李 化

(遼寧省營口水文局，遼寧 營口 115003)

阜蒙縣節(jié)水增糧項(xiàng)目地下水資源分析方法

李 化

(遼寧省營口水文局，遼寧 營口 115003)

遼寧省阜新市阜新蒙古族自治縣2012—2015年“節(jié)水増糧”項(xiàng)目分布在35個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，灌溉面積368.13 km2，取水水源為地下水。為了保證地下水資源可持續(xù)利用和“節(jié)水增糧”項(xiàng)目的順利實(shí)施，文章對節(jié)水增糧項(xiàng)目取用地下水資源的水文地質(zhì)參數(shù)的確定與地下水資源的補(bǔ)給、排泄、儲量計(jì)算進(jìn)行了分析與研究，為節(jié)水增糧項(xiàng)目實(shí)施提供依據(jù)。

水資源；水文地質(zhì)；地下水；參數(shù)；計(jì)算方法

1 工程概況

遼寧省阜新市阜新蒙古族自治縣2012—2015年“節(jié)水増糧”項(xiàng)目灌溉面積為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.%。

項(xiàng)目分布在35個(gè)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。灌溉形式為滴灌，灌溉作物為玉米。取水水源為地下水，項(xiàng)目取水總量為3 313.2 萬 m3，原取水總量4 212.5 萬 m3，項(xiàng)目實(shí)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(jì)算參數(shù)的確定尤為關(guān)鍵，本次論證地下水資源量計(jì)算所用資料和參數(shù)來源于以下3個(gè)方面：

1)區(qū)域水文地質(zhì)普查報(bào)告阜新市幅(1∶20 0000)。

2)阜新蒙古族自治縣區(qū)域水文地質(zhì)報(bào)告(1∶100 000)。

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(bào)告(1∶50 000)，遼寧省水資源。

2.1 潛水含水層水位變幅帶給水度(μ)分析確定

給水度是指飽和巖土在重力作用下自由排出的重力水的體積與該飽和巖土體積的比值，是利用動態(tài)觀測資料計(jì)算降水入滲補(bǔ)給系數(shù)、地下水蓄變量的重要參數(shù)之一。本次論證根據(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(bào)告(1∶100 000)，最終確定各種巖性給水度取值范是0.0823～0.30。

2.2 降水入滲補(bǔ)給系數(shù)(α)的分析確定

降水入滲補(bǔ)給系數(shù)(α)是指降水入滲補(bǔ)給量(pr)與相應(yīng)降水量(p)的比值，即：

α=pr/p

(1)

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[1-2]。

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(bào)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(bǔ)給系數(shù)在0.2～0.26。

2.3 灌溉入滲補(bǔ)給系數(shù)(β灌)分析確定

灌溉入滲補(bǔ)給系數(shù)(β灌)是指田間灌溉入滲補(bǔ)給量與進(jìn)入田間的灌水量的比值?？紤]各井灌區(qū)巖性及灌溉定額確定補(bǔ)給系數(shù)采用值為0.20，見表1。

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(yàn)成果，進(jìn)行了一定程度的修正，確定的潛水蒸發(fā)系數(shù)見表2。

表1 灌溉系數(shù)取值表

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(shí)，地下水的滲流速度，單位為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(yàn)資料及抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)。水力坡度(I)的取值，根據(jù)實(shí)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(jì)算方法

項(xiàng)目片區(qū)影響半徑計(jì)算公式采用庫薩金公式，庫薩金公式為：

(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)。

項(xiàng)目片區(qū)小口徑井單井出水量計(jì)算公式采用裘布依公式，裘布依計(jì)算公式為：

(3)

項(xiàng)目片區(qū)大口徑井單井出水量計(jì)算公式，采用裘布依公式，裘布依計(jì)算公式為：

(4)

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為水位降深，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(bào)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(jì)算單井控制面積：

(5)

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(jì)供水強(qiáng)度，mm/d；Ea為設(shè)計(jì)耗水強(qiáng)度，mm/d；無淋洗要求，取Ia=Ea=3.5 mm/d；td為水泵日供水小時(shí)數(shù)，td取20 h/d；η為灌溉水利用系數(shù)，η=0.95。

3 地下水資源計(jì)算方法

地下水資源計(jì)算方法主要包括3個(gè)方面：

3.1 補(bǔ)給項(xiàng)計(jì)算方法

主要包括5個(gè)方面的內(nèi)容：

3.1.1 降水入滲補(bǔ)給量計(jì)算

降水入滲補(bǔ)給量是指降水(包括坡面漫流和填洼水)滲入到土壤中并在重力作用下滲透補(bǔ)給地下水的水量[3]。

降水入滲補(bǔ)給量一般采用計(jì)算公式為：

Pr=10-1×P×α×F

(6)

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

3.1.2 側(cè)向補(bǔ)給量計(jì)算

側(cè)向補(bǔ)給量是以地下潛流形式流入論證區(qū)的水量。一般采用地下水動力學(xué)法(剖面法)計(jì)算，即沿均衡計(jì)算區(qū)的地下水下游邊界切割計(jì)算剖面，利用達(dá)西公式進(jìn)行計(jì)算公式為：

Q側(cè)=K×I×A×T×10-4

(7)

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(shí)間，一般采用365 d。

水力坡度，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(jià)期地下水水力梯度[4-5]。

3.1.3 山前側(cè)向補(bǔ)給量計(jì)算

山前側(cè)向補(bǔ)給量是指發(fā)生在山丘區(qū)與平原區(qū)交界面上，山丘區(qū)地下水以地下潛流形式補(bǔ)給平原區(qū)淺層地下水的水量。統(tǒng)計(jì)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(bǔ)給量。

匯水區(qū)降水入滲補(bǔ)給量一般采用計(jì)算公式為：

Q山前=10-1×P×F

(8)

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

3.1.4 河道滲漏補(bǔ)給量計(jì)算

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(bǔ)給條件等因素有關(guān)，正確地找出損失量與這些因素之間的定量關(guān)系，就是建立經(jīng)驗(yàn)公式所需解決的問題。

計(jì)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(jìn)行分析，確定年內(nèi)河水補(bǔ)給岸邊地下水的河段和時(shí)段，逐河段進(jìn)行年內(nèi)各時(shí)段的河道滲漏補(bǔ)給量計(jì)算。

3.1.5 灌溉入滲補(bǔ)給量計(jì)算

渠灌田間入滲補(bǔ)給量是指地表渠灌水進(jìn)入田間后，入滲補(bǔ)給地下水的水量。該項(xiàng)量利用計(jì)算公式為：

Q渠灌=β灌×Q灌田

(9)

式中：Q渠灌為渠灌田間入滲補(bǔ)給量；β灌為渠灌田間入滲補(bǔ)給系數(shù)。

3.2 排泄項(xiàng)計(jì)算方法

主要包括4個(gè)方面的內(nèi)容：

3.2.1 潛水蒸發(fā)量計(jì)算

潛水蒸發(fā)量是發(fā)生在山間河谷平原區(qū)的淺層地下水，指潛水在毛細(xì)管作用下，通過包氣帶巖土向上運(yùn)動造成的蒸發(fā)量(包括棵間蒸發(fā)量和被植物根系吸收造成的葉面蒸散發(fā)量兩部分)。

計(jì)算方法采用潛水蒸發(fā)系數(shù)法，計(jì)算公式為：

E=E0×C×F×10-1

(10)

式中：E為潛水蒸發(fā)量，萬m3；E0水面蒸發(fā)量，mm；C為潛水蒸發(fā)系數(shù)，無因次；F為計(jì)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(jì)算出基流模數(shù)，進(jìn)而計(jì)算河道排泄量。

3.2.3 側(cè)向流出量計(jì)算

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(jià)計(jì)算區(qū)的水量。采用剖面法計(jì)算，即沿均衡計(jì)算區(qū)的地下水下游邊界切割計(jì)算剖面。

該量的計(jì)算公式為：

Q側(cè)排=K×I×A×T×10-4

(11)

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

計(jì)算用K、A等參數(shù)根據(jù)抽水試驗(yàn)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(shí)際開采量計(jì)算

各論證單元淺層地下水實(shí)際開采量采用調(diào)查統(tǒng)計(jì)得出。

3.3 地下水儲存量計(jì)算方法

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(jì)算主要用于分析評價(jià)年地下水可動用儲量。

采用計(jì)算公式為：

W儲量=μV

(12)

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

阜蒙縣“節(jié)水增糧”項(xiàng)目建設(shè)必然缺少不了水資源的必需條件，該工程項(xiàng)目取用水資源是地下水。通過對項(xiàng)目區(qū)地下水的水文地質(zhì)參數(shù)確定和水資源計(jì)算方法的分析研究，將會確定水資源是否足以保障工程項(xiàng)目的順利實(shí)施。

[1]王志勇，姜慧玲，宗建文，王猛.通遼市扎魯特旗節(jié)水增糧項(xiàng)目水資源平衡分析[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2013(07)：16-18.

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[4]馬大偉，王紅麗，鄭敏.雙城市雙城鎮(zhèn)地下水資源分析[J].黑龍江水利科技，2008，36(05)：121

[5]艾曉燕，李從業(yè)，王先春.黑龍江省西部易旱地區(qū)地下水資源分析評價(jià)[J].黑龍江水利科技，1996(03)：11-15.

1007-7596(2014)12-0137-03

2014-07-16

李化(1985-)，男，遼寧沈陽人，工程師，研究方向?yàn)樗臏y驗(yàn)、水資源評價(jià)論證、水情預(yù)報(bào)等。

P641

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