淺析沙灣市巴音溝河洼地地下水資源量計(jì)算

李天雪

(塔城水文勘測(cè)局,新疆 塔城 834700)

巴音溝河洼地位于沙灣市安吉海鎮(zhèn)南部淺山丘陵地帶,該區(qū)域內(nèi)的地下水,主要接受巴音溝河西側(cè)伊林哈比爾尕山山前大斷裂邊界處的地下水徑流補(bǔ)給及其下游巴音溝河河水(沖沙水)的懸河下滲補(bǔ)給,此外還有少量的金河西側(cè)渠道與農(nóng)田灌溉水的滲漏補(bǔ)給等。洼地內(nèi)地下水在接受補(bǔ)給的同時(shí),以6‰～7‰的水力坡度往北東方向徑流,除了由安集海河谷徑流排入山前傾斜平原外,還有部分地下水以8‰～10‰的水力坡度轉(zhuǎn)向東流,進(jìn)入金河洼地。

1 地下水資源量計(jì)算

該區(qū)域地下水埋藏深達(dá)60 m以上,除獨(dú)山子第四水源地年開(kāi)采0.3×108m3/a和巴河水管處在冬季開(kāi)采0.018×108m3/a之外,再無(wú)其他開(kāi)采單位。在現(xiàn)狀年多年平均意義下,洼地內(nèi)地下水總補(bǔ)給量與總排泄量大致是持平的[1]。

1.1 均衡區(qū)的確定

根據(jù)《獨(dú)山子第四水源地勘察報(bào)告》,其主影響區(qū)的西界為地表水地下水的分水嶺,東界則以巴音溝河與金溝河之間的地表水分水嶺,南北二側(cè)以第三系隔水層為界,西邊界與南邊界的交點(diǎn)在黑山頭水文站上游7 km處,該區(qū)域的面積約160 km2,見(jiàn)圖1。

圖1 巴音溝河洼地地下水水均衡區(qū)示意圖

巴音溝河洼地與窩瓦特洼地由于巴音溝沖洪積扇的作用,在扇頂部位存在明確的地表分水嶺和沿流線延伸的零流量邊界—地下分水嶺,因此均衡區(qū)的西部邊界以此分水嶺為界;同樣,在金溝河沖洪積扇的中上部也存在類似的沿流線延伸的零流量邊界[2]。

1.2 均衡方程與水均衡分析

1.2.1 水均衡方程

該區(qū)內(nèi)的水均衡方程式可概括為:

Q入-Q出=ΔQ

Q地入=Q地出

式中:Q入為進(jìn)入均衡區(qū)的水量;Q出為從均衡區(qū)流出的水量;ΔQ為在均衡區(qū)蒸發(fā)的水量;Q地入為地下水收入項(xiàng);Q地出為地下水支出項(xiàng)。

1.2.2 進(jìn)入均衡區(qū)的水量(Q入)

1)地表水進(jìn)區(qū)

在本區(qū)內(nèi)包括地表水流入量Q表入和降水量Q雨二項(xiàng),即:

Q入=Q表入+Q雨

Q表入:從巴音溝河水文站可知,二道溝水文多年平均徑流量3.996×108m3,黑山頭水文站48年的多年平均徑流量3.327×108m3,二道溝站—黑山頭站間22 km的河段地表水多年平均滲漏損失量為0.669×108m3。二道溝至黑山頭水文站22 km河段區(qū)間產(chǎn)流0.056×108m3/a。二道溝站至本均衡區(qū)河道長(zhǎng)度約15 km,應(yīng)扣除巴音溝河在該河段的滲漏量后即為進(jìn)入均衡區(qū)的地表水。從二道溝至黑山頭間距22 km,多年平均損失量為0.669×108m3/a,折合每km損失為0.030 4×108m3/a,二道溝至均衡區(qū)邊界滲失水量為0.456 1×108m3/a,即入境地表水量:

Q表入=(3.996+0.056-0.4561)= 3.596× 108m3/a。

2)降水進(jìn)區(qū)

區(qū)內(nèi)平均降水量Q雨為212 mm,面積160 km2,降水總量為0.339×108m3/a。

Q入=(3.596+0.339)×108=3.935×108m3/a

1.2.3 在均衡區(qū)蒸發(fā)的水量ΔQ

包括黑山頭以上至邊界處河道的水面蒸發(fā)ΔQ1及黑山頭以下至安集海谷間的河道水面蒸發(fā)ΔQ2;降水的蒸發(fā)量ΔQ3。

ΔQ1:水面寬按0.1 km,長(zhǎng)7 km,總水面蒸發(fā)面積0.7 km2,按黑山頭實(shí)測(cè)水面蒸發(fā)量 1 266.2 mm/a計(jì)算ΔQ1=0.009×108m3/a;

ΔQ2:根據(jù)遙感圖象解析,在該段水面面積為2.86 km2,也按黑山頭水面蒸發(fā)計(jì)算ΔQ2=0.036×108m3/a;

ΔQ3:降水形成洪流后部分滲入地下形成地下水補(bǔ)給,部分形成水面蒸發(fā)。按黑山頭降水資料計(jì)算總降水量為:160 km×0.212=0.339×108(m3/a)。降水形成洪流對(duì)地下水的補(bǔ)給入滲量為0.020×108m3/a,見(jiàn)表1。則ΔQ3=(0.339-0.020)×108=0.319×108(m3/a)。

表1 均衡區(qū)降水入滲量計(jì)算表

則均衡區(qū)水面蒸發(fā)量為:

ΔQ=(0.009+0.03+0.319)×108=0.365×108(m3/a)

1.2.4 均衡區(qū)流出的水量

根據(jù)前述均衡方程Q出=Q入-ΔQ=(3.935-0.365)×108=3.57×108(m3/a)。

從均衡區(qū)流出的水量Q出應(yīng)包括:從渠道在黑山頭引走的水量Q出1;沿河道下放沖砂水出區(qū)水量Q出2;巴管處抽取的調(diào)溫水量井Q出3;沙灣滲管引水工程引水量Q出4,從本區(qū)側(cè)滲出區(qū)的水量Q出5。

Q出1:根據(jù)巴管處提供資料多年平均值為2.235×108m3/a;

Q出2:從黑山頭下放的沖砂水,扣除蒸發(fā)水量和下滲補(bǔ)給地下水量后即是從安集海河谷出流的水量。

根據(jù)實(shí)測(cè)資料當(dāng)下放流量8～23 m3/s時(shí)滲漏比率為76%～66%,當(dāng)小于2 m3/s時(shí)則為100%,由于沖砂水多是在汛期發(fā)生,流量都較大,參考上述試驗(yàn)值取50%下滲,則有50%為Q出2。據(jù)黑山頭水文資料,黑山頭多年平均徑流量為3.327×108m3/a,則:

Q出2=(3.327-2.235-0.037)×108×0.50=0.528×108(m3/a);

Q出3=0.018×108m3/a;

Q出4=6×365=2 190×108m3/a;

Q出5:從前述方程可估算出:Q出5=Q出-Q出1-Q出2-Q出3-Q出4=(3.57-2.235-0.528-0.018-0.219)×108=0.458 5×108(m3/a)

1.2.5 地下水收入項(xiàng)Q地入

包括從黑山頭以上至西邊界河道的滲漏量Q地入1;從黑山頭下放的沖砂滲入補(bǔ)給地下水的水量Q地入2;區(qū)內(nèi)暴雨洪流形成的下滲補(bǔ)給地下水量Q地入3。需要說(shuō)明的是,巴音溝河管理站引水渠自黑山頭引走的2.235×108m3/a在區(qū)內(nèi)的下滲量基于渠道將進(jìn)行進(jìn)一步的防滲處理,從安全可靠的角度,此量暫時(shí)不計(jì)。

Q地入1:從西部邊界處入界時(shí)河水量為3.596×108m3/a,黑山頭水文站測(cè)得多年平均徑流量為3.327×108m3/a,則在該段河道損失水量為0.268 9×108m3/a,扣除在該段得河水水面蒸發(fā)量0.009×108m3/a,即為該段河道的滲漏補(bǔ)給地下水量:

Q地入1=(0.268 9-0.009)×108=0.26×108(m3/a)

Q地入2:從黑山頭下放的沖砂水0.873×108m3/a,扣除水面蒸發(fā)0.037×108m3/a后取50%,

Q地入2=(0.873-0.037)×108×0.50=0.418×108(m3/a)

Q地入3:暴雨洪流形成一定徑流深時(shí)可形成一定量的地下水補(bǔ)給其計(jì)算見(jiàn)表5-3;

Q地入3=0.02×108m3/a

Q地入=(0.221+0.418+0.020)×108= 0.659×108(m3/a)

1.2.6 地下水支出項(xiàng)Q地出

在本區(qū)內(nèi)地下水的支出有三項(xiàng),其一是獨(dú)山子第四水源地年開(kāi)采地下水0.3×108m3/a和巴河處開(kāi)采的調(diào)溫水Q地出1每年約為0.018×108m3/a;其二是從北部安集海河谷側(cè)滲出水量Q地出2;其三是從東部邊界側(cè)滲出水量Q地出3[3],該處由于地下水埋藏較深無(wú)垂直蒸發(fā)損失,也無(wú)泉水溢出,見(jiàn)圖2。

圖2 安集海河谷水文地質(zhì)剖面圖

Q地出2:根據(jù)《獨(dú)山子第三水源地供水水文地質(zhì)勘察報(bào)告》的河谷實(shí)測(cè)資料,河谷寬1 470 m,含水層厚度70 m,又椐G4 G3統(tǒng)測(cè)水位,河谷段水力坡度為0.67%,該處含水層為分選性好的沙礫石,滲透系數(shù)取100 m/d估算,按達(dá)西公式:

Q地出2=365×K×I×B×H=365×100×0.006 7×1 470×70=0.252×108m3/a。

Q地出3:由于在該處無(wú)實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面,現(xiàn)按差減法求得,由Q地入=Q地出

即Q地出3=Q地入-Q地出1-Q地出2=(0.659-0.3-0.018-0.252)×108=0.089×108m3/a

Q地出=(0.018+0.252++0.3+0.089)×108=0.659

上述水均衡分析成果列于見(jiàn)圖3。

圖3 水均衡分析框圖

1.3 地下水資源均衡分析

根據(jù)以上計(jì)算,地下水均衡計(jì)算見(jiàn)表2。

表2 巴音溝河洼地計(jì)算區(qū)現(xiàn)狀多年平均地下水均衡分析表

由表中計(jì)算數(shù)據(jù),巴音溝河洼地均衡區(qū)地下水多年均總補(bǔ)給量為0.659×108m3/a。地下水補(bǔ)給主要以沖砂水滲漏和河道滲漏為主,分別占地下水總補(bǔ)給量的64%和34%。區(qū)內(nèi)地下水排泄主要以側(cè)滲出區(qū)和地下水開(kāi)采為主,分別占地下水總排泄量的52%和48%。

2 地下水儲(chǔ)存量(靜儲(chǔ)量)計(jì)算

論證區(qū)處于巴音溝河洼地區(qū)域,區(qū)內(nèi)第四系堆積層巨厚,地表水補(bǔ)給條件相對(duì)較好,地下水儲(chǔ)存空間大[4]。論證開(kāi)采區(qū)地下水含水層主要以砂礫石為主,含水層給水度u=0.17,區(qū)內(nèi)面積F=160 km2,含水層厚度按H=40 m計(jì)。則巴音溝河洼地區(qū)域地下水靜儲(chǔ)存量=uFH= 10.88×108m3,區(qū)內(nèi)地下水位每下降1 m可給出0.272×108m3的水資源量。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析計(jì)算巴音溝河洼地地下水資源量,劃定水均衡區(qū),巴音溝河洼地均衡區(qū)地下水多年均總補(bǔ)給量為0.659×108m3/a。同時(shí)計(jì)算出該區(qū)域的地下水靜儲(chǔ)量,巴音溝河洼地區(qū)域地下水靜儲(chǔ)存量=uFH= 10.88×108m3,區(qū)內(nèi)地下水位每下降1 m可給出0.272×108m3的水資源量[5]。論證區(qū)地下水靜儲(chǔ)量相對(duì)較大,可充分利用地下水靜儲(chǔ)量調(diào)節(jié)開(kāi)采地下水,為后續(xù)開(kāi)發(fā)利用地下水資源提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。