王 琴

(新疆水文水資源局，新疆 烏魯木齊830000)

作為一種水資源開發(fā)利用戰(zhàn)略，當(dāng)前世界上許多國家都在致力于地下水人工補給的應(yīng)用和研究［1］，開展這項工作已有30年以上的歷史，中國地質(zhì)調(diào)查局在部分地區(qū)開展了近20年實施的含水層人工補給工程，地下水與地表水聯(lián)合調(diào)蓄在水資源可持續(xù)利用方面產(chǎn)生了效果［2］。因各種原因，大多數(shù)學(xué)者的研究內(nèi)容僅局限在補給過程中的淤積(塞)試驗、補給效率試驗和巖土層的凈水機理等方面，雖取得了一些認(rèn)識，但實踐中繼續(xù)解決的一些針對理論研究的試驗開展的很少，地下水人工補給試驗進展緩慢［3］。

而完善地下水人工補給的定量計算方法需要大量試驗研究來支撐，本文探索了以滲渠為手段的人工補給形式，為臺蘭河地下水庫人工補給尋找快速高效、經(jīng)濟可行并且能夠長期運行的地下水人工補給方案奠定基礎(chǔ)。

1 實驗背景

臺蘭河流域位于阿克蘇地區(qū)溫宿縣境內(nèi)，由于河流地表水主要為冰雪消融水補給，時空分配極不均勻，春旱嚴(yán)重，夏洪成災(zāi)。由于山區(qū)工程地質(zhì)條件差，無良好的修建山區(qū)控制性地表水庫的地質(zhì)條件。通過收集前人資料，并對流域進行水文地質(zhì)測繪、水文地質(zhì)物探、鉆探、試驗等工作，查明了臺蘭河流域地下水儲水構(gòu)造、含水層特征、地下水的補給、徑流、排泄條件。在沖洪積扇下游一帶提出建設(shè)地下水庫，修建“橫坎兒井”式集水系統(tǒng)，利用地形坡度實現(xiàn)自流引水的新途徑［4］。依托水利部2009年公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目－干旱區(qū)地下水庫建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究，隨著大口井加輻射井試驗的成功，為“橫坎兒井”式集水系統(tǒng)提供了技術(shù)保證。洪水季節(jié)在地下水庫上游人工回補實驗區(qū)進行了滲渠、滲池、“壟溝式”滲水池、系列梯級淺槽式滲水池、河道、滲井等人工補給實驗，以增大地下水人工補給量。本文重點說明滲渠人工回補實驗情況。

2 實驗區(qū)概況

地下水人工補給實驗區(qū)地層巖性以第四紀(jì)卵礫石夾漂石、砂卵礫石、砂礫石為主，據(jù)物探電測資料，該層厚200～250 m。地下水埋深20～30 m，為單一結(jié)構(gòu)的潛水。含水層顆粒粗，透水性好，滲透系數(shù)為28.8 m/d。

臺蘭河河水為地下水庫補給水源，臺蘭河水量比較豐富，多年平均徑流量達到7.498×108m3，但是徑流年內(nèi)分配不均，6月至9月徑流量占年徑流量的80.0%，非灌溉期、洪水期河道余水較多。根據(jù)2010年6月22日渠水水樣分析，泥沙含量達到3.267 2 g/L，泥沙含量中粒徑小于0.005 mm的粘土含量占40%，粒徑0.005～0.05 mm的泥土含量占44%，粒徑大于0.05 mm沙含量只占16%。

3 實驗方法

《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》(GB50288－99)中，渠道采用干砌石防滲允許最大滲漏量0.2～0.4 m3/(m2·d)，渠道采用混凝土預(yù)制鋪砌防滲允許最大滲漏量0.06～0.17 m3/(m2·d)，渠道防滲形式采用前者，其滲漏量為后者的2.6倍。新疆一般缺水季節(jié)主要在春秋兩季，夏季不缺水，如果地下水庫庫區(qū)的渠道施行下部混凝土板防滲、上部干砌石防滲，在夏季洪水期，可以增加地下水的補給量，見圖1。臺蘭河河水懸浮物含量大，將會對干砌石及其下覆地層產(chǎn)生堵塞，采用實驗的方法，實測單位面積損失水量，分析論證采用現(xiàn)有引水渠結(jié)構(gòu)改造增滲法的可行性。

在臺蘭河山前傾斜平原中上部，選擇兩條不同防滲類型的渠道進行渠道損失實驗。實驗區(qū)域位于古木別孜背斜以南，314國道以北，地層巖性為戈壁礫石，據(jù)物探電測資料，地下水埋深10～60 m。

圖1 現(xiàn)有引水渠結(jié)構(gòu)示意圖

第一實驗渠段選擇在東一干渠上段，上斷面位于東風(fēng)二閘沿渠向下游200m處，下斷面位于佳木三大隊渠分水閘上游20 m處。上下斷面之間距離5.10 km。防滲類型為完好的漿砌石防滲，見圖2。

圖2 東一干渠防滲情況照片

第二實驗渠段選擇在東二干渠上段，上斷面位于東風(fēng)二閘沿渠向下游230 m處，下斷面位于蘭桿村渠道分水閘上游40 m處。上下斷面之間距離4.34 km。防滲類型為年久失修的漿砌石防滲，見圖3。

為了減少實驗誤差，選擇流量穩(wěn)定、上下斷面之間沒有引水的時段實驗，實驗過程中，測流斷面位置固定，測驗方法、人員、儀器都保持不變。

實驗時監(jiān)測上下斷面渠道水位，測驗斷面流量，建立各斷面水位流量關(guān)系，通過水位過程線建立流量過程線，選擇合適的計算時段，計算上下斷面間損失水量。為了減少槽蓄影響，提高實驗精度，計算時段的流量及其變化過程，應(yīng)與該時段以前和以后時段的流量及其變化過程比較接近，最好是選擇一個流量十分穩(wěn)定的時段。實驗中在東一干渠、東二干渠分別實測流量16份、18份。

圖3 東二干渠防滲情況照片

4 結(jié)果分析

東一、東二干渠實測斷面水位過程線見圖4、圖5。上、下斷面水位變化趨勢是一致的，選擇流量穩(wěn)定的時段計算上下斷面間損失水量，見表1。

圖4 東一干渠上、下斷面水位－時間圖

圖5 東二干渠上、下斷面水位－時間圖

東一干渠計算時段上斷面平均流量2.712 m3/s，下斷面平均流量2.557 m3/s，斷面間損失流量 0.155 m3/s，平均每公里損失流量0.030 m3/s，單位面積(水面以下襯砌面積)損失水量0.53 m3/m2·d。采用下式計算單位渠長損失率:

式中:φ為單位渠長損失率;Q上為上游斷面流量(m3/s);Q下為下游斷面流量(m3/s);L為上下斷面間渠段長度(km);

東一干渠實驗渠段單位渠長損失率0.011。

東二干渠計算時段上斷面平均流量0.928 m3/s，下斷面平均流量0.769 m3/s，斷面間損失流量 0.158 m3/s，平均每公里損失流量0.036 m3/s，單位渠長損失率0.042，單位面積損失水量0.74 m3/m2·d，見表1。

表1 渠道損失成果表

東一干渠、東二干渠均為漿砌石襯砌防滲，東一干渠是主要干渠，質(zhì)量相對較好，東二干渠建設(shè)時間較早，損壞比較嚴(yán)重，東二干渠單位面積損失水量較東一干渠多40%。實驗時，兩個干渠水道斷面面積接近，損失流量接近，單位面積損失水量也比較接近，但是單位渠長損失率相差3.8倍。單位面積損失水量與渠道襯砌效果、水面以下襯砌面積有關(guān)系，是直接反映襯砌效果的指標(biāo)，與斷面流量沒有直接關(guān)系。單位渠長損失率主要反映斷面流量損失與渠長的關(guān)系，與斷面流量關(guān)系緊密，斷面間損失流量一定時，渠道斷面流量越大，單位渠長損失率越小。

5 結(jié)語

按照實測結(jié)果，年久失修的漿砌石襯砌渠道，單位面積損失水量可達0.53～0.74 m3/m2·d，較混凝土預(yù)制鋪砌防滲單位面積損失水量(《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》(GB50288－99)中，渠道采用混凝土預(yù)制鋪砌防滲允許最大滲漏量 0.06 ～0.17 m3/m2·d)多 0.47 ～0.57 m3/m2·d。假如斷面襯砌長度8m的渠道，采用下部(5m)采用混凝土板襯砌、上部(3 m)采用干砌石襯砌，1 km長的渠道可以增加滲漏量1 410～1 710 m3/d，合 16.9～20.5×104m3/a(洪水期按120 d計算)。由此分析，引水渠道采用下部混凝土板防滲、上部干砌石防滲以增加渠道滲漏量的人工補給地下水方式是可行的。不足之處為在實驗區(qū)域內(nèi)未安裝地下水動態(tài)監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測地下水位的變化，真正補給地下水的量無法量化，建議在今后的工作中能夠加強。

［1］戴長雷.地下水人工補給影響因素探究［J］.廣東水利水電.2003，6:42－50.

［2］韓再生.為可持續(xù)利用而管理含水層補給－第四屆國際地下水人工補給會議綜述［J］.地質(zhì)通報.2003(22)，2:142－143.

［3］張學(xué)真.地下水人工補給研究現(xiàn)狀與前瞻［J］.煤田地質(zhì)與勘探.2006(34)，4:41－44.

［4］鄧銘江，李濤，馬長惠，等.臺蘭河山前地下水開發(fā)新途徑［J］.水資源保護.2011(27)6:41－43.