3种模式柱坐标系下一个很小倾角(φ)的径向截面,最终计算结果由HYDRUS自动转化为原三维模型结果[16],采用柱坐标系下的Richard方程[17]描述非饱和带的水流运动:

注:除标明边界条件,其余边界条件为隔水边界条件。Note: Except for the marked boundary conditions, the rest of the boundary conditions are no flux boundary conditions.图2 不同补给模式二维轴对称模拟区域Fig.2 2D axisymmetric simulation area of different recharge modes

(1)

其中,C(h)为比水容量(L·m-1);h为包气带压力水头(m);K(h)为非饱和导水率(m·h-1);z为垂直坐标(m);r为柱半径坐标(m);φ为角坐标;t为时间(h)。

2.2 定解条件

模拟区域如图2所示,模拟区域深60 m,径向宽50 m。考虑到本研究目的是为比较各种模式的最大补给潜力,故入渗界面均设置为恒定水头边界,即渗透塘纵向边界(z=-1.4～-2 m)和包气带渗透井入渗边界(z=-8.7～-38 m)为恒定水头边界,边界压力水头随水深线性变化,塘底部最大压力水头为0.6 m,井底部最大压力水头为38 m;由于参考文献场地地下水位远大于60 m[13],下边界(z=-60 m)设置为自由排水边界,不考虑蒸发作用,上边界均设置为隔水边界;对称轴(简化后模型的左侧边界)均设置为隔水边界,假设右边界不受井塘的影响,设置为隔水边界;考虑地下水位埋深较大,毛管上升带的上边缘远低于渗透井的井底,可假定模拟区域初始压力水头均匀分布,设置为-0.5 m。定解条件的数学表达式如下:

初始条件:

h(r,z,0)=h0(r,z),0≤r≤50,-60≤z≤0

(2)

其中,h0(r,z)为初始包气带负压,m。

边界条件:

(3)

其中,h1(t)为作用在入渗边界处的压力水头(m);具体r,z取值范围参考图2中各模式设置。

2.3 土壤水分特征参数

为求解数学模型,将包气带土壤水分特征曲线与Richard方程联立进行求解。本文采用Van Genuchten模型[18]描述包气带土壤水分特征曲线:

(4)

(5)

其中,θ(h)为包气带土壤体积含水率(m3·m-3);Ks为饱和导水率(m·d-1);se为包气带土壤饱和度,se=(θ-θr)/(θs-θr);θs为土壤饱和体积含水率(m3·m-3);θr为土壤残余体积含水率(m3·m-3));α为吸力值的倒数(m-1);n和m为取决于包气带土壤孔径分布的参数,m=1-1/n;l为孔隙连通参数,l=0.5。

本研究的土壤水分特征参数取自Fort Irwin场地实测数据[13],在讨论不同土壤质地的影响时,土壤水分特征参数取自HYDRUS软件土壤目录的典型参数值,数值模拟试验选择砂土、壤质砂土、砂质壤土和壤土4种不同质地。

3 数值模拟

3.1 数值试验

为了验证HYDRUS模型建模过程的准确性和探讨不同补给模式、不同土壤质地、不同井深对补给效果的影响,分别设置4组数值试验进行分析讨论。模拟试验结束后,检查HYDRUS输出结果的质量平衡误差系数评估模型设置是否合理。若质量平衡误差系数小于1%,则模拟的结果精度可接受[19]。

3.1.1 HYDRUS模型验证 通过复现Sasidharan等[13]2020年已发表论文中不同包气带质地对包气带渗透井入渗补给效果影响的模拟结果,选取累计入渗量、累计补给量和入渗半径作为特征值进行对比,验证本研究建模过程的准确性。包气带质地选择砂土、壤质砂土、砂质壤土、壤土和粉土。井深h=38m,井半径rw=0.6m。

3.1.2 三种模式补给效果对比 分别讨论不同渗透塘半径(rb=5、15、25、35 m)条件下,井塘结合、有井无塘、有塘无井3种模式在稳定补给时(t=730 d)的湿润峰分布、累计补给量(Q)随时间的变化情况。Q定义为通过自由排水边界的水通量。为便于研究,在比较3种模式的补给效果时,保持井深不变,只改变渗透塘的半径rb。包气带质地选择参考Fort Irwin场地土壤质地[13](表1)。井深h=38m,井半径rw=0.6 m。

3.1.3 包气带质地对井塘结合模式补给效果的影响 在井塘结合模式下分别讨论砂土、壤质砂土、砂质壤土和壤土4种土壤质地的累计入渗量(I)、累计补给量(Q)、补给半径值(R),以及前期(t=1.46 d)和稳定补给时(t=730 d)的湿润峰分布情况。为探究饱和渗透系数与累计入渗量、累计补给量和包气带储水量的关系,讨论渗透系数Ks与t=730 d的累计入渗量、累计补给量和包气带储水量的比值(e1、e2、e3)。I定义为通过恒定水头边界的水通量。R定义为补给达到稳定时,模拟区域底部边界处的饱和节点在水平方向上的最远距离。渗透塘半径rb=35 m,井深h=38 m,井半径rw=0.6 m。

3.1.4 井深对井塘结合模式补给效果的影响 本研究中地下水位大于60 m,在满足包气带渗透井底部至少距季节性地下高水位1.5～13 m的前提下,讨论井深h分别为33、38、43 m,井塘结合模式的累计入渗量(I)、累计补给量(Q)和补给半径值(R),以及稳定补给时(t=730 d)的湿润峰分布情况。包气带质地为Fort Irwin场地土壤质地,渗透塘半径rb=35 m,井半径rw=0.6 m。

3.2 模型设置

时间离散:模型复现模拟总时长设置为365 d;其余模拟情景模拟总时长均设置为730 d。由于模型区域较大,为避免相邻时间节点的水分通量变化过大而导致运算不迭代,适当减小时间步长,初始时间步长设置为0.001～0.00001 min,最小时间步长为0.00001～0.000001 min,最大时间步长为1 min。

空间离散:采用三角形网格离散模拟区域。垂直方向上:渗透塘入渗界面网格尺寸设置为0.25 m,并且尺寸随着距渗透塘底部距离增大而增大,最大单元尺寸为0.5～0.75 m;水平方向上:包气带入渗井入渗界面网格尺寸设置为0.25 m,随着距包气带渗透井的径向距离增加而增大,最大网格尺寸为0.75 m。

4 结果与讨论

4.1 HYDRUS模型验证

图3为不同包气带质地对包气带渗透井入渗补给效果影响的模型复现结果与参考文献[13]的对比。模型复现值与文献值的补给半径随时间变化,以及累计入渗量和累计补给量的关系总体变化趋势一致,各情景复现值与文献值的决定系数R2均在0.98以上,模型的复现值与文献值吻合较好,表明本研究利用HYDRUS构建二维轴对称模型模拟含水层入渗补给过程是准确可靠的,可以在此基础上进行不同情景的模拟分析。

注:图中的散点代表文献值,实线代表复现值。Note:The scatter dots in the graph represent the literature values and the lines represent the recurring values.图3 本文模型对文献[13]中情景的模拟复现效果Fig.3 Simulation reproduction effect of the model in this article on the scenario in the literature[13]

4.2 不同模式补给效果的对比

不同渗透塘半径条件下,有塘无井与其他两种模式(井塘结合、有井无塘)的累计补给量随时间变化趋势具有明显不同(图4)。具体表现在:(1)渗透塘半径较小时(rb=5 m),井塘结合和有井无塘两种模式补给稳定时补给效果差异较小:井塘结合730 d时的累计补给量仅为有井无塘模式的1.02倍,但二者都明显优于有塘无井模式:井塘结合和有井无塘两种模式730 d的累计补给量分别为有塘无井模式的36倍和35倍(表2);(2)随着渗透塘半径的增大(rb分别为15、25、35 m),井塘结合和有井无塘两种模式的补给效果逐渐差异明显,而有井无塘和有塘无井两种模式的补给效果差异逐渐减小,当渗透塘半径达到35 m时,有塘无井模式在513 d时累计补给量超过有井无塘模式(C点),730 d时井塘结合模式的累计补给量分别为有井无塘和有塘无井模式的2.6倍和1.54倍;(3)从湿润锋首次达到补给区域的时间来看(图4,表2):井塘结合和有井无塘两种模式的湿润峰首次到达补给区域的时间(A点)相同,且井塘结合模式湿润峰首次到达补给区域的时间不随渗透塘半径的增大而变化(t=108.3 d),而有塘无井模式下湿润峰首次到达补给区域的时间(B点)随渗透塘半径的增大而减小,但所用时长明显多于另外两种模式。

注:图中的A和B两点分别代表有井模式和无井模式湿润峰首次到达补给区域的时刻;C点代表有塘无井模式补给效果超过井塘结合模式。Note:Points A and B in the figure represent the moment when the wetting fronts reached the recharge area at the first time of the well mode and no-well mode, respectively; point C represents that the recharge effect of the pond without well mode exceeds that the well-pond combined mode.图4 不同塘径(rb)对3种模式累计补给量的影响Fig.4 Effects of different pond radius (rb)on the cumulative recharge volume of the three modes

从入渗过程看,3种模式入渗界面类型主要包括侧向入渗(井)和垂向入渗(塘)(图5)。(1)当渗透塘半径较小时(rb=5 m),有塘无井模式垂向入渗面积较小(S1=97.3 m2),且垂向入渗界面处压力势也较小(最大压力水头为0.6 m),导致通过垂向入渗界面到达补给区域水量较小[20],而有井无塘模式侧向入渗面积(S2=111.5 m2)大于有塘无井模式,且侧向入渗界面处压力势也较大(最大压力水头达38 m),并且井塘结合模式可充分利用包气带渗透井回灌深度大、速度快的优点,补给水源通过包气带渗透井快速到达含水层后,会在井周围形成渗透系数较大的入渗通道,进一步促进渗透塘的入渗补给。(2)增大渗透塘半径(rb分别为15、25、35 m),井塘结合模式入渗过程中的总水势未发生明显变化,但对应的垂向入渗面积有较大程度增加,S1分别为761.9、2 055.6 m2和3 977.2 m2,而侧向入渗面积则保持不变(S2=111.5 m2),湿润锋的分布和累计补给量的增加主要是由垂向入渗面积的增加而引起的[21],故井塘结合和有井无塘两种模式的补给效果逐渐差异明显,而有塘无井模式的补给效果也逐渐超过有井无塘模式(图4、表2)。

3种模式下,在A(井塘结合和有井无塘)和B(有塘无井)点之前累计补给量是由包气带自身含水量在重力的作用下补给地下水而形成的,此时补给量较少,在A和B点时,通过入渗界面的入渗水流到达补给边界,造成累计补给量的大量增加,因此在A和B点形成突变点(图4)。相比于通过包气带渗透井的入渗水流可以快速到达含水层,而渗透塘底部离补给区域较远,对含水层补给的延迟作用明显强于包气带渗透井。随着渗透塘半径的增大,井塘结合模式下的湿润峰首次到达补给区域的时间没有变化,而有塘无井模式的入渗通量增加,这是因为横向扩散作用对半径较大的渗透塘影响较小,使得湿润峰首次到达补给区域的时间提前(图5)。

综上所述,井塘结合模式的优势主要体现在利用渗透塘的入渗面积大和包气带渗透井的补给速度快的优点。在干旱半干旱地区,由于大量开采地下水,地下水位不断下降导致包气带细粒沉积物压实,从而使得地面发生不可逆转的沉降,为了缓解地面不可逆转的沉降,急需迅速、大量的补给这些枯竭的含水层;对于不透水面积较大的城市地区,雨季经常会出现内涝等灾害,为了快速削减地面径流,通常需要较大面积的渗透塘,这对于土地资源有限的城市地区是不现实的;利用井塘结合的优点构建井塘结合入渗补给场地,或者利用现有的渗透塘增设包气带渗透井组成井塘结合模式,可以很大程度缓解这些问题。

4.3 不同包气带质地对井塘结合模式入渗与补给的影响

图6显示了不同包气带质地对累计入渗量和累计补给量的影响,图7(见68页)为不同质地下的湿润锋分布。从入渗过程来看:不同包气带质地中的累计入渗量与入渗时间呈线性增大的关系(图6a)。入渗初期阶段,湿润峰的入渗宽度和深度都随着包气带Ks的增大而增大(图7a),待入渗达到稳定状态时,湿润峰分布并不会随着包气带质地Ks的变化而变化(图7b)。从补给来看:初始基质负压相同条件下,不同包气带质地的累计补给量随时间变化趋势相同,但在补给前期阶段,质地较粗的包气带对地下水的补给相对较小;在补给后期阶段,质地较粗的包气带对地下水的补给效果明显大于质地较细的包气带 (图6b)。表3显示,相比于累计入渗量随以上结果表明,包气带质地对入渗与补给效果具有控制作用。主要表现为Ks越大则对应的包气带孔隙越大,相同时间内的累计入渗量、入渗深度和宽度越大[22],湿润峰首次到达补给区域的时间越短。补给速率取决于包气带土壤水力特性随含水率的变化[23]和底部边界的补给半径大小。质地较粗的包气带土壤颗粒比表面积小,初始基质负压相同条件下,包气带能保持的水分相对较少[24],具有较低的初始含水率(图7a),对应较低的非饱和导水率,而入渗初期的补给来源主要是由重力控制的包气带原有水分,故这一阶段质地较细的包气带对地下水的补给量大于质地较粗包气带;在补给速率达到稳定阶段,此时补给速率主要由包气带饱和导水率Ks和补给半径决定,而图7b显示补给稳定时补给半径(R=40.5 m)并不会随包气带质地的Ks的变化而变化,因此补给后期质地较粗的包气带对地下水的补给大于质地较细的包气带。此外,在含水层补给管理的过程中,通常需要在离入渗设施不远处安装地下水监测井,当地下水监测井位于补给半径之内才能有效监测入渗水质变化,因此,在本文均质条件下,监测井的最远布设位置应处于渗透塘附近5 m范围内。

注:M、N、O、P 点代表累计补给量发生突变的点(即湿润锋首次到达补给区域的点);E、F、G和H点代表累计补给量开始趋于线性变化的点(即稳定补给的点)。Note: M, N, O, and P represent the points where the cumulative recharge volume changes abruptly (the points where the wet front first reached the recharge area); E, F, G, and H represent the points where the cumulative recharge volume begins to tend to change linearly (the points of stable recharge).图6 不同包气带质地对井塘结合模式累计入渗量和累计补给量的影响Fig.6 Effects of different vadose zone textures on cumulative infiltration volume and cumulative recharge volume on the well-pond combined mode

表3 730 d时的不同包气带质地累计入渗量、累计补给量、包气带储水增量Table 3 Ratio of cumulative infiltration volume, cumulative recharge volume, vadose zone storage increment at 730 d

包气带Ks满足线性增大的关系(e1=2.51×10-7),累计补给量则表现为e2随Ks的增大而减小,但e2均大于e1。包气带储水增量(I-Q)及e3均随包气带Ks的增大而增大。累计补给通量动态表明(图6b),湿润峰首次到达补给区域的时间随着包气带质地Ks的增加而减小,分别为:0.75、1.38、3.63 d和8.63 d(M、N、O和P点);湿润峰在质地较粗的包气带中更快趋于稳定状态,4种包气带质地所对应的时间分别为:26.3、38.9、81.9 d和164.4 d(E、F、G和H点)。

相比于入渗过程,补给具有一定的延迟效应,入渗水流先充满包气带,然后到达补给区域,而以往对于入渗和补给的研究大多着眼于入渗等于补给的长期条件[25],在包气带厚度大,补给水源为季节性雨水的干旱半干旱地区,很难保证长期供水的条件,因此会造成较大的估算偏差,故包气带储水量并不能忽略不计。质地较粗的包气带对应饱和含水率较大,虽然初始基质负压相同时,初始含水率较小,需要更多的入渗水去补充包气带(表3),但入渗通道快速饱和后,Ks是造成湿润锋首次到达下边界和达到稳定状态所需要的时间的主要因素。准确确定湿润峰到达补给区域的时间,对于后续研究评估污染物通过包气带向地下水位的潜在迁移时间也具有重要意义。

4.4 井深对井塘结合模式入渗与补给的影响

图8显示了不同井深对累计入渗量和累计补给量的影响。井深越大,累计入渗量和累计补给量越大,并且累计入渗量随时间呈线性增大的趋势;而累计补给量则在补给达到稳定时才呈现线性增大的趋势。表4显示湿润峰首次到达补给区域的时间随井深增大而减小;井深每增加5 m,730 d时的累计入渗量分别增加5.5%和5.9%,累计补给量分别增加9.5%和9.8%,而包气带储水增量(I-Q)仅分别增加1.6%和1.8%,湿润锋首次到达补给区域的时间则分别减少31.8%和25.6%。

图8 不同井深对井塘结合模式累计入渗量、累计补给量的影响Fig.8 Influences of well depth on cumulative volume infiltration and cumulative recharge volume on the well-pond combined mode

表4 不同井深下井塘结合模式湿润峰首次到达补给区域的时间及包气带储水增量(I-Q)Table 4 Time of the wetting fronts first reached the recharge area and the vadose zone storage increment (I-Q) under the well-pond combined mode of different well depths

以上结果表明,井深是影响井塘结合模式入渗和补给效果的重要因素。井深增加会增大侧向入渗面积,3种井深所对应侧向入渗面积分别为:91.6、110.4 m2和129.2 m2(图9);另外,包气带水分运移受水势梯度影响[26],井深增加使得侧向入渗界面的压力势逐渐增加,水分入渗能力增加。由达西定律可知,水势梯度和入渗面积增大,会使得侧向累计入渗量增大。同时,稳定补给时,3种井深所对应的补给半径分别为:38.5、40.5 m和41.5 m,使得井深越大,累计补给量也越大。

不同井深对湿润锋首次到达下边界和达到稳定状态的时间具有控制作用。井深越深,距离补给区域的距离越短,湿润峰首次到达补给区域的时间也会越短;并且井深增加,下部入渗面的压力势也会增大,入渗能力加快,促使湿润峰更快到达补给区域。包气带储水增量随井深的增加而增加(表4),主要是因井深增加而导致补给半径增大(图9),所要填充的包气带体积增大。相比于井深增加,入渗能力加快,井深增加对包气带消耗入渗水量(储水增量)的影响较小,井深每增加5 m,包气带储水增量(I-Q)仅分别增加1.9%和3.6%,而累计入渗量则增加8.5%和9.9%。

综上所述,不同包气带渗透井深度是评估井塘结合补给系统补给效果的重要设计考虑因素。与直接含水层注入井相比,包气带渗透井井底需要距地下水位一定距离,以达到净化水质的目的,但地下水补给速度较慢,补给水源到达地下水面所需时间较长,因此在保证井底距离地下水季节性高水位1.5～13 m的前提下,适当增加井深有助于快速、大量实现对地下水的补给。

5 结 论

1)通过对已有文献中实际场地有井无塘模式复现验证了本文建模过程是合理可行的,各情景复现值与文献值的决定系数R2均在0.98以上,本文在复现的基础上构建了井塘结合二维轴对称数值模型。

2)不同渗透塘半径条件下,井塘结合模式补给效果均优于其他补给模式。渗透塘半径较小时(rb=5 m),井塘结合和有塘无井两种模式稳定补给时补给效果差异较小;随着渗透塘半径增大(rb分别为15、25、35m),有塘无井模式补给效果逐渐超过有井无塘模式。井塘结合模式下湿润峰首次到达补给区域的时间和有井无塘模式相同,且不随渗透塘半径而变化(t=108.3 d)。

3)初始基质负压相同,累计入渗量随时间和包气带质地的Ks呈线性增大的趋势;因初始含水量差异,在初始补给阶段,质地越粗,累计补给量越小,在补给后期阶段则相反。补给半径随包气带质地变化而保持不变(R=40.5 m),湿润锋首次到达补给区域的时间随包气带Ks增大而减小。

4)井深每增加5 m,730 d时的累计入渗量分别增加5.5%和5.9%,累计补给量分别增加9.5%和9.8%,湿润锋首次到达补给区域的时间则分别减少31.8%和25.6%,适当增加井深,有助于快速、大量实现对地下水补给。

本研究初步表明,构建井塘结合入渗补给模式,或者利用现有的渗透塘增加包气带渗透井组成井塘结合模式,可实现对地下水快速、大量补给。但本文未考虑模拟区域的时空非均质性,以及入渗水质对补给地下水的影响,尚需进一步开展深入研究。