梁 冰

(遼寧省水文局，沈陽 110003)

水文地質(zhì)參數(shù)確定與地下水資源量計算方法分析

梁 冰

(遼寧省水文局，沈陽 110003)

水文地質(zhì)參數(shù)主要包括含水層的滲透系數(shù)、潛水含水層的給水度、降水入滲補給系數(shù)、灌溉入滲補給系數(shù)等。地下水資源量的計算是通過確定水文地質(zhì)參數(shù)之后，選取地下水資源量的計算方法。文章分析確定了阜蒙縣節(jié)水增糧工程項目區(qū)的水文地質(zhì)參數(shù)，并闡述了地下水資源量的計算方法。

節(jié)水增糧；水文地質(zhì)；地下水；探究

1 基本情況

阜新蒙古族自治縣“節(jié)水増糧”灌溉面積為368.13 km2，占全縣總耕地的11.5%，灌溉總面積增加了6.5%，節(jié)水灌溉面積占耕地總面積增加了11.5%。

工程項目分布在35個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，作物與原種植作物相同，土地利用情況沒有發(fā)生改變。工程項目共分4 a完成，其中新建207.66 km2，改建160.48 km2。

灌溉作物為玉米，灌溉方式為膜下滴灌，采用灌溉項目片區(qū)內(nèi)或附近的地下取水井開采地下水進行灌溉，利用水泵通過干管、支管、輔管、毛管(滴灌帶)輸送到灌溉地塊，給作物供水[1]。

項目取水總量為3 313.2 萬 m3，原取水總量4 212.5 萬 m3，項目實施后總節(jié)水899.3 萬 m3。

2 水文地質(zhì)參數(shù)確定

為了保證阜蒙縣“節(jié)水増糧”資料的準(zhǔn)確度，計算參數(shù)的確定尤為關(guān)鍵，本次分析地下水資源量計算所用資料和參數(shù)來源于以下4個方面：

1)區(qū)域水文地質(zhì)普查報告阜新市幅(1∶20萬)。

2)阜新蒙古族自治縣區(qū)域水文地質(zhì)報告(1∶10萬)。

3)遼寧省阜新蒙古族自治縣農(nóng)田供水水文地質(zhì)勘查報告(1∶5萬)。

4)遼寧省水資源。

水文地質(zhì)參數(shù)確定內(nèi)容包括：潛水含水層水位變幅帶給水度(μ)的分析確定、降水入滲補給系數(shù)(α)的分析確定、灌溉入滲補給系數(shù)(β灌)、潛水蒸發(fā)系數(shù)(C)的確定方法、滲透系數(shù)(K)和水力坡度(I)的分析及取值和影響半徑及單井出水量計算。

2.1 潛水含水層水位變幅帶給水度(μ)的分析確定

本次分析是根據(jù)阜蒙縣具體情況，參考阜新蒙古族自治縣區(qū)域水文地質(zhì)報告(1∶10萬)，最終確定各種巖性給水度(μ)的取值范是0.0823～0.30。

2.2 降水入滲補給系數(shù)(α)的分析確定

降水入滲補給系數(shù)(α)是指降水入滲補給量(pr)與相應(yīng)降水量(p)的比值，即：α=pr/p，降水入滲系數(shù)取決于地貌單元，非飽和帶巖性、結(jié)構(gòu)、厚度、地面坡度、植被、降水特征、雨前潛水位埋深及蒸散發(fā)等[2-4]。

由于本地區(qū)地下水位受側(cè)向徑流影響，地形坡度大，絕大部分地區(qū)是根據(jù)地下水的埋藏深度，結(jié)合不同表層巖性和降雨情況，參照阜新蒙古族自治縣區(qū)域水文地質(zhì)報告(1∶10萬)資料分析取值。經(jīng)過分析確定各論證單元降水入滲補給系數(shù)在0.2～0.26。

2.3 灌溉入滲補給系數(shù)(β灌)

灌溉入滲補給系數(shù)(β灌)是指田間灌溉入滲補給量與進入田間的灌水量的比值[5]。

考慮各井灌區(qū)巖性及灌溉定額確定補給系數(shù)采用值為0.20，見表1。

表1 灌溉系數(shù)取值表

2.4 潛水蒸發(fā)系數(shù)(C)的確定方法

參照其它水文地質(zhì)條件及地下水埋深相類似地區(qū)的試驗成果，進行了一定程度的修正，確定的潛水蒸發(fā)系數(shù)見表2。

表2 潛水蒸發(fā)系數(shù)取值表

2.5 滲透系數(shù)(K)和水力坡度(I)的分析及取值

滲透系數(shù)(K)是指地下水力坡度(I)等于1時，地下水的滲流速度，m/d。滲透系數(shù)(K)的取值主要依據(jù)為收集到水文地質(zhì)試驗資料及抽水試驗數(shù)據(jù)[6-7]。

水力坡度(I)的取值，根據(jù)實測地下水位統(tǒng)測結(jié)果得出。

2.6 影響半徑及單井出水量計算

項目片區(qū)影響半徑計算公式采用庫薩金公式：

(1)

式中：R為影響半徑，m；S為降深，m；H0為含水層厚度，m；K為滲透系數(shù)。

項目片區(qū)單井出水量計算公式采用裘布依公式：

(2)

式中：Q為單井出水量，m3/d；H0為潛水含水層厚度，m；K為滲透系數(shù)m/d；Sw水位降深，m；R為影響半徑，m；rw為井半徑，m；m為井底至含水層底板深度，m。

根據(jù)《阜蒙縣農(nóng)田供水水文地質(zhì)勘察報告》及其他相關(guān)地質(zhì)資料，確定片區(qū)所在位置滲透系數(shù)和含水層厚度，按照下式計算單井控制面積：

(3)

式中：A為單井控制面積，hm2；Qs為單井可供流量，m3/h；Ia為設(shè)計供水強度，mm/d；Ea為設(shè)計耗水強度，mm/d；無淋洗要求，取Ia=Ea=3.5 mm/d；td為水泵日供水小時數(shù)，td取20h/d。

3 地下水資源計算方法

3.1 地下水補給計算方法

地下水補給計算方法內(nèi)容包括：降水入滲補給量、側(cè)向補給量、山前側(cè)向補給量、河道滲漏補給量和灌溉入滲補給量。

3.1.1 降水入滲補給量

采用下式計算：

Pr=10-1×P×α×F

(4)

式中：Pr為降水入滲補給量，萬m3；P為降水量，mm；α為降水入滲補給系數(shù)(無因次)；F為論證范圍計算面積，km2。

3.1.2 側(cè)向補給量

側(cè)向補給量利用達西公式計算：

Q側(cè)=K×I×A×T×10-4

(5)

式中：K為滲透系數(shù)，m/d；I為地下水力坡度(無因次)；A為剖面面積，m2；T為時間，一般采用365 d。

水力坡度值通過地下水水位統(tǒng)測獲取。用統(tǒng)測到的地下水水力梯度值代替相應(yīng)各評價期地下水水力梯度[8]。

3.1.3 山前側(cè)向補給量

統(tǒng)計論證區(qū)邊界匯水面積，將匯水區(qū)的降水入滲量作為山前側(cè)向補給量。

匯水區(qū)降水入滲補給量一般采用下式計算：

Q山前=10-1×P×F

(6)

式中：Q山前為山前側(cè)向補給量，萬m3；P為降水量，mm；α為匯水區(qū)降水入滲補給系數(shù)(無因次)；F為匯水區(qū)計算面積，km2。

3.1.4 河道滲漏補給量

河道的輸水損失量主要與上游來水量、河道長度、河床及兩岸的浸潤補給條件等因素有關(guān)，計算中，要求對河道的水文特性和河道岸邊地下水水位變化情況進行分析，確定年內(nèi)河水補給岸邊地下水的河段和時段，逐河段進行年內(nèi)各時段的河道滲漏補給量計算[9-10]。

3.1.5 灌溉入滲補給量

渠灌田間入滲補給量是指地表渠灌水進入田間后，入滲補給地下水的水量。該項量利用下式計算：

Q渠灌=β灌×Q渠田

(7)

式中：Q渠灌為渠灌田間入滲補給量；β灌為渠灌田間入滲補給系數(shù)。

3.2 地下水排泄計算方法

地下水排泄計算方法內(nèi)容包括4項：潛水蒸發(fā)量、河道排泄量、側(cè)向流出量和淺層地下水實際開采量。

3.2.1 潛水蒸發(fā)量

潛水蒸發(fā)量計算方法采用潛水蒸發(fā)系數(shù)法，計算公式：

E=E0×C×F×10-1

(8)

式中：E為潛水蒸發(fā)量，萬m3；E0為水面蒸發(fā)量，mm；C為潛水蒸發(fā)系數(shù)，無因次；F為計算面積，km2。

根據(jù)各論證單元的地層巖性，建立不同埋深與潛水蒸發(fā)系數(shù)的關(guān)系，然后通過各論證單元的月平均埋深，求出月潛水蒸發(fā)量，再累加求出年潛水蒸發(fā)量。

3.2.2 河道排泄量

根據(jù)流域代表水文站多年平均徑流量，由水文分割法計算出基流模數(shù)，進而計算河道排泄量。

3.2.3 側(cè)向流出量

側(cè)向流出量(Q側(cè)排)是指發(fā)生在山間河谷平原區(qū)，以地下潛流形式流出評價計算區(qū)的水量。采用剖面法計算，即沿均衡計算區(qū)的地下水下游邊界切割計算剖面，該量的計算公式為：

Q側(cè)排=K×I×A×T×10-4

(9)

式中：Q側(cè)排為年側(cè)向流出量，萬m3；T為時間，一般采用365 d。

計算用K、A等參數(shù)根據(jù)抽水試驗和水文地質(zhì)資料綜合分析確定，I采用2012年地下水統(tǒng)測資料確定。

3.2.4 淺層地下水實際開采量

各論證單元淺層地下水實際開采量采用調(diào)查統(tǒng)計得出。

3.3 地下水儲存量計算

指存儲于潛水含水層內(nèi)的水的體積，即淺層地下水容積儲量。

地下水儲存量的計算主要用于分析評價年地下水可動用儲量。

采用計算公式為：

W儲量=μV

(10)

式中：W儲量為潛水含水層地下水容積儲量，m3；V為潛水含水層體積，m3；μ為給水度。

4 結(jié) 語

本文通過對阜蒙縣節(jié)水增糧工程項目區(qū)的水文地質(zhì)參數(shù)的確定和地下水資源量的計算公式方法的探討，為節(jié)水增糧工程水資源論證做好了前期工作，也為工程的順利實施打下了堅實基礎(chǔ)。

[1]侯龍君，祝田多娃，李法軍.水文地質(zhì)參數(shù)計算方法探討[J].地下水，2010，32(06)：12.

[2]于鳳蘭.山區(qū)地下水資源計算方法及評價[J].河北省科學(xué)院學(xué)報，1993(04)：20-22.

[3]王舒凌，許海東，叢梅梅.基于無資料地區(qū)地下水資源量計算方法的研究[J].黑龍江水利科技，2014,42(04)：11-13.

[4]劉予偉，金棟梁.平原地區(qū)西夏水資源評價方法綜述[J].水利水電快報，2004(12)：5-8.

[5]韓曄，張濤，鄭玉萍.基于氟離子含量分區(qū)的地下水資源量計算探討[J].地下水，2010,32(04)：8-9.

[6]劉英學(xué).山丘地區(qū)地下水資源量分析計算[J].黑龍江水利科技，2014,42(01)：156-157.

[7]鄒石蓮.淺談廣東省平原區(qū)地下水資源量的計算[J].廣東水利水電，2005(01)：42-44.

[8]沈鑫.蚌埠閘水文地質(zhì)參數(shù)的反演計算[J].安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2005,5(01)：8-10.

[9]來光，侯法文，趙健倉，游魏亭.永城電廠水源地裂隙巖溶水水文地質(zhì)參數(shù)的計算與選擇[J].河南水利，2005(12)：27-28.

[10]王志紅，任光明，趙海營，劉艷領(lǐng).某水電站河床壩基覆蓋層滲透穩(wěn)定性研究[J].長江科學(xué)院院報，2011,28(06)：45-49.

1007-7596(2014)12-0120-03

2014-04-22

梁冰(1979-)，男，遼寧沈陽人，工程師，研究方向為水文水資源等。

P641.8

B