池春廣

(遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 ， 遼寧 沈陽　110006)

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地下水資源論證解析

池春廣

(遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 ， 遼寧 沈陽110006)

本文以金新造紙廠水源地為實(shí)例，根據(jù)論證區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件概況，按地下水動(dòng)態(tài)徑流補(bǔ)給條件，綜合計(jì)算論證區(qū)內(nèi)地下水資源量，同時(shí)根據(jù)區(qū)內(nèi)地下水利用現(xiàn)狀和區(qū)內(nèi)未來規(guī)劃，預(yù)測(cè)地下水利用量，進(jìn)行地下水供需平衡預(yù)測(cè)，考慮到地下水的可持續(xù)利用，分析特枯年地下水位降低所動(dòng)用的地下水凈儲(chǔ)量所占總儲(chǔ)量的比例，及河流激發(fā)補(bǔ)給量，最終評(píng)價(jià)水源地可否滿足用水要求。通過論證，論證區(qū)內(nèi)地下水資源量可滿足建設(shè)項(xiàng)目用水需求。

地下水資源； 地下水補(bǔ)給； 供需平衡； 地下水凈儲(chǔ)量； 激發(fā)補(bǔ)給量

改革開放以來，隨著工業(yè)發(fā)展蒸蒸日上，超量開采地下水引發(fā)了新的環(huán)境地質(zhì)問題，為保證論證區(qū)水資源優(yōu)化配置和可持續(xù)利用，需采用科學(xué)的方法對(duì)擬建項(xiàng)目水源區(qū)進(jìn)行地下水資源論證分析，分析調(diào)整建設(shè)項(xiàng)目投產(chǎn)后的合理用水需求。金新造紙廠位于沈陽市新民市，根據(jù)區(qū)域的水資源供需狀況，項(xiàng)目建設(shè)區(qū)擬開采地下水4.9萬m3/d。

1　地下水資源論證范圍

根據(jù)項(xiàng)目的建設(shè)地點(diǎn)和建設(shè)項(xiàng)目的擬取水量，依據(jù)水源地離用水戶由近及遠(yuǎn)的原則，劃定本次地下水源論證區(qū)位于新民市的東部，范圍為北至東高臺(tái)子、西至北施、東至遼河西岸、西南至柳河與遼河干流分界線，地理位置在東經(jīng)122°83＇～122°97＇、北緯41°90＇～42°07＇之間面積為112.5km2(見下頁圖)。

金新造紙廠地下水水源論證區(qū)范圍示意圖

2　論證區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)及水資源開發(fā)利用狀況

社會(huì)經(jīng)濟(jì)概況以2003年為現(xiàn)狀水平年。此次水資源論證區(qū)涉及新民市東城、新城兩個(gè)辦事處的15個(gè)村，區(qū)域常住人口2.11萬。區(qū)內(nèi)種植作物以玉米為主，其次為水稻、大豆等?，F(xiàn)有耕地面積3607.3hm2，其中水田442.4hm2、水澆地66. 7 hm2。畜牧業(yè)主要以生豬、蛋雞為主，生豬年飼養(yǎng)量為2萬頭，雞存欄數(shù)為55萬只，其他牲畜8308頭。通過對(duì)論證區(qū)實(shí)地調(diào)查，區(qū)域內(nèi)共有機(jī)電井460眼、其中水田灌溉井350眼、菜田灌溉井4眼、養(yǎng)殖業(yè)水井4眼、其他用水水井102眼。2003年用水量為758.9萬m3，其中灌溉用水531.0萬m3、養(yǎng)殖用水30萬m3、農(nóng)村生活用水46.2萬m3、牲畜用水51.7萬m3、其他用水100.0萬m3。

3　論證區(qū)地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

遼河低漫灘、高漫灘及階地和泛濫平原是區(qū)內(nèi)的主要地貌形態(tài)。由方家崗至毓寶臺(tái)河段，河床多河曲，河床滾動(dòng)形成遺有沙丘、牛軛湖。區(qū)域位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)華北斷坳下遼河斷陷遼河斷凹大地構(gòu)造單元，進(jìn)入新第三紀(jì)，遼河斷凹整體下沉凹陷，第四紀(jì)時(shí)沉積范圍較新第三紀(jì)有擴(kuò)大，發(fā)育完整，為一套河湖相松散沉積物。區(qū)內(nèi)第四系松散沉積物蘊(yùn)藏著豐富的地下水，為區(qū)內(nèi)的主要含水層。其下伏第三系砂巖、砂礫巖、泥巖及其他基巖含水很少，均視為底部隔水層。按其形成時(shí)代、成因類型、埋藏分布、富水性等特征，具體可分為中下更新統(tǒng)潛水及微承壓水含水層(Q1+2)、上更新統(tǒng)沖洪積潛水及微承壓水含水層(Q3)及全新統(tǒng)沖積潛水含水層(Q4)。

4　論證區(qū)地下水資源量

經(jīng)系列代表性分析，以最后建設(shè)的柴河水庫(kù)竣工的1975—2003年為計(jì)算系列，共計(jì)29年。

4.1論證區(qū)降水和地表水基本情況

論證區(qū)多年平均降水量為648 mm，地表水資源量為704萬m3。各頻率降水量和地表水資源量見表1。遼河論證區(qū)段下游為毓寶臺(tái)水文站，其多年平均河道徑流量為28.2億m3。

表1　論證區(qū)降水及地表水基本情況

4.2論證區(qū)地下水補(bǔ)給量計(jì)算

4.2.1降水入滲補(bǔ)給量計(jì)算

根據(jù)論證區(qū)地表及包氣帶巖性和巨流河等地下水監(jiān)測(cè)井1980—2000年間地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)資料，參照遼寧省水資源評(píng)價(jià)成果，確定論證區(qū)降水入滲補(bǔ)給系數(shù)計(jì)算公式為：

y=-0.0032x2+0.0502x+0.0737

(1)

式中y——降水入滲補(bǔ)給系數(shù)；

x——年降水量，100mm。

根據(jù)論證區(qū)降水量計(jì)算成果，計(jì)算得降水入滲補(bǔ)給系數(shù)(α)在0.21～0.27之間。

根據(jù)論證區(qū)1975—2003年逐年降水量計(jì)算成果，利用下式計(jì)算降水入滲補(bǔ)給量。

(2)

式中pr——降水入滲補(bǔ)給量,萬m3；

p——降水量,mm；

α——降水入滲補(bǔ)給系數(shù)(無因次)，其取值利用式(1)計(jì)算；

F——計(jì)算區(qū)計(jì)算面積,km2，其值為112.5km2。

4.2.2河道滲漏補(bǔ)給量

此次論證采用水文分析法進(jìn)行河道滲漏補(bǔ)給量計(jì)算。計(jì)算公式為

(3)

式中Q河補(bǔ)——選取河段河道滲漏補(bǔ)給量，萬m3；

Q下、Q上、Q間——上、下游水文站實(shí)測(cè)水量及區(qū)間產(chǎn)水量；

Q區(qū)——區(qū)間引提水量(+)或回歸水量(-)；

λ——河道滲漏補(bǔ)給量修正系數(shù)，其取值通過對(duì)區(qū)域的水面蒸發(fā)量和河段的下墊面條件的分析，確定為0.20。

馬虎山—毓寶臺(tái)區(qū)間河段長(zhǎng)62.2km，論證區(qū)河段長(zhǎng)22.8km。1975—2003年歷年河道滲漏補(bǔ)給量計(jì)算成果見表2。

表2　論證區(qū)分項(xiàng)地下水補(bǔ)給量系列成果

4.2.3地下水回歸補(bǔ)給量

井灌回歸補(bǔ)給量包括井灌水輸水渠道滲漏補(bǔ)給量和田間灌溉入滲補(bǔ)給量。由于區(qū)域灌溉田塊面積較小，引水渠道較短，故此次計(jì)算忽略其渠道輸水損失，僅進(jìn)行田間灌溉入滲補(bǔ)給量的計(jì)算。計(jì)算公式為

(4)

式中Q井灌——井灌回歸補(bǔ)給量；

β灌——井灌回歸補(bǔ)給系數(shù)，其取值水田為0.22,旱田為0.13；

Q井田——井灌水進(jìn)入田間的水量，采用用于農(nóng)田灌溉的實(shí)際開采量。

根據(jù)實(shí)際調(diào)查資料，論證區(qū)井灌水田面積為6638畝，灌溉用水量為531萬m3；井灌旱(菜)田面積為66.67hm2畝，用水量為30萬m3；計(jì)算得井灌回歸補(bǔ)給量合計(jì)為120.7萬m3。論證區(qū)尚有養(yǎng)殖用水30萬m3，由于水量較小，其滲漏補(bǔ)給量按水田灌溉入滲方法計(jì)算。養(yǎng)殖用水滲漏補(bǔ)給量為6.6萬m3。論證區(qū)地下水回歸補(bǔ)給量共計(jì)127.3萬m3。

4.2.4地下側(cè)向徑流補(bǔ)給

該量是指周邊區(qū)域地下水通過地下徑流方式對(duì)論證區(qū)的補(bǔ)給量。利用達(dá)西公式計(jì)算：

(5)

式中Q側(cè)——年地下側(cè)向補(bǔ)給量,萬m3；

K——滲透系數(shù)，m/d；

I——地下水力坡度(無因次)；

A——剖面面積，m2；

T——時(shí)間，一般采用365d。

區(qū)內(nèi)地下水的流向總趨勢(shì)為由北西向南東，水力坡度I=0.0003～0.0006，計(jì)算剖面長(zhǎng)度7050m，含水層厚度45～60m ，滲透系數(shù)采用K值為20～30m/d。計(jì)算得多年平均地下水側(cè)向補(bǔ)給量為152.0萬m3。

4.2.5論證區(qū)地下水資源量及可開采量

在地下水總補(bǔ)給量系列的計(jì)算中，確定2003年為評(píng)價(jià)現(xiàn)狀年，地下水回歸補(bǔ)給量采用2003年的現(xiàn)狀值；論證區(qū)的地下水可開采量的計(jì)算采用可開采系數(shù)法，綜合區(qū)域的水文地質(zhì)條件和各項(xiàng)補(bǔ)給源的性質(zhì)，確定論證區(qū)地下水綜合可開采系數(shù)采用0.95，見表3。

表3　論證區(qū)地下水資源量系列成果　單位：萬m3

續(xù)表

5　論證區(qū)地下水供需平衡分析

5.1論證區(qū)需水量預(yù)測(cè)

論證區(qū)水資源開發(fā)利用量現(xiàn)狀年(2003年)地下水總開采量為758.9萬m3，其中農(nóng)業(yè)用水561.0萬m3、農(nóng)村生活用水46.2萬m3、牲畜用水51.7萬m3，其他用水100.0萬m3。

根據(jù)區(qū)域的有關(guān)規(guī)劃資料，農(nóng)業(yè)用水維持現(xiàn)狀不變；其他用水增長(zhǎng)率為3‰，預(yù)測(cè)2015年論證區(qū)農(nóng)村生產(chǎn)、生活年用水量為811.36萬m3，加上建設(shè)項(xiàng)目計(jì)劃年取水量為1666.0萬m3(按340天、 4.9萬m3/d計(jì)算)，論證區(qū)2015規(guī)劃年總?cè)〉叵滤繛?477.36萬m3。

5.2地下水調(diào)節(jié)計(jì)算

根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)勘查資料，地下水源論證區(qū)含水層較厚，平均在35m以上，含水層給水度在0.1～0.2之間，按區(qū)域面積112.5km2計(jì)算，保守估算地下水靜儲(chǔ)量在3.9億m3以上。在充分利用地下水資源可恢復(fù)性的基礎(chǔ)上，在特枯年份動(dòng)用部分凈儲(chǔ)量是完全可行的。

5.2.1調(diào)蓄范圍的確定

根據(jù)此次地下水量計(jì)算成果，建議采用傍遼河建設(shè)地下水源的開采方案。論證區(qū)遼河河段曲線距離為22.8km，直線距離為14km。根據(jù)區(qū)域的有關(guān)水文地質(zhì)資料，設(shè)計(jì)建設(shè)項(xiàng)目采用兩排組井的形式，影響范圍為28km2，即調(diào)蓄范圍為28km2。

5.2.2起調(diào)年的確定

根據(jù)此次現(xiàn)狀補(bǔ)、排條件下的地下水量平衡分析計(jì)算結(jié)果，確定起調(diào)年為1980年。

5.2.3開采井群激發(fā)河水補(bǔ)給量計(jì)算方法

開采井群激發(fā)河水補(bǔ)給量計(jì)算公式為

(6)

式中Q激發(fā)——激發(fā)補(bǔ)給量，萬m3；

K′——河床垂向滲透系數(shù)，m/d，取區(qū)域?qū)嶒?yàn)成果的下限值0.009m/d；

B——補(bǔ)給寬度(即計(jì)算斷面長(zhǎng)度)，取論證區(qū)河段長(zhǎng)度22 800m；

L——河床水面寬度,取區(qū)域河段枯水期平均寬度的一半，為30m；

(H-h)——河水位與地下水位之差值，超采年采用年內(nèi)最大水位降深的1/2，補(bǔ)給年采用最小水位降深的1/2。

5.2.4有關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)的選取

調(diào)蓄過程中，含水層給水度取值為0.15，地下水的可開采系數(shù)取值為0.95。

5.2.5調(diào)算結(jié)果與分析

在計(jì)算系列內(nèi)，地下水位最多連續(xù)下降年數(shù)為3年(2000年、2001年、2002年)，累計(jì)地下水位降深最大為3.25m(2002年)；最大降深的3.25m動(dòng)用地下水凈儲(chǔ)量豐水年(1975年)1年即可得到完全補(bǔ)充。在計(jì)算系列內(nèi)，動(dòng)用的地下水凈儲(chǔ)量累計(jì)最大為1363.3萬m3，僅為論證區(qū)地下水凈儲(chǔ)量3.9億m3的3%；最大河流激發(fā)補(bǔ)給量為364.68萬m3，而毓寶臺(tái)水文站95%保證率條件下的實(shí)測(cè)年徑流量為3.3億m3，最大河流激發(fā)補(bǔ)給量?jī)H占實(shí)測(cè)年徑流量的1.1%。

6　結(jié)　論

通過論證區(qū)地下水資源量的計(jì)算及地下水供需平衡預(yù)測(cè)計(jì)算，論證區(qū)動(dòng)用少量的地下水凈儲(chǔ)量，形成一定的開采漏斗，激發(fā)周邊補(bǔ)給量，可以滿足建設(shè)項(xiàng)目供水保證率為95%條件下日開采地下水4.9萬m3的取水需要及農(nóng)業(yè)、生活用水需要。

[1]何書會(huì)，李永根，馬賀明等.水資源評(píng)價(jià)方法與實(shí)例[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2008.

[2]金光炎.地下水文學(xué)初步與地下水資源評(píng)價(jià)[M].南京：東南大學(xué)出版社，2009.

Augment and parsing on groundwater resources

CHI Chunguang

(LiaoningWaterResourcesandHydropowerSurvey&DesignInstitute,Shenyang110006,China)

In the paper, water source pool of Jinxin Papermaking Mill is adopted as an example. Groundwater resources in the argument zone is calculated comprehensively according to hydrogeology condition overview in the argument zone on the basis of groundwater dynamic runoff supply conditions. Meanwhile, groundwater utilization quantity is predicted according to ground water utilization situation and future plan in the zone. Groundwater supply-demand balance is predicted. Sustainable utilization of groundwater is considered. The proportion of net groundwater reserve in total reserve due to groundwater level reduction in especially dry year, and river included recharge of groundwater are analyzed, thereby evaluating whether water source can meet water consumption demand or not finally. Argument shows that the groundwater resources in the argument zone can meet the water consumption demand in the construction project.

groundwater resources; groundwater recharge; balance between supply and demand; net groundwater reserves; included recharge of groundwater

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.03.005

TV211.1+2

A

2096- 0131(2016)03- 0015- 05