沖積平原水源地資源量計(jì)算

馮 斌

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第十一地質(zhì)隊(duì)，河南 商丘 476000)

水源地勘察中的水量計(jì)算，以確定允許開采量為主要目的。為了預(yù)測地面沉降、地面開裂、水質(zhì)惡化等環(huán)境地質(zhì)問題，在地下水詳查和開采階段對地下水資源進(jìn)行評價(jià)時(shí)，計(jì)算的允許開采量不得超過補(bǔ)給量。對于某個(gè)水源地而言，地下水的補(bǔ)給來源主要有：大氣降水入滲補(bǔ)給、地表水側(cè)滲補(bǔ)給、農(nóng)灌回滲補(bǔ)給、地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給、越流補(bǔ)給及人工補(bǔ)給等。排泄方式主要有：地下水蒸發(fā)、地下水側(cè)向徑流排泄、地表水側(cè)滲排泄及人工開采等?？梢?，地下水資源計(jì)算與評價(jià)在水源地勘察中的重要性。

對于沖積平原(我國沖積平原面積約為9.4×105km2，占全國領(lǐng)土總面積的1/10)來說，由于地勢低平、視野開闊、地下水水力坡度平緩、地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給微弱，地下水補(bǔ)給主要以大氣降水入滲補(bǔ)給及地表水側(cè)滲補(bǔ)給為主。下面結(jié)合河南省永城市新城水廠小李莊水源地，介紹淺層地下水資源量計(jì)算的內(nèi)容及重要性。

1 沖積平原地區(qū)地下水資源量計(jì)算的內(nèi)容

1.1 地下水補(bǔ)給量的計(jì)算參數(shù)

地下水補(bǔ)給量(結(jié)合小李莊水源地詳查)主要包括大氣降水入滲補(bǔ)給量、農(nóng)灌水回滲補(bǔ)給量、地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給量。

1)大氣降水入滲補(bǔ)給量的計(jì)算參數(shù)：多年平均及各種頻率(一般包括頻率為20%、50%、90%)的降水量(P)的選取，大氣降水入滲系數(shù)(α)的選取，補(bǔ)給區(qū)面積(F)的選取。

2)農(nóng)灌水回滲補(bǔ)給量的計(jì)算參數(shù)：水澆地面積(F)及水利化程度的選取，灌溉定額(q)的選取、灌溉回滲系數(shù)(α′)的選取。

3)地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給量的計(jì)算參數(shù)：地下水補(bǔ)給帶寬度(B)的選取、地下水水力坡度(I)的選取、淺層地下水導(dǎo)水系數(shù)(T)的選取。

1.2 地下水排泄量的計(jì)算參數(shù)

地下水排泄量(結(jié)合小李莊水源地詳查)主要包括人工開采量、地下水蒸發(fā)量，地表水側(cè)滲排泄量及地下水側(cè)向徑流排泄量。

1)人工開采量的計(jì)算參數(shù)：工農(nóng)業(yè)開采量的選取，人畜用水量的選取。

2)地下水蒸發(fā)量的計(jì)算參數(shù)：蒸發(fā)面積(F)的選取，年蒸發(fā)時(shí)間(t)的選取，多年平均蒸發(fā)強(qiáng)度(ε0)的選取，水位埋深平均值(h)的選取，蒸發(fā)極限深度(L)的選取及與土質(zhì)有關(guān)的指數(shù)(n)的選取。

3)地表水側(cè)滲透排泄量的計(jì)算參數(shù)：地表水側(cè)滲排泄長度(L)的選取，地下水導(dǎo)水系數(shù)(T)的選取，水力坡度(I)的選取。

4)地下水側(cè)向徑流排泄量的計(jì)算參數(shù)：地下水側(cè)向排泄寬度(B)的選取、地下水水力坡度(I)的選取、地下水導(dǎo)水系統(tǒng)(T)的選取。

2 小李莊水源地實(shí)例分析

2.1 小李莊水源地自然地理概況

河南省商丘市新城水廠小李莊水源地選擇在永宿公路北，沱河兩側(cè)，張小樓-小李莊-七里店-東大營-騰廟一帶，勘察面積33km2，區(qū)內(nèi)多年平均降水量為836.3mm，年最大降水量為1518.6mm，年最小降水量為235.4mm；多年平均蒸發(fā)量為1656.1mm，最大蒸發(fā)量為2087mm，最小蒸發(fā)量為1349.1mm；多年平均氣溫為14.2℃。區(qū)內(nèi)主要河流有沱河、大清溝等，均屬季節(jié)性河流，除沱河部分時(shí)段有水外，其余河流基本常年無水。沱河下切深度一般為0.5m，河流水位一般低于淺層地下水水位，形成排泄地下水的水道，只有在洪水期間對地下水有短暫補(bǔ)給。

區(qū)內(nèi)淺層地下水賦存于第四系全新統(tǒng)和更新統(tǒng)上部沖積層中，底界深度60m左右，含水層平均厚度28m左右，巖性為松散粉細(xì)砂，單井出水量(換算成10m降深)為1020～1552.8m3/d。

2.2 地下水補(bǔ)給量的計(jì)算

2.2.1 大氣降水入滲補(bǔ)給量

大氣降水入滲補(bǔ)給量計(jì)算公式：

Q入滲=1000·α·P·Pt·F

(1)

式中：Q入滲為大氣降水入滲補(bǔ)給量(m3/a)；α為降水入滲系數(shù)；P為年降水量(mm)；Pt為有效降水系數(shù)；F為分區(qū)面積(km2)。

根據(jù)式(1)計(jì)算各典型年份大氣降水入滲補(bǔ)給量(表1)。

2.2.2 農(nóng)業(yè)井灌回滲補(bǔ)給量

農(nóng)業(yè)井灌回滲補(bǔ)給量計(jì)算公式：

Q回滲=α′·Q農(nóng)開

(2)

式中：Q回滲為農(nóng)業(yè)井灌回滲補(bǔ)給量(m3/a)；α′為回滲系數(shù)；Q農(nóng)開為農(nóng)業(yè)井灌開采量(m3/α)。

根據(jù)式(2)計(jì)算農(nóng)業(yè)井灌回滲補(bǔ)給量為21.74×104m3/a。

2.2.3 地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給量。

地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給量計(jì)算公式：

Q徑補(bǔ)=B·I·T

(3)

式中：Q徑補(bǔ)為地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給量(m3/a)；B為補(bǔ)給斷面長度(m)；I為地下水水力坡度；T為導(dǎo)水系數(shù)(m2/d)。

根據(jù)式(3)計(jì)算地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給量為57.64×104m3/a。

表1 各典型年份淺層水的總補(bǔ)給量(×104m3/a)及排泄量(×104m3/a)計(jì)算表

2.3 地下水排泄量的計(jì)算

2.3.1 地下水蒸發(fā)量

地下水蒸發(fā)量計(jì)算公式：

Q蒸發(fā)=F·t·ε

(4)

(5)

式中：Q蒸發(fā)為地下水蒸發(fā)量(m3/a)；F為蒸發(fā)面積(km2)；t為蒸發(fā)時(shí)間(d)；ε為水面蒸發(fā)強(qiáng)度(mm)；ε0為地下水蒸發(fā)強(qiáng)度(mm)；h為計(jì)算區(qū)地下水水位埋深平均值(m)；L為蒸發(fā)極限深度(m)；n為與土質(zhì)有關(guān)的指數(shù)。

根據(jù)式(4)、式(5)，計(jì)算(2000年3月～2001年2月)地下水蒸發(fā)量為439.78×104m3/a。

2.3.2 地下水開采量

對勘察區(qū)內(nèi)的農(nóng)用機(jī)井井?dāng)?shù)、開采時(shí)間、單井出水量及人畜定額進(jìn)行精確的實(shí)地調(diào)查，計(jì)算(2000年3月～2001年2月)人工開采量為187.02×104m3/a。

2.3.3 地下水側(cè)向徑流排泄量。

地下水側(cè)向徑流排泄量計(jì)算公式：

Q徑排=B·T·I

(6)

式中：Q徑排為地下水側(cè)向徑流排泄量(m3/a)；B為排泄斷面長度(m)；T為導(dǎo)水系數(shù)(m2/d)；I為地下水水力坡度。

根據(jù)式(6)計(jì)算地下水側(cè)向徑流排泄量為39.99×104m3/a。

2.3.4 地表水側(cè)滲排泄量

地表水側(cè)滲排泄量計(jì)算公式：

Q河排=L·T·I

(7)

式中：Q河排為地下水側(cè)滲排泄量(m3/a)；L為河流排泄長度(m)；T為導(dǎo)水系數(shù)(m2/a)；I為河流兩側(cè)地下水平均水力坡度。

根據(jù)式(7)計(jì)算地表水側(cè)滲排泄量為54.32×104m3/a。

2.4 各典型年份淺層地下水均衡計(jì)算

由于2000年前缺乏地下水長期觀測及實(shí)際開采量資料，各典型年份除進(jìn)行大氣降水入滲補(bǔ)給量及豐水年農(nóng)業(yè)開采量，比現(xiàn)狀條件下少一次灌溉量外，其余淺層水的補(bǔ)給和排泄采用2000年資料計(jì)算各典型年份的補(bǔ)給量、排泄量及水位變幅，計(jì)算結(jié)果見表1。

3 結(jié)束語

1)地下水資源計(jì)算與評價(jià)，主要是對地下水補(bǔ)給量及排泄量的計(jì)算。其中，地下水補(bǔ)給來源(結(jié)合小李莊水源地)一般包括大氣降水、農(nóng)業(yè)井灌回滲及地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給；地下水排泄途徑(結(jié)合小李莊水源地)主要有地下水蒸發(fā)、地下水側(cè)向徑流排泄、地表水側(cè)滲排泄及人工開采等方式。

2)所選擇的水源地，必須保證該水源地處于正均衡狀態(tài)，故補(bǔ)給量宜大于或等于排泄量。在沖積平原補(bǔ)給來源主要有大氣降水入滲補(bǔ)給、地表水補(bǔ)給、農(nóng)業(yè)灌溉回滲補(bǔ)給、地下水徑流補(bǔ)給等；排泄途徑主要有地下水蒸發(fā)、人工開采、地表水排泄、地下水排泄等。

綜上所述，地下水資源量的計(jì)算，直接影響資源評價(jià)中允許開采量的精度。加強(qiáng)地下水資源量的計(jì)算，有利于提高水源地勘察報(bào)告的質(zhì)量，有利于提高資源評價(jià)的精度。

[1] 王大純，張人權(quán)，史毅虹，等. 水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)[M].北京：地質(zhì)出版社，1991.

[2] 陳岳.A Course in Basic English for Hydrogeologists and Engineering Geologists[D].成都：成都理工學(xué)院，1993.

[3] 馮斌，郭新體.豫東平原上第三系深層地下水若干水文地質(zhì)參數(shù)探討[J].河南地質(zhì)，2000(1)：44- 47.