沈陽(yáng)地區(qū)地下水庫(kù)資源及開(kāi)發(fā)潛力的分析

王 鋼

(沈陽(yáng)新杉電子工程有限公司，沈陽(yáng) 110000)

沈陽(yáng)地區(qū)地下水庫(kù)資源及開(kāi)發(fā)潛力的分析

王 鋼

(沈陽(yáng)新杉電子工程有限公司，沈陽(yáng) 110000)

受多種因素的綜合影響，沈陽(yáng)地區(qū)水資源匱乏、水資源綜合利用率較低，筆者在沈陽(yáng)地區(qū)地下水資源現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上，對(duì)其擬建地下水庫(kù)的可行性及開(kāi)發(fā)潛力等進(jìn)行了綜合論證，結(jié)論表面修建地下水庫(kù)并采用地下水與地表水聯(lián)合調(diào)蓄是解決當(dāng)前沈陽(yáng)地區(qū)水資源匱乏的有效途徑，并為類似地區(qū)水資源的開(kāi)發(fā)利用提供了指導(dǎo)借鑒。

地下水庫(kù)；資源；開(kāi)發(fā)潛力；建庫(kù)條件；設(shè)計(jì)理論

1 沈陽(yáng)地區(qū)地下水資源概述

沈陽(yáng)地區(qū)各流域河流之間相對(duì)獨(dú)立、完整，且呈現(xiàn)典型的北方沿海流域特征，其水資源時(shí)空分布不均勻，綜合利用率低，缺水是普遍現(xiàn)象，筆者對(duì)該區(qū)域建立地下水庫(kù)的可行性、開(kāi)發(fā)潛力以及地下水與地表水聯(lián)合調(diào)蓄等進(jìn)行了綜合探討，為緩解北方地區(qū)普遍的水資源缺乏問(wèn)題提供了理論指導(dǎo)與解決途徑。

2 地下水庫(kù)開(kāi)發(fā)潛力分析

2.1 地下水庫(kù)修建的優(yōu)勢(shì)分析

考慮到徑流特征、含水層儲(chǔ)水條件及入滲等情況，沈陽(yáng)地區(qū)不適宜建造更多地表水利工程，而建造地下水庫(kù)則可以大大滿足未來(lái)地區(qū)供水需求。通過(guò)人工攔蓄其地表徑流保證土壤含水層徑流量充分，并采用“強(qiáng)采強(qiáng)補(bǔ)”的做法增加地下水的循環(huán)程度，以大大提升地區(qū)水資源調(diào)蓄能力。傳統(tǒng)情況下的水利工程只能達(dá)到50%的水資源利用率，而通過(guò)上述方法所建造的地下水庫(kù)則可以實(shí)現(xiàn)90%甚至更高的水資源利用。

過(guò)去沈陽(yáng)地區(qū)某些區(qū)域地下水開(kāi)發(fā)利用程度較高，但是由于過(guò)度開(kāi)采，致使水位下降、水資源瀕臨枯竭，而通過(guò)修建地下水庫(kù)則可以大大避免以上問(wèn)題，既可以提高水資源開(kāi)發(fā)利用率，又可以促進(jìn)水文生態(tài)的盡快恢復(fù)，避免環(huán)境地質(zhì)等問(wèn)題的再現(xiàn)。與傳統(tǒng)的水利工程相比，地下水庫(kù)具有很多優(yōu)勢(shì)，如占地少、不涉及動(dòng)遷問(wèn)題、施工過(guò)程簡(jiǎn)單、工程造價(jià)低等，根據(jù)國(guó)外成功經(jīng)驗(yàn)，建造地下水庫(kù)的成本是同等規(guī)模、同樣調(diào)蓄能力傳統(tǒng)水庫(kù)的30%左右，可見(jiàn)，建造地下水庫(kù)、充分利用地下水庫(kù)資源對(duì)我國(guó)建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)意義重大。

2.2 地下水庫(kù)的水資源量

沈陽(yáng)地區(qū)地下水庫(kù)的水資源應(yīng)為降水、河水入滲、渠系水及田間灌溉入滲等水量的總和，分別計(jì)算。

2.2.1 降水入滲量

計(jì)算公式為：

A0=α×A×F

(1)

式中：A0為降水入滲量，m3/a；α為入滲系數(shù)，通過(guò)降水及地下水埋深與其動(dòng)態(tài)幅度等之間的關(guān)系進(jìn)行推算，0.118<α<0.366；A為多年降雨量平均值，其按照分布在不同水文地質(zhì)區(qū)域的測(cè)站所測(cè)得的年降水量進(jìn)行分別計(jì)算，600

2.2.2 河水入滲量

河水滲入量可以通過(guò)沈陽(yáng)地區(qū)各河流徑流站所測(cè)多年徑流量差的平均值得出，如果所計(jì)算平均值取值>0，則表明河水補(bǔ)給地下水，相反若小于零，則表明地下水補(bǔ)給河水，沈陽(yáng)地區(qū)河水入滲量為10.2億m3/a，地下水補(bǔ)給河水量為6.37億m3/a。

2.2.3 渠系及田間灌溉入滲量

計(jì)算公式如下：

J=αQ

(2)

式中：α為入滲系數(shù)，α=1-n，其中n為渠系水利用系數(shù)，則n=0.8(渠系)×0.95(田間)=0.76，代入則α=1-0.76=0.24；Q為引水灌溉量，m3，通過(guò)實(shí)際灌溉面積與灌溉定額進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，J=5.43億m3/a。

2.2.4 洪內(nèi)澇入滲量

計(jì)算公式為：

Y0=F×α0

(3)

式中：F為洪內(nèi)澇面積，km2，取F=4487.4km2；α0為入滲系數(shù)，此處選取沈陽(yáng)地區(qū)供水實(shí)驗(yàn)值α0=0.0177m3/m2·d。經(jīng)計(jì)算，Y0=3.95億m3/a。

通過(guò)以上計(jì)算可以看出，沈陽(yáng)地區(qū)地下水庫(kù)來(lái)水量中主要是降水和河水入滲。

2.3 地下庫(kù)容

2.3.1 地下截流壩

沈陽(yáng)地區(qū)地下水庫(kù)庫(kù)區(qū)含水層厚度變化較大，其所具備的蓄水能力也不盡相同，例如地下水位<2m時(shí)，水利坡降為0.0001，而其淡水含水層的平均厚度為50m，滲透系數(shù)約為2.2m/d，過(guò)流斷面的面積為10.36km，天然狀態(tài)下地下水庫(kù)淡水體滲流入海排泄量可以通過(guò)達(dá)爾西公式加以計(jì)算。

Q=K×I×H×B

(4)

式中：Q為地下水徑流量，m3/d；K為含水層的滲透系數(shù)；I為地下水庫(kù)水利坡度；H為含水層厚度的平均值；B為地下水庫(kù)斷面寬度。

經(jīng)計(jì)算，Q=2.2×0.0001×50×10.36=1140m3/d=0.04億m3/a≈0，計(jì)算結(jié)果表明，沈陽(yáng)地區(qū)地下水庫(kù)的確能發(fā)揮地下截流壩的作用，從而使地下水庫(kù)中淡水體排泄入海的水量可以忽略不計(jì)。

2.3.2 地下水庫(kù)有效庫(kù)容的估算

作為評(píng)價(jià)水利工程經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益的基本指標(biāo)，地下水庫(kù)的調(diào)蓄能力往往通過(guò)其蓄水能力與調(diào)水能力來(lái)綜合反映，通過(guò)水庫(kù)調(diào)蓄庫(kù)容的大小反映水庫(kù)蓄水能力的高低，調(diào)水能力則主要受到開(kāi)采等人為行為的影響更多，沈陽(yáng)地區(qū)地下水庫(kù)的調(diào)蓄能力通過(guò)下列過(guò)程進(jìn)行計(jì)算和分析[2]。

1)蓄水能力

沈陽(yáng)地區(qū)地下水庫(kù)蓄水能力的計(jì)算公式如下：

V=M×μ×S

(5)

式中：V為地下水庫(kù)調(diào)蓄庫(kù)容，在水庫(kù)水資源充足的情況下，地下水庫(kù)調(diào)蓄庫(kù)容為水庫(kù)調(diào)蓄水量，m3)；M為庫(kù)區(qū)面積，km2；μ為含水層給水程度，本區(qū)域取值μ=0.22；S為調(diào)蓄深度，m，其取值為含水層厚度的1/2。選擇沈陽(yáng)地區(qū)若干適宜修建地下水庫(kù)的流域的調(diào)蓄庫(kù)容，并結(jié)合上述公式加以計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 沈陽(yáng)地區(qū)地下水庫(kù)調(diào)蓄庫(kù)容統(tǒng)計(jì)表

2) 調(diào)蓄能力

影響沈陽(yáng)地區(qū)地下水庫(kù)調(diào)水能力的因素主要有含水層屬性及人工開(kāi)采的影響，在進(jìn)行地下水庫(kù)修建過(guò)程中，必須要有導(dǎo)水和儲(chǔ)水能力良好的含水介質(zhì)，才能達(dá)到地下水庫(kù)開(kāi)采的要求，并通過(guò)不斷的循環(huán)補(bǔ)給進(jìn)行水資源的調(diào)蓄。通過(guò)分析沈陽(yáng)地區(qū)地下水庫(kù)含水層的地質(zhì)特征，發(fā)現(xiàn)其河谷松散的堆積的含水層與巖溶含水層的導(dǎo)水與含水能力較好，符合地下水循環(huán)交替對(duì)其含水能力的基本要求。

為了進(jìn)行沈陽(yáng)地區(qū)地下水庫(kù)滲補(bǔ)水源及其調(diào)蓄能力的可靠性論證，筆者進(jìn)行了地下水庫(kù)均衡的計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 地下水庫(kù)多年平均地下水綜合補(bǔ)給量平衡表

通過(guò)表2計(jì)算結(jié)果可知，沈陽(yáng)地區(qū)地下水庫(kù)地下水綜合補(bǔ)給量基本趨于平衡狀態(tài)，誤差約為0.03億m3/a，相對(duì)誤差0.0082%，基本可以忽略不計(jì)，因此，沈陽(yáng)地區(qū)地下水庫(kù)綜合補(bǔ)給量48.53億m3/a完全符合實(shí)際情況，可以將其作為興利庫(kù)容標(biāo)準(zhǔn)，是地下水庫(kù)水位下降1.5-15m所能蓄存到的地下水量?？傊_(kāi)發(fā)地下水庫(kù)既有助于增加調(diào)蓄庫(kù)容量，又有利于保證充足的滲補(bǔ)水源，更具有較強(qiáng)的調(diào)蓄能力，同時(shí)輔之以地下攔蓄工程、人工補(bǔ)給工程等，可以大大提高地下水補(bǔ)給量，增大開(kāi)發(fā)潛力。

2.4 地下水庫(kù)開(kāi)發(fā)方案設(shè)計(jì)

在進(jìn)行沈陽(yáng)地區(qū)地下水庫(kù)開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，必須充分利用地下水與其他水源之間的互相轉(zhuǎn)化關(guān)系，擴(kuò)大地下水資源的補(bǔ)給量，實(shí)現(xiàn)地下水與其他水源的聯(lián)合使用、人工補(bǔ)給，并采用間歇性開(kāi)采方式控制過(guò)度開(kāi)采，同時(shí)強(qiáng)化咸水淡化、現(xiàn)有開(kāi)采井的優(yōu)化布局等綜合性措施。地下水庫(kù)開(kāi)發(fā)方案模式為：河水→灌溉稻田→回滲地下→工業(yè)開(kāi)采，或國(guó)際上普遍采用的地表水與地下水聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行模式：引洪水→滲水池→回滲地下→工業(yè)開(kāi)采。

3 結(jié) 論

地下水庫(kù)調(diào)蓄能力中蓄水能力是基礎(chǔ)，而調(diào)水能力是保證，筆者以沈陽(yáng)地區(qū)為例，采用定性與定量相結(jié)合的方法，對(duì)該區(qū)域地下水庫(kù)資源及其開(kāi)發(fā)潛力進(jìn)行了分析，充分表明，修建地下水庫(kù)并通過(guò)地表水與地下水之間的聯(lián)合調(diào)蓄是當(dāng)前該區(qū)域乃至全國(guó)范圍內(nèi)大力開(kāi)發(fā)地下水資源、提高水資源綜合利用率、改善水資源緊缺狀況等的理想途徑。

[1]郭飛，高茂生.我國(guó)北方沿海地區(qū)地下水庫(kù)分類及綜合對(duì)比[J].海洋地質(zhì)前沿，2015(05)：66-68.

[2]鄧銘江，李文鵬.新疆地下儲(chǔ)水構(gòu)造及地下水庫(kù)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].第四紀(jì)研究，2014(09)：101-102.

1007-7596(2016)12-0056-02

2016-11-24

王鋼(1970-)， 男， 遼寧沈陽(yáng)人，工程師。

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