文摘

流域位于一座山海岸地形学的设置已经被描述为拥有一个高度相互关联的地表水和地下水环境。groundwater-surface水相互作用的量化流域规模需要升级。本研究使用迈克,她一个耦合数值模型,探索这些交互的季节性和空间动态特性在温哥华岛Cowichan分水岭,不列颠哥伦比亚,加拿大。校准模型模拟过渡Cowichan河的主要获得在山谷内,失去流附近的海岸地下水开采集中的地方。失去和获得部分与地质衬底。整个流域占降水量的17%充电。气候变化预计将减少在高山积雪积累和改变融雪的时机,导致更高的春季和冬季河道流量和降低夏季流。

1。介绍

流域位于一个mountain-to-coast地形学的设置是独一无二的,他们已经被描述为拥有一个高度连接的地表水和地下水环境(1]。粗粒冲积物质的高度,再加上陡峭的地形环境,创造条件,地表水和地下水系统强烈的相互作用。在气候季节性干旱的地区,水在流的主要来源是地下水的流量(1- - - - - -3]。流,然而,也可以充电含水层,特别是在洪水期间(例如,4])。这些关系往往知之甚少的山区流域内水文。水平衡,包括估计的充电和放电,也在这种类型的设置高度可变,尤其是气候梯度(重沉淀在海洋附近的山上降水相对较低)季节性和空间变量。同时,有一个高度的地质变化(浅或裸露的基岩峰值附近的山谷,山谷内和冲积层的变厚度和成分)。管理这些水域的水因此需要声音的理解范围内的水文过程,尤其是这些因素影响地下水和地表水之间的相互作用的空间和时间尺度范围(1,2,5]。

耦合groundwater-surface水模型正在被越来越多的用于检查各种环境的交互,包括交互在小山区集雨[6];溶质运输(7,8],洪水波建模[9),流域水资源管理和理解(10- - - - - -17],含水层非均质性的作用[18,19),和湿地变化和水产养殖20.,21]。

本研究旨在促进知识mountain-to-coast流域内地表水和地下水的相互作用,特别是通过调查这些交互可能如何影响不同流域内的压力。研究区是Cowichan分水岭,加拿大不列颠哥伦比亚省位于温哥华岛(图1)。陡峭的地形环境和地质条件创造条件,地下水和地表水系统动态耦合。流域是由几个集雨、占地面积大约930公里²,达到最高海拔约1483米的平均海平面以上(masl)源头地区,海上和终止东部海拔接近程度。Cowichan湖面积62公里²并从西向东延伸近31公里。Cowichan河流的源头在Cowichan湖东河口近45公里Cowichan湾附近的邓肯。

流域本身是一个巨大的山谷,山谷积累沉积物,谷壁两侧与薄的土壤。气候温和凉爽和潮湿的秋冬季节,通常在春天和夏天是温暖和干燥。有一种强烈的降水梯度(减少东)由于雨影效果。较低的沿海部分流域收到一半的降水量(~ 1000毫米/年)比接受湖Cowichan(~ 2000毫米/年)。据估计,在西部边界山区流域每年可以得到高达4500毫米的降水(22]。大多数降水发生在冬季,而测量非常低的数量在夏季。雪最多,占总降水量的~ 5 - 15%。

的分水岭为超过43000人提供淡水,以及农业和一些形式的工业(养鱼场、造纸厂等)。超过530个地表水许可证已经发行,将水从河流和湖泊流域,和1300多名水井泵水从地下蓄水层(23]。在流域水用户包括农业、工业、城市和农村供水。有几家大型流域内用水户,包括纸浆和造纸行业(催化剂),鱼类孵化场,市政供水(图2)。

最近,季节性波动,和降雨的时间变化创造了流域水管理的挑战。季节性降雨的变化是非常大的;洪水条件下可以发生在冬天,而在夏天干旱可以获胜。水需求带来了额外的压力在水文系统,峰值的对水的需求是发生在夏天枯水季节。2012年,该问题的严重性成为明显返回鲑鱼努力达到他们的产卵地点;这得到了媒体的关注。解决这些问题,了解水文条件,模型耦合groundwater-surface水是使用迈克她(24]。校准模型是用来评估地下水补给和排泄,估计的贡献地下水地表水系统,识别关键的获得部分Cowichan河,并评估局部泵对系统的影响。最后,模型用于项目未来气候可能如何影响水文地质系统的动态(在接下来的40和70年)。

2。材料和方法

2.1。迈克她建模界面

迈克,她是一个确定性和分布式建模系统,使用有限差分表示在质量和能量和测量水文循环的模拟方面的经验关系(24]。的核心模块是一个框架,用于模拟以下过程:拦截和蒸发,地面水流,非饱和区流动,饱和区流动,和水的质量。河流、湖泊和其他渠道运营在一维模型中,迈克,迈克直接耦合到她的模型。拦截和蒸发模块计算实际蒸发(让)从一个区域使用用户定义的潜在蒸发(PET),使用Kristensen和詹森(25)模型。这个模型需要依赖植被叶面积指数(LAI)等参数,根的特点,和一个拦截参数。不饱和流计算1 d,垂直。土壤水分保持曲线以及每个土壤的饱和导水率定义类空间和垂直层。理查兹的方程是解决,水流从非饱和区到饱和区,反之亦然。陆路流组件模拟径流超过土壤的入渗能力时,地下水排放到地面时,或者当流淹没他们的银行。在这项研究中,解决方案利用扩散流波近似的把方程,即地形,曼宁的分别系数控制径流的方向和速度。饱和区流组件在迈克,她是3 d和基于达西的方程。边界条件,如固定头、零通量梯度和通量指定选项控制内的地下水流动模型。地下条件模型层和镜头,代表液压属性分配。

如前所述,迈克11控制路由的河流和湖泊里的水。河河流模块包括四个主要组成部分:网络,河流横断面图、边界条件和水动力参数。迈克11解决河道径流通过使用一个一维圣维南方程的基础上,完成动态波公式(26]。迈克她和迈克11耦合通过使用河链接(点)。在模拟过程中,大量的水进入或退出连接细胞基于达西的计算方程。侧流入和流出地面水流以及river-aquifer交流完成每个计算时间步长(24]。

2.2。模型设置

仿真时间跨越1998年1月1日,2012年12月31日(可用数据的最近的日期)。捕获很重要,2012年,作为本研究的动机是反常地低Cowichan河的河道流量在鲑鱼产卵季节,夏季降雨在年底的时机。最初的地下水被分配在地面水平,下面讨论;因此,模型必须自旋向上达到深层地下水位的动态稳定状态不再随时间下降。发现1998年启动模型足够的自旋向上和提供一个合适的时间框架(12年)进行分析。所有数据输出时间步骤将24小时除了地下水,设置为48小时。

模型网格大小是200 m×200 m。地形被分配使用200数字高程模型(DEM)。模型边界条件由零通量边界代表流域的地形边界,并指定负责人(海平面)的冲积层模型中满足海洋和Cowichan湾。在冲积层、基岩层设置为零通量边界。这些边界条件试图模拟地下水排放在沿海环境中,即深层地下水直接向上时相交freshwater-saltwater接口。因此,基岩的任何排放将直接上升到地表的沉积物和随后的模型。总的来说,指定边界条件路线无论降水落到模型域的模型以及三个潜在的途径:蒸发,表面水在海洋,终止和地下水上升沿海岸和直接排到大海。

2.3。气象数据

降水是导入到迈克她使用“站”时间不同的格式。整个流域年降水量从大约1000到5600毫米/年不等,被用作基础将流域划分为10个区域的基础上增加500毫米/年/区(图3)。区域1和2分别由降水记录在开尔文溪气候站,在区域3到10由林业研究站(图表示3)。模型由于地形降水的增加和雨影效果,按比例分配应用于每一个区,基于平均降水量观测区,如在图所示3。

空气温度是使用数据集定义从林业研究车站本站有微不足道的差异和开尔文溪站。从车站空间温度的变化修改数据根据一个固定的温度递减率(图4(一))。温度记录在跳河雪枕头站是用来校准温度递减率参数。

使用Penman-Monteith潜在蒸散(PET)计算方法,使用一个软件包AWSET [27]。每日气候数据由平均空气温度、湿度、太阳辐射、风速。由于这些流域气候参数的变异性,宠物估计通过记录日常平均温度的变化,因为它涉及到高度和位置(图4(一)),然后映射太阳辐射的空间变异性(斜率和方面)在该地区使用ArcGIS的太阳辐射分析工具(28)(图4 (b))。这两个空间数据集被合并创建一个宠物区42区(图组成的地图4 (c))。宠物值调整到一个适当的范围内基于值在一个区域类似的气候(29日,30.]。所有42排列被添加到迈克她随着时间的系列。

降水、宠物和温度设定输入参数不受校准,而参数如温度递减率和融雪参数调整,通过校准,以匹配观察融雪数据记录在高山跳河雪枕头站。表1显示了最终的融雪参数。

2.4。地表数据

Cowichan区域分为两个主要biogeoclimatic区域:沿海花旗松和沿海西部铁杉(公元前biogeoclimatic生态系统分类(BEC)系统)。叶面积指数(LAI)估计使用卫星反射图像和校准发表的统计关系(31日]。观测数据被分为五个土地利用类(图5)。例如,赖值在0和1之间被分为类1和分配的LAI值0,这空间代表开放的水域,城市地区。赖值范围从5到10分为3班和分配一个赖值为7.5时表示温和的赖和区分之前登录区域。类4和5代表旧的增长和生物致密区域,分别。

这些类也定义的物候学代表季节性植被密度的变化。因为赖昌星的计算中使用的陆地卫星卫星图像记录在2002年8月,它可能代表了最大的LAI值。BEC系统表明,研究区域内的成熟的树木大多原始(西部铁杉,Redcedar、花旗松、较小的杨梅,和加里橡木);然而,蕨类植物和灌木的林下叶层是由。因此,一些赖预计的变化(32]。因此,3班被分配最高的季节性变化,因为它代表了被砍伐的系统,因此,将主要包括快速居住落叶树(杨木,白杨,桤木和各种灌木)。类4和5的季节性变化是设置较低,根据森林覆盖的假设可能会更成熟,反映了BEC的描述。她在迈克,一个一致的400毫米的深度应用加油。加油深度通常依赖于土壤肥力和结构;然而,Curt [33]表明,多数根质量集中在前400毫米的土壤,土壤质量无关。

随着空间和时间不同的数据集,植被模块还包含等参数,可以改变基于站点特定的数据。参数包括林冠截留(0.05毫米)的价值,需要满足茎流和地面渗透发生之前,和经验系数贴上C1, C2, C3,与Kristensen和詹森方程用于计算实际蒸腾和土壤蒸发。系数C1和C2是植物依赖和影响土壤蒸发和植物蒸腾作用之间的分布。这些参数被设置为0.3和0.2 mm / d,分别。系数C3是依赖于土壤和控制释放的水在某些基质势和根密度;这个参数设置为20 mm /天。最后,AROOT控制的比例提取深度的函数,为更大的值有一个更大范围的ET和方法均匀值接近0。值为0.25 m⁻¹是使用。

地面水流被定义为发生的部分径流为层流。如果降雨量超过土壤的入渗能力时,水会在表面上,被表面形貌,路由是使用扩散波近似计算。流动阻力的陆路由“粗糙度”控制的土地表面,可以推断出从土地利用/覆盖地图。每个土地分类或表面然后需要直接变成了数分配液压”粗糙度。”她在迈克,曼宁的曼宁系数(倒数的),相当于斯特里克勒粗糙度系数,控制量的摩擦和水可以水平移动的速度。的价值通常在0.01(光滑通道)到0.10(厚植被渠道)。有几个文学估算曼宁的来源系数在各种各样的表面(例如,34- - - - - -36]),尽管大多数值往往是修改完成标定过程。曼宁的初始设置得到从Engman35)如下所述。

代表Cowichan内的地表区域,目前的土地利用/覆盖数据集(图6(一))[37]。代表山区溪流,通常非常陡峭,岩石,模型内的所有流转换为点,分配一个曼宁的高系数(100^1/3/ s)和与土地利用数据集。因此,城市,森林,最近森林,农业、流,等等,曼宁的代表在迈克她地面水流模块(图6 (b))。

2.5。非饱和区数据

地表土壤数据集得到的利吉特和吉尔38),这是一个简化的形式的Jungen的土壤类型分类39),根据土壤的排水能力(很差排水)。地表地质地图(40,41]说明薄覆盖,土壤或单板,朝着山谷一侧墙壁。捕捉这种形态,土壤地图进一步定义为包括其他潜在的地层。在ArcGIS、流域分为两个主要区域,冲积层和基石。土壤分类地图是对地质层的顶部和执行“合并分析”,增加潜在的地质土层接触。因此,每个土壤类包含一个“A”(冲积层)或“B”(基岩)表示底层材料。非饱和区地质模型中的定义垂直。所有土壤类,除了“10 a和b,被分配的基础2 m低于地面。低于2米深度,底层材料(冲积层或基岩)被分配。类10和10 b被描述为薄土,因此,非饱和土深度是1米。她在迈克,每个非饱和区需要一个”与“深度,必须定义全面的不饱和区。 Therefore, the depths of the underlying units (alluvium and bedrock) were extended to a range deeper than the maximum simulated thickness of the unsaturated zone (up to 60 m). Figure7说明了不饱和土壤的空间格局,以及垂直表示沿横截面的一个例子。

土壤类属性最初定义基于UNSODA非饱和土水力数据库(42]。结构类被分配到每个土壤类(排水能力)根据饱和电导率的值(在文学。表2显示了范Genuchten土壤参数。如前所述,代表深非饱和区,额外的非饱和区材料和属性包括冲积层和基石。

2.6。饱和区数据

饱和区是基于冲积河谷和基岩的概念模型,即一个非常深切谷填充了冲积沉淀物,而山区丘陵地区覆盖着一层薄薄的外衣的松散材料。因此,饱和区由两个地质层,“覆盖层”和“基石。”层的设置需要地质层出现在整个模型域和测量单位指定的底部。代表“稀疏”的冲积层材料外的山谷(上山边),厚度将接近于零,而山谷内的冲积层的厚度从0.1到125不等。下伏基岩延伸至500米,这样“活动流区,”被认为是上200米,是完全45- - - - - -47]。

代表每个映射含水层在硅谷、地质镜头被添加到模型中。每个镜头都代表一个水文地质单元(HGU),其中包含一个顶部和底部高程和空间程度代表单元的限制。每个指定的含水层的水力特性HGUs得到总结的所有可用的泵和恢复测试数据(44]。不是所有确定含水层包含井抽水试验完成,,相反,抽水试验完成区域内不包含机密含水层。抽水试验数据不可用,估计从文献使用根据材料类型48]。提供的水力传导率和特定存储geomeans初始参数值的估计模型。在校准过程中,这些值被改变的几个基于模型的性能。表3显示了最终的参数值和图8显示了整个流域水力传导率分布。

2.7。迈克11流网络和液体比重计的流数据

迈克11模型湖和河交互使用截面和指定的海拔。湖和河从公元前分水岭获得网络是阿特拉斯(49]。湖泊和河流在1 d代表单一的线段,和特征的程度定义为截面的宽度。一旦加上她迈克,迈克11床地形,Cowichan湖指定详细的程度(3 d)。

Cowichan湖有一个很大的影响这一地区的水文;因此,特别注意被送往尽可能准确地代表了湖。Cowichan湖的深度测量法是由数字化出版深度测量法地图(50]。Cowichan湖面积62公里²,海岸线的距离约106.78公里,估计平均成交量为25亿米³约50米,平均深度,最大深度约为160米。

Cowichan河河网络转换为节点(点)和河流分支。放电和阶段水平计算在“”和““点,分别。的流量测量点(定位方式之间的一半分)推断从截面之间的输入。阶段测量计算点,由流截面内的动力。迈克11之间的耦合和迈克她发生点。

之间的电导值,控制水的流向河流和地下水系统估计单独从地下地质渗透系数值之前在图所示8。这些值在模型校准调整。

边界条件是分配给迈克11河网络。一个封闭的边界被分配到最上游的网络,在一个开放的边界被分配到的口Cowichan河在Cowichan湾。这个沿海开放边界由水位条件下,即在帕特丽夏湾潮流变化观察到被用作输入。潮流变化从1.79到3.02 m /仿真。

湖阶段最初是在海拔160 masl指定全球床阻力曼宁30。所有其他参数(风力因素,计算方案,和计算参数)将迈克11默认值。

2.8。地下水和地表水提取

用户模型的影响,大型水对地下水和地表水在Cowichan水平,估计萃取率被添加到模型中。六大用户和一个大型地表水地下水用户包含(见图2)。发生的大多数泵附近的邓肯(见图1)集群Cowichan河的下游。大部分地下水开采价值提供月度总额,因此,修改是一个常数抽运率立方米每秒(m³/ s)。市政井的地下水开采率在夏天旺季,相对于其他季节近一倍。孵化场通常有一个相反的撤军时间表,与萃取率翻倍的冬季与夏季相比。确定中小水地下水用户并不包括在模型作为最能代表单一国内井。这些小的国内用户的地下水也可能对房地产化粪池(回收大部分地下水回地下),因此,系统的水量损失被认为是最小的。

只有一个大用户的地表水被包括在模型中。催化剂纸有摄入的下游河段Cowichan邓肯河附近,撤回水直接从河里。叶子的水分水岭。年度撤出大约50到6000万米³从这个位置每年提取一次。这种抽象模型,一个点源流入边界条件,在摄入的位置,迈克11中被定义。流入边界条件被设定的最大撤回−2 m³/ s的整体仿真模型。这个速度相当于6300万米³每年提取的水。

2.9。模型校准和验证

模型设置运行模拟一段14年(1998 - 2012)。这个模型的校准周期是2002 - 2010(8年)。验证时期从2010年到2012年。适合或校准模型的程度取决于相关统计数据,包括平均误差(我),剩余均方误差(RMSE)、相关(),Nash-Sutcliffe效率。

模型校准首先集中在气候条件(融雪模型)。融雪校准包括调整模型参数包括程度系数,温度递减率,马克斯湿雪分数。每个参数的影响模拟时间(雪的爆发和释放)和积雪。每日平均气温以跳河雪枕头站被用来校准温度失效。雪水当量(理念)气候站记录用于校准的水量在雪存储在高山地区举行。校准的第二阶段关注水文特征。调整的物理条件的校准由迈克11流系统,曼宁的坡面流和通道流,河床渗漏系数。校准的下一个阶段包括比较测量阶段,放电从迈克11观察湖水平和水文数据。加拿大的水调查(WSC)维护三个站在流域内,测量Cowichan湖水平(08年ha009), Cowichan河阶段/放电Cowichan湖Cowichan河的交界处(08年ha002),和舞台/放电Cowichan河附近邓肯(08年ha011)。校准的最后阶段集中在区域内的地下水,同时评价水文特征。校准饱和区中的地下水位调节水平和垂直渗透系数和特定的存储。校准使用的地下水位每小时的数据环境部(MOE)观察井含水层内# 204 186年,最长的记录。历史的静态的钻井实测水位资料国内井(冲积物和基岩)被用来验证校准。所有其他模块(蒸发、土壤水力参数)保持不变在建模仿真由于有限的校准数据的可用性。

2.10。气候变化模拟

普遍的共识从气候建模在不列颠哥伦比亚省的结果表明温度通常会上升,最大的增加发生在夏天51]。冬季降水预计将增加,减少在夏季。这些趋势预计将增加大气蒸发需求,降低积雪,加速融化,改变地下水的储存和充电,改变steamflow的时机和幅度,导致各种各样的生态变化(51]。

为了评估脆弱Cowichan流域气候变化的潜在影响,未来气候变化数据被用来迫使她模型的迈克。两个迈克她模拟运行(一个代表2050年代和2080年代)。预计气候变化影响评估使用BC区域分析工具(52]。具体来说,气候预测使用的“杰合奏”(53- - - - - -55]。创杰降尺度工具被应用于一个全球气候模型(GCMs)和sr AR4排放场景,BC省的编译结果。结果从加拿大全球耦合模型3 (CGCM3) a2(5模型运行)和大气象研究所(MPI) ECHAM5-A2(一个模型运行)被用于这项研究。A2排放场景被选中,因为它代表了一个“最坏情况”场景在排放方面,有限公司₂的浓度,和由此产生的温度升高56]。

几个数据集提取Cowichan面积:绝对温度变化(最大值、最小值、均值、和介质)和降水量和相对湿度变化百分比2050年代时期(2039 - 2069)和2080年代(2070 - 2099)。图9说明了月平均温度和相对变化的绝对变化(百分之一)月平均降水的研究领域。温度预计将增加1 - 3°C 2050年期间,和高达2 - 5°C(图2080年代时期9(左)。最大的温度差异预计从7月到8月,从12月到1月。(图9,右)表明,到2050年代的增加10 - 20%的降水预计冬季和夏季减少了20%。在2080年代这一趋势继续下去,在冬季增加了30%,在夏季和减少了40%。

月平均气候变化因素(从所选模型合奏)为每一个未来的时间被应用于历史数据(1998 - 2012)从Cowichan湖林业研究气候站和开尔文溪气候站。具体来说,月平均气候变化被直接应用(减法或除了每日平均气温或%增加/减少降水率)颞气候数据集在迈克。模型运行两个14年的时期(代表1998 - 2012年的气候数据转移的2050年代和2080年代气候)。基线气候数据和未来气候数据部分中讨论气候变化模型的结果(见结果和讨论)。

宠物也调整为气候变化模拟。预计最小、最大和平均温度,以及预计相对湿度的变化被用来计算新宠物值以反映预期的气候。AWSET程序是用来生成每日宠物使用Penman-Monteith方程。温度和湿度的变化被添加到AWSET程序通过加或减的绝对温度变化最小,马克斯,意味着每天历史价值,以及相对历史相对湿度日变化百分比值。模拟太阳日晒和风速保持不变。到了2050年代,宠物将增加6.4至12.1%,到2080年代气候区22 11.9 - 21.2%(主导区流域)。宠物的相对变化密切反映了预计的温度变化。相同的相对变化的宠物(变化百分比)获得了区22应用于日常宠物估计其他41宠物排列。

3所示。结果与讨论

3.1。模型校准和验证

校准符合统计数据表4。图10显示了适合这两个水文站点,和图11给出了适合地下水位。此外,地下水位的测量在公元前井钻井和报告数据库相比,模拟地下水位井冲积物完成和基石。井在冲积层完成的是0.97和均方误差(RMSE) 10.78 ()。基岩水井,是0.70和RMSE是21.5 (),观察地下水水平有点高估了,可能因为水位测量在基岩水井钻探尚未完全恢复,所以会过低。

3.2。水平衡

水平衡萃取后进行校准。感兴趣的研究是整个模型的不同部分之间的交流的水(如河水和地下水之间),充电饱和区,和泵在水文系统的影响。水的总输入到模型仅仅作为降水发生在输入(100%)。水然后分区(径流或地面水流,渗透或充电饱和区,蒸发)和树叶通过蒸发模型,从饱和区边界流到海洋,河流边界流向海洋,表面水提取,或地下水开采,与一些水在各商店在任何时候(如雪存储,树冠存储的存储,地下存储,等等)。

表5报告的总水平衡Cowichan地区包括错误(毫米/年)。水年值报告(10月1日到9月30日)。充电显示在最后一列作为一个单独的项目。充电的计算非饱和区和饱和区之间的交换,因此,没有出现在整个流域水平衡。

水平衡结果必须仔细检查,因为有很多交流。因此,年度百分比不增加。坡面流河(Cowichan河)和ET的主要通量Cowichan中的水,构成55预算和年度预算的43%。从流域等丢失;然而,坡面流河,其他点的分水岭,导致地下水(通过河baseflow组件),也许回到河下游(baseflow河)。因此,这些术语是互相连接的,可能提升内陆流向河组件。baseflow(地下水)河,河baseflow(地下水)代表她和MIKE 11之间交换流动模型。这些交流的进行点。

Cowichan河的水平衡结果表明,近似等于在这条河的水量损失和收益沿着它的长度。这种关系在每个水是非常一致的。的空间表示稍后会详细解释这种关系。小的正面和负面的价值报告地面水流的变化和雪存储,而3%的平均年度预算所占存储饱和带的变化。从长远来看,除非饱和区被耗尽,这应该是零。地下水抽水量的主要用户在较低的谷占不到1%的水平衡。相关的平均误差的收敛过程模型中大约1%的校准和验证时间模型。

基于详细的饱和区水平衡(未显示),年度充电(确定的水量交换的不饱和饱和区)是438毫米/年,或17%的年降水量(最后一列在表5)。这个数量决定从每年平均校准和验证期间(2002 - 2012)。在此期间,地下水的补给(253 - 630毫米/年)相应的变化与年降水的变化。考虑总降水的变化,地下水补给,范围从14到年(王寅)降水总量的21%。水文地质的研究在近距离57- - - - - -59]估计充电率来自23年降水量的45%。然而,这些充电率反映个人疏松的砂和砾石含水层补给,而不是净充电整个流域(包括低电导率基岩)。

在一个月时间尺度(结果未显示),时间的变化密切交流与地表水和地下水模拟降水的变化。地下水进入Cowichan河主要发生于12月至5月(6 - 7毫米/月),从6月到11月略低。地表水,地下水的交换类似趋势;正如你所预料的那样,一个更高的交换发生在夏季时地下水位是沮丧。充电也显著不同。最高充电发生在10月和11月(> 100 mm /月),而充电赤字(P-ET)表示,去年6月,7月和8月,高峰赤字−28毫米/月(损失的水饱和区和非饱和区)。这个赤字在充电不仅是明显的,但也比较等降水同期。也可能经历负面的水分条件(ET大于传入的降水);然而,充电仍然是积极的。这些结果可能反映了高山的积雪融化的影响。 As the snow melts, it infiltrates the unsaturated zone and eventually reaches the saturated zone.

2012年是特别坏的持续放电在Cowichan河。排放非常低,在后来的夏季降水很少。2012年8月和9月的最大不同的平均条件Cowichan分水岭。2012年8月反常低降水,导致一个非常大的水分赤字(−102毫米/月)相比,平均-73毫米/月。这也导致大于充电期间减少100%。9月是一样的;水分赤字是9月−57毫米/月+相比21毫米/月平均水平。气候变化也引起了充电赤字(−26毫米/月)9月相比平均地下水补给/月13毫米。

3.3。充电和放电区域

充电是非常变量在整个流域(图12),这反映了影响充电参数的范围:利率和年降水量,蒸散率,地形和表面粗糙度系数,非饱和土的水力特性,,可能最重要的是,从地面地下水位深度(非饱和区厚度)。细土覆盖的地区,大量的降水、地下水和渗透地下材料表接近表面会充电,数量级比地区降水少,低渗透基质和深层地下水位。图12显示充电的梯度从西到东。这个梯度的结果主要来自山谷内的降水模式,作为年度降水值在西方几倍。有几个相对较小的圆形区域的高度集中充电。这些异常区域可能代表DEM地形萧条,整个模拟水池塘和浸润。

评估的准确性放电特性模拟的模型,观察到的位置地下水排放特性,如弹簧和湿地,是加在仿真结果(图)12)。模拟线性渗流面沿北部山谷斜坡上对应观察弹簧的位置。,观察到湿地特点往往与低地形凹陷内的地下水排放较低的山谷,在那里发生。大多数放电特性在整个流域位于山谷两侧陡峭的山脊。放电发生饱和区内陆交换。

3.4。地表水/地下水的交互

流域尺度的交流在很大程度上是由地下岩性的变化控制,包括基岩的深度和含水层性质(60,61年]。例如,交流中发生的Cowichan河流地表水直接覆盖基础主要是由液压控制的电导率的基石,而在其他地方,Cowichan河穿过渗透冲积矿床的区域河道深深切入到冲积层。山谷宽度也会影响交流(60,61年]。

在交易所的影响来说明地质,Cowichan河本身(一′)用作截面(图(13日))。这个截面说明了材料接触河床,基岩的深度基岩或暴露在河床和冲积沉积层的厚度。也对的相对位置(图米离河)表面的引水和地下水开采井河的到最近的点。所有的地下水开采井内无侧限沙子和砾石含水层186。图13 (b)显示了得到和失去的部分,与地质基于2008年年度交流模拟。对于大多数的上游,Cowichan河是一个获得系统(除了一个达到19500至21000米,附近Stoltz池)。然而,往山谷,减压较低,河水变得主要是失去。大量的水河穿过含水层186丢失。在海岸,Cowichan河涨水,像预计的那样在沿海环境由于存在saltwater-freshwater界面的深度,将新鲜的地下水排放向上沿渗流的脸。作为淡水模型,这是一个实际的接口将零通量边界模拟的基石,并迫使放电退出模型域冲积层。

地下水向河流排放最高在春天季节(当地下水含量最高)和最低在秋季(地下水位低时(图)14)。失去条件是最大的(最负)在冬季当河的阶段高,地下水位可能仍然是低(由于滞后时间),导致更高的水力梯度。在44000米,从主要失去转向主要获得交换条件,但交换的大小依季节变化。当地下水水平大于河阶段(明显的2008年3月),河是获得,这说明重要的地下水水平条件在河里。

如图15河是主导性失去在许多井集中的地方。评估是否抽运条件在河的下游的原因失去条件,地下水开采率的模型运行设置为零。图15显示了仿真的结果与2008年没有抽。虽然整体的形状曲线是一致的,有大小的差异交流(椭圆内突出显示)。没有抽,失去条件明显在43000和44000年将成为主导性获得条件。在失去部分,大负峰值减少没有抽水,附近,在一个相当大的距离(公里)井。这一结果表明,注入井可以降低地下水位的影响体现在大的距离。

3.5。比较模拟GW-SW交流领域的数据

整个Cowichan地区的队列数据是有限的,由于数据收集的挑战包括:基岩和砾石河基质使得安装压强计困难;河道流量高在今年呈现它不安全队列进行测量;和使用危险的化学示踪剂(例如,溶质和荧光示踪剂)在加拿大遗产河。然而,一些数据被收集在2013年夏天枯水季节在几队列位置(s .巴罗佐BC省的森林、土地和自然资源操作个人沟通)。队列的数据包括一系列mini-piezometer测量水头河阶段和浅层地下水的水平之间的差异在河床(使用一个压力表的压力板),以及浅含水层之间的渗流速度和河床(使用相同的压强计装置渗漏计)。渗流测量建模(体积流量)和迈克她交换流值被转换为一个通量(米/秒),测量流除以面积。额外的源数据来自潜水调查(鱼计数和栖息地),历来内进行Cowichan河(迈克·麦克洛克BC省的森林、土地和自然资源操作,个人通信)。鱼数数字,以及栖息地的描述,。地下水湿润的迹象(获得到达河的)经常配合的地方鱼数量大,水的温度下降。

图16显示了地理位置的获得部分从潜水调查(蓝色标记),观察的位置失去部分(红色标记),从渗流测量与模型的结果。整体模型是准确的代表获得和失去条件Cowichan河沿岸。地下水湿润的潜水调查相关的获得条件大多数Cowichan上游,尽管从模型中获得的条件并不强大的由于低渗透系数的沉积物和基岩在河的那部分。总体来说,第一个40000米(40公里)河的获得(小级)居多,而底部10000米(10公里)正在失去(大级)。

3.6。气候变化模拟结果

气候变化的结果分析了过去10年的完整的14年仿真时间,以避免模型向上。结果代表了一百一十年的时间跨度在2050年代和2080年代。年度水平衡值相比基线模型,观察以下趋势随着时间的推移(基线到2050年代到2080年代):(我)降水增加,后续增加Cowichan河径流(陆路流);(2)土壤水分蒸发蒸腾损失总量增加;(3)水平衡的所有其他方面仍然相当恒定,包括充电,所示仅略有增加;估计改变充电(错误)的不确定性范围内的模型。

表6总结了降水变化等,每月充电为基准模型和2080年代(数量和百分比变化)。主要观察如下:(我)沉淀率增加(相对于基线)从9月到6月,4月份最大的增加,10月和11月;(2)等率增加(相对于基线)贯穿于整个一年,最大的增加从12月到1月;(3)充电率增加(相对于基线),除了6月和8月;最大的增长(63%)发生在9月。

气候变化最明显的影响在Cowichan分水岭与雪有关。温度的持续增长持续减少的积雪量(蓄水)和改变融化时间(融化)早些时候预计公元前的其他地区和太平洋西北部62年- - - - - -64年]。Cowichan内积雪对气候变化特别敏感是由于高度的从属积雪(目前模拟200 masl雪线以上)。气候变暖意味着雨,雪,将落在逐步在冬季高海拔和低海拔地区的积雪在目前有限的可能更少的冬季积雪和积雪迅速融化。图17说明了模拟空间Cowichan地区的积雪在当前气候条件,2050年代和2080年代。大幅降低积雪预计2050年代和2080年代。积雪越来越局限于高海拔地区,主要由温度控制的失效,随着气温在山谷内大多高于0°C。空间的积雪和积雪区域内的积累量大大减少。融雪的时机也从7月转移到1月初(结果未显示)。

大部分冬季降水下降了在未来,存储为积雪的水量明显减少,大大改变了河道水流动力学全年(51]。一般来说,Cowichan,洪水发生大约44天前到2050年代,,> 100天前到2080年代。模拟洪水季节早些时候导致增加流在冬季和低流峰值在夏天和秋天。图18显示了Cowichan河量(在08年ha011水文观测站)附近的邓肯在基线和气候变化的仿真模拟。高分辨率时间序列(底部)表明,峰值流量在冬天增加高达100米³/ s,而snowmelt-driven流动不再是观察和夏天流少50%以上。这些趋势相当一致的所有模型。水文的研究结果是一致的结果的其他领域(公元前65年,66年]。仿真结果表明,减少夏季流可能施加额外的压力已经敏感的水生栖息地。

4所示。结论

迈克她模型为Cowichan流域开发目的区域水文模拟。简化和假设是必要的代表不饱和区,饱和区,并在大规模地表水文。以下几点总结研究的主要结论:(我)Cowichan河是上游居多的获得除了在几个孤立的位置。在低海拔,河水变得失去居多;(2)似乎含水层水力特性的主要控制交易所发生的大小,因为大多数交换通过含水层发生水力导率越高;(3)地下水补给在流域空间变量的程度和范围从约253到630毫米/年,平均438毫米/年(年降水量的17%);(iv)充电全年中明显不同。最高充电发生在10月和11月(> 100 mm /月),而充电赤字(P-ET)表示,去年6月,7月和8月,很大程度上反映出降水模式;(v)模拟地下水排放位置配合映射弹簧和湿地地区;(vi)每天蒸散范围从0.5到10毫米,估计每年1126毫米(年降水量的44%);(七)2012年水平衡(超低流条件Cowichan河)显示显著降低大量的充电和降水,土壤水分蒸发蒸腾损失总量增加,相比平均条件;(八)地下水抽水明显影响交往Cowichan河和较低的山谷内的含水层(邓肯)附近。交换条件在这个位置变化获得模型中(不包括水泵)失去(包括泵)。失去段内的河,大负峰值的损失就会减少,没有抽水;(第九)气候变化预计将在以下方面影响Cowichan分水岭:降水和随后的径流增加;土壤水分蒸发蒸腾损失总量增加;尽管所有水平衡仍然相当恒定的其他方面,包括充电,所示仅略有增加;(x)气候变化模拟显示重大变更雪的积累在高山地区,在2080年代随着积雪模拟越来越局限于高海拔地区。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

本研究主要通过研究拨款的戴安娜·艾伦Cowichan山谷地区地区。作者也承认拍Lapcevic提供的反馈和西尔维娅Barosso BC省的森林,土地和自然资源的操作。