渭河流域河流径流量时空分布不均,汛期河流径流量剧增,洪水灾害威胁河道及下游城市安全;枯水期河流径流量剧减,河流生态基流缺失严重,河流生态环境恶化。渭河干流在枯水年和特枯年非汛期生态基流缺失严重,河流径流量不能满足河水生态基流的需求。尤其是林家村断面枯水年非汛期河川径流量仅为生态基流量的25%~39%,特枯年河川径流量仅为生态基流量的3%~7%。渭河支流生态基流也存在不同程度的缺失,葫芦河特枯年非汛期河川径流量仅为生态基流量的4%~19%。经统计,渭河流域99%的流域面积都是地下水补给河水,渭河干流在非汛期径流量不能满足生态基流的月份,地下水占河流径流量的72%;渭河支流在非汛期径流量不能满足生态基流的月份,地下水占径流量的47%。由此可见,渭河流域地下水对保障河流生态基流,维持河流生态健康具有重要的作用,要保证健康的渭河就必须加强地下水对河流生态基流的补给。本文以渭河流域水循环规律为基础,以洪水地下调蓄保障河流生态基流为目标,从理论研究、技术探索、工程实践、效益评价等方面,对雨洪地下调蓄保障河流生态基流的基础理论、关键技术及指标体系进行系统研究,主要研究成果如下:(1)研究了渭河干流及主要支流径流量、基流量和生态基流之间的关系,确定地下水是渭河流域河流生态基流的重要保障基础。渭河干流和主要支流部分月份河流径流量无法满足生态基流的需求,因此需要通过调蓄措施保障非汛期河流生态基流。然而,目前常用的跨流域调水和修建地表水库的方法虽然可以有效地调度地表水资源,满足非汛期河流生态基流,但这两种方法存在明显弊病,在保障生态基流的同时带来了许多环境负效应。渭河流域河流径流量中34%~58%来自于地下水的补给,尤其是非汛期河川径流量几乎完全来自于地下水的补给,因此可以通过地下调蓄汛期洪水,发挥地下水对河流生态基流的保障作用维持河流生态健康。(2)系统研究和总结了雨洪地下调蓄保障河流生态基流的基础理论与方法。雨洪地下调蓄保障河流生态基流的基础理论主要包含调蓄的水源条件、地质条件和调蓄模式三方面。将汛期超过两倍生态基流的流量定义为洪水流量,渭河流域洪水资源丰富,为雨洪地下调蓄保障河流生态基流提供充足的水源。调蓄的地质条件主要是考虑调蓄段的区位、水文地质条件、含水层渗透能力及厚度等。在分析了雨洪地下调蓄保障河流生态基流的必要性和可行性的基础上,提出了地下水库调蓄模式、山间河谷调蓄模式、傍河水源地调蓄模式和城市雨污回用调蓄模式四种调蓄模式,并确定各个调蓄模式的构成内容及适用条件。(3)在研究了雨洪地下调蓄保障河流生态基流影响因素的基础上,将去堵塞技术和河流生态修复作为关键技术进行研究。通过室内实验模拟雨洪调蓄的堵塞过程,并运用数值模拟的方法研究去堵塞技术,确定回灌粗砂介质的含沙量阈值为:入渗效率维持50%时(稳定时刻K/K0值为0.5),调蓄水源含沙量为0.213kg/m3;入渗效率为90%时(稳定时刻K/K0值为0.9),调蓄水源含沙量为0.032kg/m3,这种情况几乎不发生堵塞。中砂介质调蓄水源含沙量最大值为0.025kg/m3时,中砂系统几乎不发生堵塞。对于河流生态环境而言,在水量保障的基础上需要人工修复和保持河流生态系统的完整性、物种多样性,以此维持河流生态的可持续发展。因此本文提出了由生态修复技术和调蓄设施景观设计构成的河流生态修复技术。(4)开展了山间河谷调蓄模式和地下水库调蓄模式的工程实践研究。在金陵河左岸开展山间河谷调蓄模式的工程实践,试验期间共调蓄洪水27815.3m3,增加河流生态基流10104.83m3,洪水滞留时间为180天。以金陵河示范工程的调蓄区域为基础,进行了多方案保障效果比较。结果表明分散式布局的沟渠、管道入渗更有利于雨洪调蓄对河流生态基流的保障,而沿边缘布置的入渗管道保障程度最差。因此,在进行雨洪地下调蓄时,入渗设施应尽可能分散、均匀地布局在调蓄场地内。太平河洪水地下调蓄工程是对地下水库调蓄模式的工程实践,本次洪水地下调蓄试验累积抽水量为131754m3,91427m3的水量由含水层排泄补给到河水中,增加了太平河的基流量,这一部分补给河流基流量的水量占总抽水量的69.39%,补给效果明显。(5)构建了雨洪地下调蓄保障河流生态基流的技术指标体系。该技术指标体系由水循环指标、地下水类型、调蓄场地区位指标、包气带指标、含水层指标、调蓄水源含沙量指标和输水流速指标构成。雨洪地下调蓄保障河流生态基流以地下水补给河水为前提,且地下水类型为潜水。调蓄场地要选择在河流上游地区的一级或二级阶地上,调蓄场地距离河流水平距离500m~1000m。调蓄场地包气带厚度一般不小于6m,含水层渗透系数一般不小于10m/d。为避免堵塞问题的发生,按照调蓄水源含沙量标准对洪水进行预处理,或者将输水流速控制在0.7m/s以上。