当前世界环境

介绍

水的主要来源取决于降水的性质;对这些水源来说，主要是储存作用是必不可少的，而基于地理成分作用的补水作用是非常重要的。在地下水位下，完全饱和的土壤和地质构造含有地下水。因此，安全的地下水抽取和良好的地下水管理对资源的长期生存能力至关重要¹．建议的管理战略之一是人工补充地下水²．天然地下水补给缓慢，受该地区土壤和地质的影响。如果地下水的利用速度快于其自然补充的速度，那么它的水位就会下降²．从长远来看，这会耗尽地下水资源，使地下水储量的自然补充更加困难。

人工补给地下水正变得越来越重要。人工补给是一种将地表多余的水从地表转移到地下含水层的技术，在地下，这些水可以通过人工系统储存起来以备将来使用。溪流、湖泊、池塘的渗水，水渠和农田的灌溉回灌，含水层互流和城市回灌都是含水层补给的来源。另一方面，自然补给来自自然资源。人工补给是利用水来补充含水层的水供应。通过含水层试验，通过现有钻孔或露天井的水位来计算储水量。自然补给来自于降落在地球表面并进入地下的降水，而人工补给来自于人类有意或无意地补充含水层的行为。人工补给系统已被证明在含水层保存和补充方面是有效的。雨水涵养是指直接收集雨水，按需利用，并补充地下水。人工补给包括收集和保存各种渗漏到地面或径流流网络的降水^3.．为此，采用铺展方式进行人工补给，提高地下水位，逐步降低含盐量。寻找合适的补水地点需要仔细考虑采用遥感和地理信息系统(GIS)技术。利用遥感和地理信息系统可以找到人工补给结构的可能位置，因此，其中一部分甚至尝试通过开发拦河坝、沟壑遮挡和使用插图卫星数据的渗透池。在确定人工补给设施的地点时，应着重考虑雨滴、土壤类型、排水系统、斜坡和土地用途/土地覆盖等因素。这些模型是用ArcGIS软件创建的，以评估哪些地点最适合补给。

材料与方法

研究区域

班达利流域大致是卡纳塔克邦查玛拉贾纳加尔区哈努尔塔鲁克的西南部分。班达利流域的地理研究区总面积为400平方公里;它位于印度地形调查表编号57H/4和57H/8下，比例尺为1:5万。研究区域部分位于半森林(保护区)，部分位于maidan地区，位于卡纳塔克邦西南部^°09^？北纬56.3度，77度^°21^？东经06.5 "。该地区属于卡纳塔克邦南部太古代-元古代片麻岩，属半干旱，片麻岩占总面积。研究区域属于查玛拉贾那加尔地区的五个谈话之一。它是30个中的一个^th卡纳塔克邦主要依赖农业的地区。它显示出低矮、狭窄的冲积平原构造。(图1)

由于各种因素，如过度提取，渗透率低，缺乏补给方法等，它是存在严重缺水的地区之一。此外，它被认为是该州开发最严重的地区之一。在研究区域内有超过54个社区。该地区是热带地区;年平均降雨量为800毫米，蒸发量在50%至80%之间变化。本研究采用了以下策略。

图1:研究区域的位置图． 点击此处查看图

数据收集

该地区的数据处理产生了各种专题地图。后来，地图被用来评估该地区的水补给和可用水量。Arc-GIS的分析工具是用于生产的多个专题地图陆/ Lc,地貌包括排水构筑物考虑描述人工充电结构。本次调查采用了土壤、降雨、径流和数字评价模型。(DEM)、土壤类型图与降雨数据进行转换，利用遥感数据(陆地卫星图像8操作陆地成像仪)进行径流评估和水补给。它使用从美国地质调查局(USGS)数据库获取的卫星资源，并以30米分辨率的(通用横向墨卡托)UTM 43区WGS 84进行地理参考。利用DEM创建排水层图、坡度图和地形图。研究区域的轮廓和水文土壤图是利用印度地质调查局开发的覆盖范围绘制的。查玛拉贾那加尔地区地下水部门提供了2008-2021年的月度和年度水位和降雨量数据，这些数据由研究地区的四个气象站确定。

土地利用和土地覆盖

土地覆被研究和土地利用特征是确定补给结构良好地点的标准²．土地利用/覆被变化和降雨对流域水文响应的影响及其对Lu/Lc变化对流域径流的影响一直是水文学者关注的问题。这对于径流评估是必不可少的，因为随着初始抽取量的减少，径流率会增加⁴．因此，检测由于地理变化而引起的流域径流特征的变化至关重要。土地信息与径流有关，径流是由于补给增加而在特定时期由降水形成的，而植被区则覆盖着低径流区²．采用监督分布法对土地覆盖/利用专题图进行评价。将水体、林区和人口特征划分为五种主要的土地资源类型。

这些Lu/Lc区域旨在识别和绘制各种Lu/Lc分类⁴．主要的Lu/Lc要素是建设用地、耕地、休耕地、人工林、森林和灌丛林;共有43%的面积属于农业休养林，其中灌丛地分别占总面积的32%和25%(图2)。这些场地虽然有良好的地下水补给结构，但往往是有限的。因此，它们不能用于任何地下水开采活动⁸．

图2:区域的Lu/Lc。 点击此处查看图

地貌学

地貌地貌在硬岩地形中起着至关重要的作用，因为它们是由地形起伏、坡度、风化程度、风化的不同物质和地下水状况的整体组合而产生的⁵．由于地貌学在地下水循环与储存研究中的重要性，地貌学被赋予了最高的权重⁶．山顶风化、线状地貌/堤防、构造山、残丘和山形墙/谷底是该地区的一些地貌。由于岩石未破裂，渗透最小，主要以径流为导向，这些单元被认为是潜在的不良区域。它分为浅隐蔽性山形、中度隐蔽性山形、深隐蔽性山形和分类、中度隐蔽性山形。(图3)

图3:该地区的地貌。 点击此处查看图

图4:区域岩性。 点击此处查看图

排水系统及土壤

该河流具有树枝状到亚树枝状的排水模式。该地区有许多小型灌溉和渗水池，它们建在河流和小溪上。(图五)

粘土、粘壤土、砾壤土、砂土、红壤等类型的土壤覆盖了大部分地区。这些土壤非常适合种植各种蔬菜、作物和种子。土壤的渗透性是影响土壤水分通过土层孔隙进行补给和储存的重要特性⁷．土壤中沙子和粘土的含量决定了土壤的质地等级⁹．因为它们能够容纳更多的水，非常细和中等粒度的土壤更适合人工补给¹⁰．最适合人工补给的土壤是高截留和高入渗土壤¹¹．粘土具有非常高的径流深度，允许低入渗，而沙土具有较小的径流深度，允许更多的入渗。(图7)

图5:该地区的排水情况 点击这里查看图

图6:该地区的水文土壤。 点击此处查看图

表1:水文土壤类别和可比土壤质地。²⁸

土类	径流的解释	土壤质地
？	由于入渗速率大，径流潜力小	砂，壤土砂，以及砂壤土
？	小入渗率导致中等径流潜力	粉质壤土和壤土
？	高/中等径流潜力，因为渗透速率滞后	砂质粘土壤土
？	浅层入渗径流潜力大	粘土壤土，粉质粘土壤土，砂质粘土，粉质粘土和粘土

流顺序

利用从空间分析工具中提取的水文特征创建了流序图¹³．地表水的基本来源是流域²⁸，这是为了人类的生存和地理特征¹⁴．河流的布局是由其各主要排水特征之间的联系决定的，河流的分类是指地表径流的运动，并根据流域的大小允许该地区的补给过程，其重要作用是重要的。阶数分析对雨水涵蓄流图的绘制具有重要意义，因为阶数越高，透水性和入渗率越低¹²．研究区有6个流阶，最大的是第一、二、三流阶，最小的是第六流阶。(图7)

图7:区域的流顺序。 点击此处查看图

坡

坡度工具通过计算地形、区域的较低坡度和形态的较陡部分来确定细胞内最陡的下降。流域的大小和形态特征是平直还是起伏的作用决定了补给过程的位置，是确定人工补给的最佳位置以获得河道巨大的数据存储能力的关键标准¹⁵．筑坝所需补给因子的物料数量和过程均受边坡参数的影响¹⁶．在确定洪水扩散区域时，坡度是最重要的考虑因素之一。在陡峭的斜坡上，径流的侵蚀性更强，因为水流的速度与地面的坡度和深度成正比。其目的是将水以薄膜的形式扩散到广阔的区域，在不扰乱土壤的情况下平缓地向下流动¹⁷．根据坡类图(图8)，缓坡是人工回灌的理想选择，因为人工回灌结构的截留水量会大于陡坡处结构的入渗水量。

图8:区域的斜率 点击此处查看图

表2:可持续发展综合任务坡度分布

Sl.No	斜坡类	斜率%
？	密切程度	0 - 1
？	非常平缓地倾斜	1 - 3
？	轻轻倾斜的	3 - 5
？	适度倾斜的	5 - 10
？	稳步倾斜的	10 - 15
？	非常陡峭的斜坡	> 35

容貌

线条是指包括构造弱、裂缝、构造缺陷、节理、排水线、岩层边界等在内的线性图像大尺度构造控制要素。它为地下水运动提供了通道，在水文学上对供应地下水流动通道至关重要¹⁹．它对岩性的影响通过水向下游渗透，表明潜在的人工补给点。岩层的作用是必要的，因为它们结合了次生孔隙度、渗透率和粒间性质，影响地下水循环。地下水补给区被定义为两个或两个以上的界线相交的区域。在坚硬的岩石地形中，地貌是地下水运动的优越管道，主要地貌的组合在地形上被压制以产生地下水补给¹⁰．它是不同方向的大部分区域。(图9)，通过降水能够渗透，并可传播数公里，发现了潜在的人工补给点。

图9:区域的轮廓。 点击此处查看图

降雨

研究区域大约45%的降雨量来自西南季风季节;此外，研究区内主要有四个雨量站。研究区平均降雨量为800mm，中部地区平均降雨量为450mm。它在该地区的西北部最低，在其东南部上升。

季风前后的水位在3.4米至14.5米之间波动(表3)。季风前和季风后的平均水位分别为8.2米至17.8米。研究区中部及南部水位波动最大。

表3:Bandalli流域的月度和年度水位统计。

一年	1月	2月	3月	4月	五月	小君	7月	8月	9月	10月	11月	12月	年度
2008	13.20	12.80	12．50	12．40	14.80	13.80	14.0	14.30	13.60	13.80	13.0	12．40	160.60
2009	14.4	14.20	14.20	14.50	15.20	15.30	15.30	15.70	15.50	14.50	14.40	14.40	177.60
2010	15.00	15.15	15.60	14.20	14.38	16.00	16.34	17.35	17.22	17.82	17.10	17.62	193.78
2011	18.56	18.20	18.35	15.71	15.85	15.93	15.73	15.65	15.82	15.15	14.55	15.62	195.12
2012	15.65	15.65	15.65	15.25	15.75	16.80	17.10	16.20	16.48	16.50	16.20	16.50	193.98
2013	16.00	16.55	16.20	16.70	16.90	16.80	17.50	17.68	15.48	14.12	15.98	17.35	197.26
2014	15.38	16.68	16.60	17.44	17.60	16.00	16.50	17.05	15.80	14.95	15.50	16.80	196.30
2015	17.00	17.30	17.45	17.45	17.44	16.25	16.20	16.25	16.36	16.45	16.30	14.70	199.15
2016	15.00	15.90	16.15	17.00	14.70	13.50	12.80	12.85	12.75	12.70	12.95	13.10	169.40
2017	14.10	14.90	14.85	14.95	15.40	14.08	14.11	14.28	11.60	9.15	9.12	10.09	157.44
2018	10.25	10.03	10.31	9.60	10.31	8.29	9.91	10.22	10.56	8.73	9.05	9.37	116.63
2019	9.70	10.36	10.69	11.31	11.25	10.63	10.96	11.45	11.67	10.44	9.90	9.92	128.28
2020	10.18	10.90	11.40	11.10	12.13	11.23	11.00	10.56	9.62	9.45	9.73	9.90	127.20
2021	10.11	10.68	11.35	13.18	12.38	13.23	13.31	13.63	13.69	13.44	11.48	9.71	146.19

人工补给地点选择

人工补给利用人工技术来补充地表水地层中地下水的自然循环¹¹．建造各种人工补给结构，如从曝气区到饱和区设施的渗透通道、检查水坝和一直到地下的捕食坑是实现这一目标的两种方法¹⁷．硬岩区下伏岩性单元的孔隙度和渗透率不足。从这些地区的含水层中抽取的水量不足以补充地下水。在流域开发过程中，采取人工回灌措施。利用综合地理信息系统和遥感来规划适当的地点作为人工补给结构可以是一个有效的工具。(图10)然而，在卡纳塔克邦，这项复杂的技术尚未被广泛用于这一目的。在本研究中，综合遥感和GIS研究成功地推荐了Bandalli流域未来人工补给结构的可行地点。地点的选择完全基于水文地质方面的考虑。(Fig.11)

图10:数字高程模型。 点击此处查看图

图11人工补给区位置图。 点击此处查看图

人工补给场地的选择

在选择人工补给的最佳地点时，研究正在使用最好的现代遥感技术，地理信息系统的应用是有用的²．这种调查的第一步是查明使充电成为可能的组件。该人工补给系统考察了研究区各种水文地貌特征和气象参数、地质、土壤和边坡。根据这一发现，设计了一套指导方针，通过考虑人工充电来确定每个理想的地点，并确定确切的位置。

结果与讨论

人工补给结构的选择是保证区域土壤最大补给的关键。该区域的角色特征和各种参数的编制导出了软件。选址地图、排水和岩性取决于地形。地下水潜力开发地点的确定和补给结构的选择，研究区由于具有众多的特征而成为地下水潜在补给地⁵．所有元素都建议人工地下水补给，并根据其蓄水能力来辅助加权。地貌学的作用对于土地利用/土地覆盖专题地图的识别具有重要意义，因为它在地下水补给方面具有重要作用⁶．坡度图是使用来自SOI地形图和等高线间隔的等高线创建的。根据IMSD (Integrated Mission for Sustainable Development，可持续发展综合任务)的分类，该边坡被分为6组(表2)。由于地形基本平坦，入渗速率较高，坡度为0 ~ 1%的地区属于“非常好”的范畴²³．坡度为1 - 3%的地区由于地下水通过径流中的起伏地形补给而进入“良好”状态。坡度为3 ~ 5%，径流量大，入渗少²²．超过35%的路段被建议在斜坡以上“较差”²⁴．大部分研究区域被几乎平坦的斜坡所包围，有平缓的和中等的斜坡。利用该边坡分类分析了研究区地下水补给的定位和选址。岩性对降水径流和入渗有重要影响，因此在选择适宜人工补给的区域时，岩性是一个重要的考虑因素⁴．由于地势较低，它为地下水的渗透和补给提供了极好的机会。研究区下部为太古代结晶岩体;突出的岩石暴露物包括绿帘/角闪片麻岩、混辉岩、花岗闪长岩、粉红麻粒岩和夏诺克岩，占全区的60%以上。(图4)

最初的研究阶段是各种含水层系统从地表向地下渗透和补给水的过程。水文土壤分为高、低、中高、中低四类。研究区以一般水文土壤类群为主，相对较低和较高(图6)。排水模式揭示了地面的孔隙度和渗透性。在研究区发现了树突状排水模式(图5)。新结构的选址在自然界中起着至关重要的作用，为土壤学提供了支持。各区域的地质、地貌、Lu/Lc、排水因子和地形形态是地下水补给最关键的工具，且大部分区域为平坦地表⁸．建议采用渗水通道、拦坝、堤岸及天然井结构蓄水，直接或间接补给地下水。本研究验证了利用遥感和地理信息系统标定特定人工地下水补给结构的前景。结果确定该区域适合人工充电结构。(Fig.11)

结论

降雨量少、径流过多和蒸发是造成班达利流域缺水的一些因素。形态测量过程的各种要素是研究区域北部地区的选址结果。工程的结果是，20%的场地表明该地区是合适的，其余15%的场地是适合回灌的优秀场地，适合回灌结构，但适用性较低。在地形、土壤学、地质学和形态测量学方面的必要信息的选择是重要的。利用2000 - 2020年的平均降雨量，利用土壤保持模型对径流深度进行了评价。在选择适合使用人工补给的地点时，地质和土地利用/土地覆盖、地貌、水文土壤和数字高程模型的结合已被证明是非常有效的。目前的研究表明，补给点低阶流可能存在于缓坡上，并向大面积地区进行人工补给。地下水的前景是一项系统努力的结果，它考虑了决定水量的主要控制方面和关于地下水标准的人工补给点。此外，本研究还计算了地下水调查规划和执行所需的地图。

鸣谢

作者要感谢主席对地球科学研究系的支持和提供实验室设施。迈索尔大学，迈苏尔570006。

利益冲突

作者没有任何利益冲突。

资金来源

本研究工作没有资金或财政支持

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