岫巖縣前營(yíng)水源地供水能力分析

(遼寧省鞍山市岫巖滿族自治縣水利局，遼寧 鞍山 114300)

1 概況

1.1 水源地所在流域概況

雅河為大洋河右岸的較大一級(jí)支流，發(fā)源于岫巖縣前營(yíng)子鎮(zhèn)樣子溝村西大嶺，流域面積264 km2，河長(zhǎng)47 km，流域多年平均降水量910 mm，多年平均徑流深450 mm；徑流量年內(nèi)分配極不均勻，全年徑流量約75%左右集中在主汛7-9月。雅河支流門(mén)樓溝河上建有一座小1型水庫(kù)——前營(yíng)水庫(kù)[1]。該水庫(kù)現(xiàn)狀功能主要是防洪、發(fā)電及灌溉供水，集水面積43.81 km2,按30 a一遇設(shè)計(jì)，300 a一遇校核，最大壩高18.2 m，總庫(kù)容853萬(wàn) m3，調(diào)洪庫(kù)容389萬(wàn) m3，正常高水位(堰頂)相應(yīng)庫(kù)容464萬(wàn) m3，興利庫(kù)容451.68萬(wàn) m3，死庫(kù)容12.32萬(wàn) m3，正常高水位對(duì)應(yīng)的庫(kù)區(qū)水面面積0.86 km2，庫(kù)區(qū)冬季最大冰厚50 mm[2]。

1.2 水源地地理位置

該擬建水源地位于雅河干流的西老爺廟村—雙泉村公路橋以下50 m處，其地理坐標(biāo)為東經(jīng)123°12′23.5″，北緯40°13′42.8″，水源地可接納前營(yíng)水庫(kù)的調(diào)節(jié)水量，向岫巖縣建成區(qū)的輸水距離約9 km。

2 區(qū)域水文地質(zhì)條件分析

分析區(qū)地下水主要分為侵入巖網(wǎng)狀風(fēng)化孔隙裂隙水、侵入巖帶狀構(gòu)造裂隙水及松散層孔隙水三種，按其賦存及形成條件(補(bǔ)給、徑流、排泄)分述如下。

(1)侵入巖網(wǎng)狀風(fēng)化孔隙裂隙水。由于漫長(zhǎng)的風(fēng)化作用，使分析區(qū)內(nèi)中生代花崗巖、閃長(zhǎng)巖構(gòu)成的山丘表面形成網(wǎng)狀風(fēng)化孔隙裂隙，其山頂、山麓地帶風(fēng)化孔隙裂隙的厚度一般較薄，多數(shù)米左右；山腳溝谷地帶風(fēng)化孔隙裂隙較厚，一般可達(dá)十余米。大氣降水是侵入巖網(wǎng)狀風(fēng)化孔隙裂隙水的唯一補(bǔ)給來(lái)源。山丘地形坡度較大，降水入滲的風(fēng)化孔隙裂隙水在侵入巖孔隙裂隙中的重力作用下，由分水嶺峰脊向雅河山間河谷山腳徑流。當(dāng)在地形切割較深而又裸露的溝谷中，以下降泉排泄于地表；或在有第四系松散層覆蓋的溝谷地段排泄補(bǔ)給于松散層孔隙水中。風(fēng)化孔隙裂隙水在地下徑流過(guò)程中，在山峰有殘坡積土地段發(fā)生蒸發(fā)，在有植被地段被植物吸收并蒸騰于大氣中[3-7]。

山丘侵入巖風(fēng)化孔隙裂隙水雖廣布山丘，但風(fēng)化殼厚度較薄、易流失，其單位面積富水性微弱，且不易開(kāi)采。但在區(qū)域地下水循環(huán)中，因分布面積廣、地處高位，對(duì)山前平原及山間河谷平原第四系松散層孔隙裂隙水和隱伏斷裂中地下水的補(bǔ)給是相當(dāng)可觀的。即所謂侵入巖風(fēng)化孔隙裂隙水資源量較大，但可開(kāi)采資源低微。

(2)侵入巖帶狀構(gòu)造裂隙水。侵入巖帶狀構(gòu)造裂隙水主要賦存于前述三條北北東向斷裂帶的低矮部位，可接受侵入巖網(wǎng)狀風(fēng)化孔隙裂隙水和第四系松散層孔隙水的補(bǔ)給，有一定的可開(kāi)采性，可以做為企事業(yè)及村民分散性水源。如西老爺廟附近的聚緣食品有限公司的供水井，即取雅河山間谷地第四系松散層下伏侵入巖隱伏構(gòu)造斷裂帶承壓水。其靜水位埋深3.5 m，抽水動(dòng)水位埋深11.4 m時(shí)，單井出水量15 m3/h，水質(zhì)較好達(dá)到國(guó)標(biāo)GB/T5750-2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》。

(3)松散層孔隙水。松散層孔隙水主要賦存于雅河山間河谷地第四系沖洪積層下部砂礫卵石孔隙中。雅河山間谷地位于分析區(qū)雅河流域最低部位，周邊環(huán)山。松散層孔隙水除垂向接受面積16.66 km2山間谷地大氣降水補(bǔ)給外，還接受面積258.14 km2周邊山丘侵入巖網(wǎng)狀風(fēng)化孔隙裂隙水的側(cè)向補(bǔ)給，豐水期還接受地表水的側(cè)向補(bǔ)給，因而富水性較好。孔隙水地下徑流，決定于含水層滲透系數(shù)、水力坡度及河谷的長(zhǎng)度。就分析區(qū)比對(duì)侵入巖風(fēng)化孔隙裂隙水和基巖構(gòu)造裂隙水而言，孔隙水的地下徑流相對(duì)遲緩，賦水性好且相對(duì)穩(wěn)定[8]?？砷_(kāi)采系數(shù)遠(yuǎn)大于基巖水?？紫端畣尉鏊繜o(wú)實(shí)測(cè)資料，計(jì)算值豐水期8月份可達(dá)900 m3/d左右，枯水期3月份為600 m3/d左右。

3 水源地取用水方案研究

岫巖縣前營(yíng)水源地作為岫巖城市第二水源，設(shè)計(jì)供水保證率為90%。采用設(shè)在風(fēng)化殼與松散層接觸帶處的暗管滲渠取水，并用集水井取水至水廠。在下游修建低壩攔蓄河水抬高水位，并以前營(yíng)子水庫(kù)作為調(diào)節(jié)水源，通過(guò)興利庫(kù)容水量補(bǔ)充取水口斷面的枯季水量[9]。

4 水源地天然徑流量分析

設(shè)計(jì)流域(水源地控制斷面以上)除馬家堡子1處雨量站以外再無(wú)其他水文站資料，其天然徑流量系列的分析評(píng)價(jià)采用無(wú)資料地區(qū)水文分析計(jì)算方法進(jìn)行。考慮大洋河流域的徑流站網(wǎng)控制條件較好，2個(gè)上游站和1個(gè)分解區(qū)間站的面積大小均適宜做區(qū)域水資源評(píng)價(jià)的代表站，與設(shè)計(jì)流域相鄰且水文氣象條件相似，加之流域內(nèi)及周邊雨量站點(diǎn)較多、資料系列長(zhǎng)，對(duì)雨量時(shí)空分布的控制程度較高，因此，設(shè)計(jì)流域徑流量采用“水文比擬法”和“降雨～徑流相關(guān)法”相結(jié)合的方式推求。

(1)進(jìn)行徑流資料的一致性還原計(jì)算，根據(jù)歷年經(jīng)濟(jì)社會(huì)用水調(diào)查數(shù)據(jù)，將水文站以上各行業(yè)耗水量、工程調(diào)節(jié)水量及引調(diào)水量等，還原到斷面實(shí)測(cè)水量中去，求得天然水量系列和年徑流深系列。

(2)進(jìn)行區(qū)域平均降水量分析計(jì)算，通過(guò)歷年降水量等值線圖，求得各水文站集水區(qū)及設(shè)計(jì)流域的歷年平均降水量系列。

(3)進(jìn)行設(shè)計(jì)流域年徑流深系列分析計(jì)算，逐年繪制水文站網(wǎng)的降雨～徑流關(guān)系圖，分析降雨～徑流關(guān)系的空間變化規(guī)律，并據(jù)設(shè)計(jì)流域平均降水量分析插補(bǔ)其當(dāng)年的徑流深[10]。

(4)進(jìn)行資料系列代表性分析，根據(jù)設(shè)計(jì)流域年徑流系列的變化過(guò)程，并結(jié)合水文要素周期波規(guī)律分析，選取代表性強(qiáng)的時(shí)段資料作為設(shè)計(jì)年徑流系列。

(5)進(jìn)行設(shè)計(jì)流域月年徑流量系列計(jì)算，考慮岫巖水文站以上的湯池河、干溝河、桑皮峪河及洋河干流，在地質(zhì)條件、氣象特征、流域大小形狀、河流長(zhǎng)度、河道坡降等方面均與設(shè)計(jì)流域(雅河)相近，且位置毗鄰，因而降水量存在相關(guān)性，產(chǎn)匯流規(guī)律也存在相似性。因此，選擇岫巖水文站作為參證站，以參證站還原后的月年徑流量系列為模板，通過(guò)流域面積比放縮及徑流深修正等手段，比擬推求設(shè)計(jì)流域月年徑流量系列[11]。

5 水源地供水能力分析

5.1 水源地水量計(jì)算分析

水源地設(shè)計(jì)供水能力受河流可供水量、工程調(diào)節(jié)補(bǔ)充水量、河道生態(tài)預(yù)留水量及工程設(shè)計(jì)供水保證率等因素綜合影響，其分析方法如下：

(1)進(jìn)行水源地設(shè)計(jì)來(lái)水量系列分析計(jì)算。該項(xiàng)工作是對(duì)天然徑流量的還現(xiàn)處理。通過(guò)經(jīng)濟(jì)社會(huì)用水量調(diào)查，將流域內(nèi)現(xiàn)狀耗水量及水庫(kù)蒸發(fā)增損量從設(shè)計(jì)流域天然徑流量中扣除，求得設(shè)計(jì)流域現(xiàn)狀開(kāi)發(fā)條件下的剩余水量(還現(xiàn)水量)。由于設(shè)計(jì)流域現(xiàn)狀經(jīng)濟(jì)社會(huì)用水主要是農(nóng)村居民生活、禽畜、工業(yè)及農(nóng)業(yè)灌溉，考慮未來(lái)人口城市化及節(jié)水農(nóng)業(yè)建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)，本次分析評(píng)價(jià)對(duì)未來(lái)用水量按維持現(xiàn)狀處理，即以現(xiàn)狀年耗水量及耗水過(guò)程來(lái)模擬未來(lái)情況。因前營(yíng)水庫(kù)蓄水，水庫(kù)水面代替了原來(lái)陸面，加大了蒸發(fā)損失量，水庫(kù)蒸發(fā)增損量需從設(shè)計(jì)流域天然徑流量中扣除(還現(xiàn))?？紤]項(xiàng)目規(guī)劃前營(yíng)水庫(kù)在汛限水位(恰為正常高水位，對(duì)應(yīng)其興利庫(kù)容)控制下充分蓄水以補(bǔ)充水源地的缺乏水量，而在未來(lái)運(yùn)行期庫(kù)水位動(dòng)態(tài)存在著不確定性，故本次評(píng)價(jià)從偏于安全考慮以正常高水位對(duì)應(yīng)的庫(kù)水面面積0.86 km2來(lái)模擬未來(lái)運(yùn)行期的各月蒸發(fā)水面，并借用典型干旱年(2002年)岫巖站的水面蒸發(fā)資料分析水庫(kù)蒸發(fā)增損量。

(2)進(jìn)行水源地設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)能力計(jì)算。根據(jù)水庫(kù)調(diào)度方案和水源地設(shè)計(jì)供水保證率，并結(jié)合流域來(lái)水資料分析，部分枯水年份水庫(kù)興利庫(kù)容無(wú)法蓄滿，水庫(kù)調(diào)節(jié)計(jì)算需跨年度連續(xù)進(jìn)行，假定出1個(gè)調(diào)節(jié)水量(供水量+生態(tài)基流)目標(biāo)，在前營(yíng)水庫(kù)以興利庫(kù)容全面配合調(diào)節(jié)(蓄余補(bǔ)缺)的情況下，對(duì)流域還現(xiàn)水量系列進(jìn)行連續(xù)逐月調(diào)節(jié)演算，分析其給水保證程度；通過(guò)各種量級(jí)調(diào)節(jié)目標(biāo)的調(diào)節(jié)演算，建立調(diào)節(jié)水量～給水保證率的關(guān)系曲線，最終按工程設(shè)計(jì)保證率(P=90%)求解水源地設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)能力。

(3)進(jìn)行水源地供水能力計(jì)算。根據(jù)項(xiàng)目所在河段的水文狀況及水功能區(qū)保護(hù)目標(biāo)，確定以90%保證率的最枯月平均流量作為河道生態(tài)基流；根據(jù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃和水資源保護(hù)規(guī)劃分析河道所需的預(yù)留水量(生態(tài)需水量等)，再?gòu)乃吹卦O(shè)計(jì)調(diào)節(jié)能力扣除河道預(yù)留水量即為設(shè)計(jì)供水能力[12]。水源地的可供水量用其可調(diào)節(jié)水量與不可用水量之差求得，即：

水源地設(shè)計(jì)供水能力=水源地設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)能力-生態(tài)基流=139.0-35.58=103.42萬(wàn) m3/月

即是說(shuō)，岫巖縣前營(yíng)水源地90%保證率的設(shè)計(jì)供水能力為每月103.42萬(wàn) m3，折合成日供水能力為3.42萬(wàn) m3。

5.2 供水成果精度分析與評(píng)價(jià)

(1)采用“降雨～徑流相關(guān)法”進(jìn)行設(shè)計(jì)流域年度徑流深分析計(jì)算，比較適合區(qū)域水文特征，洋河流域介于濕潤(rùn)到半濕潤(rùn)地區(qū)之間，其降雨與徑流存在良好的相關(guān)關(guān)系，且區(qū)域范圍不大，降雨一般處于同頻次、同因素狀態(tài)，雨量偏大地區(qū)的通常徑流偏多。而“降雨～徑流相關(guān)法”是借用降雨徑流系數(shù)空間分布規(guī)律的一種方法，對(duì)濕潤(rùn)或半濕潤(rùn)地區(qū)而言，要明顯優(yōu)于簡(jiǎn)單的水文比擬法(直接移用徑流深、徑流系數(shù)等)，得出的成果更接近實(shí)際。

(2)徑流年內(nèi)分配選擇岫巖及小虎嶺作參證站，一方面是因?yàn)榈乩砦恢孟噜彛瑲庀?、水文地質(zhì)條件相近，流域現(xiàn)狀、河道坡降、河流長(zhǎng)度等基本相似，流域產(chǎn)匯流規(guī)律、下墊面調(diào)節(jié)性能都有可比性；另一方面也是從降水天氣系統(tǒng)的一致性考慮的結(jié)果，大洋河河口通常也是重要的水汽通道，東部雨量通常與西部、北部雨量相差較大，且有不同步的跡象，本次分析過(guò)程中也對(duì)比了用岫·文～沙區(qū)間站作參證的結(jié)果，因不理想而舍棄。

(3)本次評(píng)價(jià)選用的資料系列長(zhǎng)、站點(diǎn)多，代表性分析及一致性處理工作到位，技術(shù)路線周密、分析計(jì)算嚴(yán)密，成果精度能夠保證。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，岫巖縣的水資源并不匱乏，但是多集中在地下，地表可以利用的水資源非常少，地上地下懸殊的水資源儲(chǔ)備量為今后的開(kāi)采提供了巨大的空間和潛力，但是因?yàn)殚_(kāi)采不當(dāng)、控制不力造成的浪費(fèi)和失衡現(xiàn)象嚴(yán)重的制約著地下水的開(kāi)發(fā)和使用。未來(lái)岫巖縣地區(qū)的水資源開(kāi)發(fā)的主要決策和原則是：加強(qiáng)生態(tài)建設(shè)，提高生態(tài)效益；實(shí)施節(jié)水戰(zhàn)略，建立節(jié)水型社會(huì)；加快地下水資源科學(xué)的開(kāi)采技術(shù)和合理的利用體系建設(shè)加快節(jié)水，保護(hù)用水資源體質(zhì)建設(shè)，降低水環(huán)境污染，使水資源有效利用最大化和水資源系統(tǒng)的可再生持續(xù)發(fā)展常態(tài)化。