遼寧省某節(jié)水增糧論證區(qū)域水資源量計算及取水水源合理性探析

楊國良

(遼寧省沈陽市蘇家屯區(qū)水資源管理辦公室，遼寧 沈陽 110101)

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遼寧省某節(jié)水增糧論證區(qū)域水資源量計算及取水水源合理性探析

楊國良

(遼寧省沈陽市蘇家屯區(qū)水資源管理辦公室，遼寧 沈陽 110101)

節(jié)水增糧論證區(qū)位于遼寧省凌海市溫滴樓鄉(xiāng)南部，在區(qū)域內(nèi)地下水資源量分析計算的基礎(chǔ)上，對該節(jié)水增糧區(qū)區(qū)域地下水資源量進(jìn)行分析，進(jìn)一步論證取水方案的合理性和可行性及取水水源的可靠性。分析可知，在項目實施后新增取水量為24.3萬 m3，總?cè)∷吭黾?6.95萬 m3，當(dāng)?shù)氐叵滤粵]有持續(xù)下降，地下水處于平衡狀態(tài)，可保證供水水源可靠。

地下水；合理性；可靠性

節(jié)水增糧論證區(qū)域位于凌海市溫滴樓鄉(xiāng)南部至錦州市太和區(qū)交界，大茂河流域下游的一級階地部位?，F(xiàn)有灌溉面積48.2畝，主要作物為蔬菜，灌溉方式為地面漫灌，用水量為1.181萬 m3。論證區(qū)內(nèi)擬建節(jié)水灌溉片區(qū)1處，灌溉面積3 000畝，為新增灌溉片區(qū)。論證區(qū)域位于大茂河流域的一級階地部位。含水層主要為第四紀(jì)松散巖類沖洪積物，巖性主要為中粗砂及砂礫石，厚度5～10 m，埋深一般3～5 m，含水層類型為孔隙潛水，擬布井處單井涌水量40～50 m3/h，地下水位一般為二月末地下水位開始上升，至八月中旬達(dá)到最高。本區(qū)地下水的徑流條件好，水力坡度為10‰，地下水的排泄主要為地下徑流排泄、向河流排泄及人工開采排泄。

1 區(qū)域地下水資源量分析

1.1 補給量計算

1 )降水入滲補給量

降水入滲補給量采用下式計算

Pr=10-1·P·α·F

式中：Pr為降水入滲補給量(萬m3)；P為降水量(mm)；α為降水入滲補給系數(shù)；F為均衡計算區(qū)計算面積(km2)。

降水量采用1980—2011年實測降水系列值；大氣降水入滲系數(shù)α，根據(jù)補給區(qū)地形、地貌、巖性、植被及前人的經(jīng)驗，綜合考慮，取α=0.17；大氣降水入滲面積依據(jù)地下水的補給范圍，確定F=14.18 km2；依據(jù)以上資料計算得出1980—2011年論證區(qū)降水入滲補給量系列值。

降水入滲補給量多年平均值計算結(jié)果為

Pr多年平均=129.38×104m3/a

2)山前側(cè)向補給量

山前側(cè)向補給量采用下式計算：

Q山前=Pr匯水區(qū)=10-1·P·α·F匯水區(qū)

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

降水量采用1980～2011年實測降水系列值；大氣降水入滲系數(shù)α，根據(jù)補給區(qū)地形、地貌、巖性、植被及前人的經(jīng)驗，綜合考慮，取α=0.055；大氣降水入滲面積依據(jù)地下水的補給范圍，確定F匯水區(qū)=32.47 km2；依據(jù)以上資料計算得出1980—2011年論證區(qū)山前側(cè)向補給量系列值。

山前側(cè)向補給量多年平均值計算結(jié)果為

Q山前=95.85×104m3/a

3)側(cè)向流入量

側(cè)向流入量采用下式計算：

Q側(cè)入=10-4·K·I·A·t

式中：Q側(cè)入為年側(cè)向流入量(萬m3)；K為剖面位置的滲透系數(shù)(m/d)，；I為垂直于剖面的水力坡度(無因次)；A為剖面面積(m2)；t為計算時間(d)。

以田家屯地下水監(jiān)測站為代表站，選取1980～2011年實測地下水位變化過程，得出論證區(qū)側(cè)向流入量1980～2011年系列值。參數(shù)選取和計算成果見表1。

表1 側(cè)向流入量多年平均值計算成果表

1.2 排泄量計算

1)側(cè)向流出量

側(cè)向流出量采用下式計算：

Q側(cè)出=10-4·K·I·A·t

式中：Q側(cè)出為年側(cè)向流出量(萬m3)；K為剖面位置的滲透系數(shù)(m/d)，；I為垂直于剖面的水力坡度(無因次)；A為剖面面積(m2)；t為計算時間(d)。

本次論證以田家屯地下水監(jiān)測站為代表站，選取1980—2011年實測地下水位變化過程，得出論證區(qū)側(cè)向流出量1980—2011年系列值。參數(shù)選取和計算成果見表2。

表2 側(cè)向流出量多年平均值計算成果表

2)河道排泄量

單側(cè)河道排泄量采用達(dá)西公式計算：

Q河排=10-4·K·I·A·L·t

式中：Q河排為單側(cè)河道排泄量(萬m3)；K為剖面位置的滲透系數(shù)(m/d)；I為垂直于剖面的水力坡度(無因次)；A為單位長度河道垂直于地下水流向的剖面面積(m2/m)；L為河道或河段長度(m)；t為河道或河段過水(或滲漏)時間(d)。

河道排泄量多年平均值計算結(jié)果為

Q河排=119.28×104m3/a

3)潛水蒸發(fā)量

潛水蒸發(fā)量計算公式如下：

E=10-1·E0·C·F

式中：E為潛水蒸發(fā)量(萬m3)；E0為水面蒸發(fā)量(mm，采用E601型蒸發(fā)器的觀測值或換算成E601型蒸發(fā)器的蒸發(fā)量)；C為潛水蒸發(fā)系數(shù)(無因次)；F為計算面積(km2)。

本次論證以烏金塘水庫蒸發(fā)站為代表站，折算系數(shù)為0.59，得出論證區(qū)潛水蒸發(fā)量1980—2011年系列值。參數(shù)選取和計算成果見表3。

表3 潛水蒸發(fā)量多年平均值計算成果表

4)實際開采量

論證區(qū)域淺層地下水實際開采量(調(diào)查統(tǒng)計成果)做為均衡計算區(qū)的淺層地下水實際開采量。2011年論證單元(五)實際開采量為：

Q采=15.71×104m3/a

1.3 水均衡計算

論證區(qū)域補給量包括：降水入滲補給量、山前側(cè)向補給量。排泄量包括：側(cè)向流出量、河道排泄量、潛水蒸發(fā)量、實際開采量。地下水補排量要進(jìn)行水均衡分析，以提高計算成果的可靠性。

式中：Q補為論證區(qū)總補給量；Q排為論證區(qū)總排泄量；μ為為地下水水位變幅帶給水度；Δh為論證區(qū)水位變幅；Δt為計算時段長度

論證區(qū)域水位變幅帶給水度取0.111 5，水位變幅依據(jù)田家屯地下水站推求，通過計算結(jié)果可知，論證區(qū)域1980～2011年累計均衡差為218.22萬 m3，水位變幅為1.33 m，相應(yīng)調(diào)節(jié)水量為210.28萬 m3，相對誤差為3.77%，計算結(jié)果是可靠的。

根據(jù)計算可知，論證區(qū)域多年平均地下開采量為17.16萬 m3，占多年平均地下水資源量的6.74%。

1.4 淺層地下水儲存量

淺層地下水容積儲量的計算主要用于分析評價年地下水可動用儲量。采用下式計算：

W儲量=μV

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

論證區(qū)域給水度μ取值為0.111 5，含水層厚度為9.384 m，論證區(qū)面積為14.18 km2，計算得淺層地下水容積儲量為1 483.68萬 m3。

2 取水方案合理性分析

論證區(qū)域擬建節(jié)水灌溉片區(qū)1處，設(shè)計灌溉面積3 000畝，屬新增水源，需水量24.3萬 m3。根據(jù)《遼寧省水文地質(zhì)普查報告》(錦州幅)及其他相關(guān)地質(zhì)資料，擬布井處單井出水量為40～50 m3/h，采用40 m3/h的單井出水量比較合理。按照《機(jī)井技術(shù)規(guī)范SL256-2000》要求，灌溉水源井單井控制面積按下式計算：

F0=QtTηm

式中：F0為單井控制面積，畝；Q為單井出水量，40 m3/h；t為灌溉期開機(jī)時間，20 h；T為灌溉周期，5 d；η為灌溉水利用系數(shù)，0.9；m為灌水定額，20.25 m3/畝

經(jīng)計算，其單井控制面積180畝，其共布設(shè)井?dāng)?shù)應(yīng)為3 000/180=16.67≈17眼。

灌溉水源井單井影響半徑計算采用庫薩金公式：

R=2S(H0K)1/2

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)，m/d

論證區(qū)域設(shè)計灌溉高峰期單井取水流量0.011 m3/s。含水層平均厚度取值10.0 m，滲透系數(shù)取70 m/d。其單井影響半徑計算見表4。

表4 論證區(qū)域單井影響半徑計算表

根據(jù)表4的計算結(jié)果，論證區(qū)域單井影響半徑為63.5 m，其合理的井間距應(yīng)為127 m。

3 取水可靠性分析

論證區(qū)域?qū)偕介g河谷平原，山丘區(qū)地下水開采量首先占用論證區(qū)地下水排泄量，當(dāng)排泄量不能滿足開采量要求的情況下取用地下水儲存量。

3.1 規(guī)劃年需水預(yù)測

規(guī)劃年需水量主要包括以下內(nèi)容：城鎮(zhèn)生活需水量、農(nóng)村生活需水量、農(nóng)業(yè)灌溉需水量和工業(yè)(包括建筑業(yè))需水量。預(yù)測指標(biāo)如下：農(nóng)村人口增長率為0.22%，城鎮(zhèn)人口增長率為0.86%，農(nóng)村生活用水定額為18 m3/人·年，城鎮(zhèn)生活用水定額為43.8 m3/人·年，水利用系數(shù)為0.85，水澆地灌溉定額為125 m3/畝，水田灌溉定額為465 m3/畝，其他經(jīng)濟(jì)作物灌溉定額為235 m3/畝，工業(yè)用水增長率按每年7%增加，總量減少50%計。根據(jù)以上用水指標(biāo)，月分配按平均分配，得出規(guī)劃年地下水需水量見表5。

表5 論證區(qū)域規(guī)劃年需水量表 萬m3

論證區(qū)域多年平均地下水資源量為254.59萬 m3，根據(jù)表5可知，項目實施后，2015規(guī)劃水平年開采量42.66萬 m3，開采量占地下水資源量的16.76%；2020規(guī)劃水平年開采量45.32萬 m3，開采量占地下水資源量的17.80%。

3.2 取水可靠性分析

根據(jù)上文計算得出的論證區(qū)域補給量，進(jìn)行頻率計算，選取保證率為85%的典型年份，根據(jù)典型年年初地下水儲存量、補給量、排泄量和規(guī)劃年開采量，進(jìn)行逐月水均衡分析，計算規(guī)劃年供水保證程度。

根據(jù)計算可知，論證區(qū)域選取2003年為典型年，其年初地下水儲存量為654.53萬 m3，2015年和2020年規(guī)劃開采量分別為42.66萬 m3和45.32萬 m3。通過典型年(2003年)分析計算，本論證單元在設(shè)計保證率條件下的地下水補給量即可保證規(guī)劃水平年的供水需求。

通過年供水可靠性分析，本論證單元在85%設(shè)計保證率情況下，可以保證規(guī)劃年水平年2015、2020年的供水需求。通過上述連續(xù)枯水年的供水風(fēng)險分析，本論證單元在1980～1982年連續(xù)枯水年條件下，可以保證規(guī)劃水平年2015、2020年的供水需求。2015、2020年規(guī)劃水平年的開采量分別占多年平均地下水補給量16.32%和17.34%，典型年及連續(xù)枯水年均未動用地下水儲量，因此，供水水源可靠。

4 結(jié)語

綜上所述，遼寧省凌海市溫滴樓鄉(xiāng)“節(jié)水增糧行動”項目實施后，新增取水量為24.3萬 m3，項目區(qū)總?cè)∷吭黾?6.95萬 m3，根據(jù)上文取水可靠性分析中，現(xiàn)狀年取水量15.71萬 m3，2015年取水量為42.66萬 m3，2020年取水量為45.32萬 m3，分別占論證區(qū)域多年平均地下水資源量的6.17%、16.76%和17.80%?，F(xiàn)狀開采條件下，地下水處于平衡狀態(tài)，地下水位沒有持續(xù)下降。

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2016-12-23

楊國良(1966-)，男，遼寧沈陽人，工程師，主要從事農(nóng)村飲水安全及水資源管理等工作。

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