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        遼寧省某節(jié)水增糧論證區(qū)域水資源量計算及取水水源合理性探析

        2017-06-19 15:08:10楊國良
        地下水 2017年3期
        關(guān)鍵詞:排泄量補給量水資源量

        楊國良

        (遼寧省沈陽市蘇家屯區(qū)水資源管理辦公室,遼寧 沈陽 110101)

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        遼寧省某節(jié)水增糧論證區(qū)域水資源量計算及取水水源合理性探析

        楊國良

        (遼寧省沈陽市蘇家屯區(qū)水資源管理辦公室,遼寧 沈陽 110101)

        節(jié)水增糧論證區(qū)位于遼寧省凌海市溫滴樓鄉(xiāng)南部,在區(qū)域內(nèi)地下水資源量分析計算的基礎(chǔ)上,對該節(jié)水增糧區(qū)區(qū)域地下水資源量進行分析,進一步論證取水方案的合理性和可行性及取水水源的可靠性。分析可知,在項目實施后新增取水量為24.3萬 m3,總?cè)∷吭黾?6.95萬 m3,當(dāng)?shù)氐叵滤粵]有持續(xù)下降,地下水處于平衡狀態(tài),可保證供水水源可靠。

        地下水;合理性;可靠性

        節(jié)水增糧論證區(qū)域位于凌海市溫滴樓鄉(xiāng)南部至錦州市太和區(qū)交界,大茂河流域下游的一級階地部位。現(xiàn)有灌溉面積48.2畝,主要作物為蔬菜,灌溉方式為地面漫灌,用水量為1.181萬 m3。論證區(qū)內(nèi)擬建節(jié)水灌溉片區(qū)1處,灌溉面積3 000畝,為新增灌溉片區(qū)。論證區(qū)域位于大茂河流域的一級階地部位。含水層主要為第四紀松散巖類沖洪積物,巖性主要為中粗砂及砂礫石,厚度5~10 m,埋深一般3~5 m,含水層類型為孔隙潛水,擬布井處單井涌水量40~50 m3/h,地下水位一般為二月末地下水位開始上升,至八月中旬達到最高。本區(qū)地下水的徑流條件好,水力坡度為10‰,地下水的排泄主要為地下徑流排泄、向河流排泄及人工開采排泄。

        1 區(qū)域地下水資源量分析

        1.1 補給量計算

        1 )降水入滲補給量

        降水入滲補給量采用下式計算

        Pr=10-1·P·α·F

        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);F為均衡計算區(qū)計算面積(km2)。

        降水量采用1980—2011年實測降水系列值;大氣降水入滲系數(shù)α,根據(jù)補給區(qū)地形、地貌、巖性、植被及前人的經(jīng)驗,綜合考慮,取α=0.17;大氣降水入滲面積依據(jù)地下水的補給范圍,確定F=14.18 km2;依據(jù)以上資料計算得出1980—2011年論證區(qū)降水入滲補給量系列值。

        降水入滲補給量多年平均值計算結(jié)果為

        Pr多年平均=129.38×104m3/a

        2)山前側(cè)向補給量

        山前側(cè)向補給量采用下式計算:

        Q山前=Pr匯水區(qū)=10-1·P·α·F匯水區(qū)

        式中:Q山前為山前側(cè)向補給量(萬m3);Pr匯水區(qū)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匯水區(qū)為匯水區(qū)面積(km2)。

        降水量采用1980~2011年實測降水系列值;大氣降水入滲系數(shù)α,根據(jù)補給區(qū)地形、地貌、巖性、植被及前人的經(jīng)驗,綜合考慮,取α=0.055;大氣降水入滲面積依據(jù)地下水的補給范圍,確定F匯水區(qū)=32.47 km2;依據(jù)以上資料計算得出1980—2011年論證區(qū)山前側(cè)向補給量系列值。

        山前側(cè)向補給量多年平均值計算結(jié)果為

        Q山前=95.85×104m3/a

        3)側(cè)向流入量

        側(cè)向流入量采用下式計算:

        Q側(cè)入=10-4·K·I·A·t

        式中:Q側(cè)入為年側(cè)向流入量(萬m3);K為剖面位置的滲透系數(shù)(m/d),;I為垂直于剖面的水力坡度(無因次);A為剖面面積(m2);t為計算時間(d)。

        以田家屯地下水監(jiān)測站為代表站,選取1980~2011年實測地下水位變化過程,得出論證區(qū)側(cè)向流入量1980~2011年系列值。參數(shù)選取和計算成果見表1。

        表1 側(cè)向流入量多年平均值計算成果表

        1.2 排泄量計算

        1)側(cè)向流出量

        側(cè)向流出量采用下式計算:

        Q側(cè)出=10-4·K·I·A·t

        式中:Q側(cè)出為年側(cè)向流出量(萬m3);K為剖面位置的滲透系數(shù)(m/d),;I為垂直于剖面的水力坡度(無因次);A為剖面面積(m2);t為計算時間(d)。

        本次論證以田家屯地下水監(jiān)測站為代表站,選取1980—2011年實測地下水位變化過程,得出論證區(qū)側(cè)向流出量1980—2011年系列值。參數(shù)選取和計算成果見表2。

        表2 側(cè)向流出量多年平均值計算成果表

        2)河道排泄量

        單側(cè)河道排泄量采用達西公式計算:

        Q河排=10-4·K·I·A·L·t

        式中:Q河排為單側(cè)河道排泄量(萬m3);K為剖面位置的滲透系數(shù)(m/d);I為垂直于剖面的水力坡度(無因次);A為單位長度河道垂直于地下水流向的剖面面積(m2/m);L為河道或河段長度(m);t為河道或河段過水(或滲漏)時間(d)。

        河道排泄量多年平均值計算結(jié)果為

        Q河排=119.28×104m3/a

        3)潛水蒸發(fā)量

        潛水蒸發(fā)量計算公式如下:

        E=10-1·E0·C·F

        式中:E為潛水蒸發(fā)量(萬m3);E0為水面蒸發(fā)量(mm,采用E601型蒸發(fā)器的觀測值或換算成E601型蒸發(fā)器的蒸發(fā)量);C為潛水蒸發(fā)系數(shù)(無因次);F為計算面積(km2)。

        本次論證以烏金塘水庫蒸發(fā)站為代表站,折算系數(shù)為0.59,得出論證區(qū)潛水蒸發(fā)量1980—2011年系列值。參數(shù)選取和計算成果見表3。

        表3 潛水蒸發(fā)量多年平均值計算成果表

        4)實際開采量

        論證區(qū)域淺層地下水實際開采量(調(diào)查統(tǒng)計成果)做為均衡計算區(qū)的淺層地下水實際開采量。2011年論證單元(五)實際開采量為:

        Q采=15.71×104m3/a

        1.3 水均衡計算

        論證區(qū)域補給量包括:降水入滲補給量、山前側(cè)向補給量。排泄量包括:側(cè)向流出量、河道排泄量、潛水蒸發(fā)量、實際開采量。地下水補排量要進行水均衡分析,以提高計算成果的可靠性。

        式中:Q補為論證區(qū)總補給量;Q排為論證區(qū)總排泄量;μ為為地下水水位變幅帶給水度;Δh為論證區(qū)水位變幅;Δt為計算時段長度

        論證區(qū)域水位變幅帶給水度取0.111 5,水位變幅依據(jù)田家屯地下水站推求,通過計算結(jié)果可知,論證區(qū)域1980~2011年累計均衡差為218.22萬 m3,水位變幅為1.33 m,相應(yīng)調(diào)節(jié)水量為210.28萬 m3,相對誤差為3.77%,計算結(jié)果是可靠的。

        根據(jù)計算可知,論證區(qū)域多年平均地下開采量為17.16萬 m3,占多年平均地下水資源量的6.74%。

        1.4 淺層地下水儲存量

        淺層地下水容積儲量的計算主要用于分析評價年地下水可動用儲量。采用下式計算:

        W儲量=μV

        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

        論證區(qū)域給水度μ取值為0.111 5,含水層厚度為9.384 m,論證區(qū)面積為14.18 km2,計算得淺層地下水容積儲量為1 483.68萬 m3。

        2 取水方案合理性分析

        論證區(qū)域擬建節(jié)水灌溉片區(qū)1處,設(shè)計灌溉面積3 000畝,屬新增水源,需水量24.3萬 m3。根據(jù)《遼寧省水文地質(zhì)普查報告》(錦州幅)及其他相關(guān)地質(zhì)資料,擬布井處單井出水量為40~50 m3/h,采用40 m3/h的單井出水量比較合理。按照《機井技術(shù)規(guī)范SL256-2000》要求,灌溉水源井單井控制面積按下式計算:

        F0=QtTηm

        式中:F0為單井控制面積,畝;Q為單井出水量,40 m3/h;t為灌溉期開機時間,20 h;T為灌溉周期,5 d;η為灌溉水利用系數(shù),0.9;m為灌水定額,20.25 m3/畝

        經(jīng)計算,其單井控制面積180畝,其共布設(shè)井?dāng)?shù)應(yīng)為3 000/180=16.67≈17眼。

        灌溉水源井單井影響半徑計算采用庫薩金公式:

        R=2S(H0K)1/2

        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),m/d

        論證區(qū)域設(shè)計灌溉高峰期單井取水流量0.011 m3/s。含水層平均厚度取值10.0 m,滲透系數(shù)取70 m/d。其單井影響半徑計算見表4。

        表4 論證區(qū)域單井影響半徑計算表

        根據(jù)表4的計算結(jié)果,論證區(qū)域單井影響半徑為63.5 m,其合理的井間距應(yīng)為127 m。

        3 取水可靠性分析

        論證區(qū)域?qū)偕介g河谷平原,山丘區(qū)地下水開采量首先占用論證區(qū)地下水排泄量,當(dāng)排泄量不能滿足開采量要求的情況下取用地下水儲存量。

        3.1 規(guī)劃年需水預(yù)測

        規(guī)劃年需水量主要包括以下內(nèi)容:城鎮(zhèn)生活需水量、農(nóng)村生活需水量、農(nóng)業(yè)灌溉需水量和工業(yè)(包括建筑業(yè))需水量。預(yù)測指標如下:農(nóng)村人口增長率為0.22%,城鎮(zhèn)人口增長率為0.86%,農(nóng)村生活用水定額為18 m3/人·年,城鎮(zhèn)生活用水定額為43.8 m3/人·年,水利用系數(shù)為0.85,水澆地灌溉定額為125 m3/畝,水田灌溉定額為465 m3/畝,其他經(jīng)濟作物灌溉定額為235 m3/畝,工業(yè)用水增長率按每年7%增加,總量減少50%計。根據(jù)以上用水指標,月分配按平均分配,得出規(guī)劃年地下水需水量見表5。

        表5 論證區(qū)域規(guī)劃年需水量表 萬m3

        論證區(qū)域多年平均地下水資源量為254.59萬 m3,根據(jù)表5可知,項目實施后,2015規(guī)劃水平年開采量42.66萬 m3,開采量占地下水資源量的16.76%;2020規(guī)劃水平年開采量45.32萬 m3,開采量占地下水資源量的17.80%。

        3.2 取水可靠性分析

        根據(jù)上文計算得出的論證區(qū)域補給量,進行頻率計算,選取保證率為85%的典型年份,根據(jù)典型年年初地下水儲存量、補給量、排泄量和規(guī)劃年開采量,進行逐月水均衡分析,計算規(guī)劃年供水保證程度。

        根據(jù)計算可知,論證區(qū)域選取2003年為典型年,其年初地下水儲存量為654.53萬 m3,2015年和2020年規(guī)劃開采量分別為42.66萬 m3和45.32萬 m3。通過典型年(2003年)分析計算,本論證單元在設(shè)計保證率條件下的地下水補給量即可保證規(guī)劃水平年的供水需求。

        通過年供水可靠性分析,本論證單元在85%設(shè)計保證率情況下,可以保證規(guī)劃年水平年2015、2020年的供水需求。通過上述連續(xù)枯水年的供水風(fēng)險分析,本論證單元在1980~1982年連續(xù)枯水年條件下,可以保證規(guī)劃水平年2015、2020年的供水需求。2015、2020年規(guī)劃水平年的開采量分別占多年平均地下水補給量16.32%和17.34%,典型年及連續(xù)枯水年均未動用地下水儲量,因此,供水水源可靠。

        4 結(jié)語

        綜上所述,遼寧省凌海市溫滴樓鄉(xiāng)“節(jié)水增糧行動”項目實施后,新增取水量為24.3萬 m3,項目區(qū)總?cè)∷吭黾?6.95萬 m3,根據(jù)上文取水可靠性分析中,現(xiàn)狀年取水量15.71萬 m3,2015年取水量為42.66萬 m3,2020年取水量為45.32萬 m3,分別占論證區(qū)域多年平均地下水資源量的6.17%、16.76%和17.80%?,F(xiàn)狀開采條件下,地下水處于平衡狀態(tài),地下水位沒有持續(xù)下降。

        [1]王新才,宋雅靜.規(guī)劃水資源論證探討[J].人民長江. 2015(19).

        [2]龍正未.建設(shè)項目水資源論證難點探析及對策[J].地下水.2014(02).

        [3]劉敬偉,馬瑋.某項目取水工程取水方案的合理性分析[J].陜西水利. 2016(01).

        [4]黃昌碩,耿雷華,徐澎波.加強規(guī)劃水資源論證的重點和關(guān)鍵技術(shù)[J].水利發(fā)展研究.2015(08).

        [5]桂昭,黃忠文,譚炳卿,等.紡織行業(yè)建設(shè)項目水資源論證取用水合理性分析[J].水利科技與經(jīng)濟. 2014(03).

        2016-12-23

        楊國良(1966-),男,遼寧沈陽人,工程師,主要從事農(nóng)村飲水安全及水資源管理等工作。

        TV213.9

        B

        1004-1184(2017)03-0123-03

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