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    某縣地下水資源均衡計算分析

    2022-08-18 08:06:28胡文斌
    河南水利與南水北調 2022年7期
    關鍵詞:排泄量補給量開采量

    胡文斌

    (河南省豫東水利工程管理局,河南 開封 475000)

    1 參數(shù)的計算

    1.1 給水度

    根據淺層地下水含水層的給水度因地質地貌單元不同而異,綜合分析后選取不同地貌單元的給水度值。

    1.2 滲透系數(shù)

    一是勘探孔求參,配線法計算;二是恢復水位法求參,利用水位恢復速度計算滲透系數(shù)。

    1.3 包氣帶垂直滲透系數(shù)k 垂

    滲水試驗資料計算垂直滲透系數(shù)。4組滲水試驗:一組在河谷階地區(qū),一組在黃土丘陵區(qū),2組在坡洪積扇。

    1.4 灌溉回滲系數(shù)

    根據豫北忠義試驗場在黃河沖積平原區(qū)所做的灌溉回滲試驗資料,結合該區(qū)地層結構及水位埋深,該區(qū)采用不同地貌單元灌溉回滲系數(shù)為一級階地0.10,坡洪積扇0.05。

    1.5 渠道入滲系數(shù)

    黃河大渠流經詳查區(qū)漫灘(大壩下游景區(qū)內)和Ⅰ級階地,總長度2 200 m。渠寬6~8 m,水深2~3 m,渠底巖性為粉質黏土或粉土,無襯砌。地下水位低于引黃渠水位2~3 m。引黃渠道滲漏系數(shù)q可據阿維揚諾夫公式計算。

    2 參數(shù)選取

    結合經驗值,綜合確定資源計算參數(shù)取值見表1。

    表1 計算參數(shù)取值一覽表

    3 現(xiàn)狀條狀下的地下水資源的均衡計算

    3.1 數(shù)學模型確定

    計算采用水均衡模型。根據水均衡的原理,依據該區(qū)地下水的補給、徑流、排泄條件,建立如下淺層地下水均衡方程:

    補給來源:大氣降水入滲補給、河流側滲補給、農田灌溉回滲補給、側向徑流補給、渠系滲漏量;排泄途徑:工業(yè)開采、人畜生活用水開采、農田灌溉開采、側向徑流排泄等。

    3.2 均衡要素的計算

    3.2.1 降水入滲補給量

    根據地區(qū)長系列資料,年平均無效降水量一般在10%左右,按這一比例計算有效降水量,2015 年年降水量為652.70 mm,多年平均降水量為609.10 mm。降水入滲補給量按下式計算。根據收集資料,均衡年確定為2015年。

    式中:α—降水入滲系數(shù);P—有效降水量(m);F—計算區(qū)面積(km2)。

    3.2.2 地下水徑流補給量

    由地下水等水位線圖知:現(xiàn)狀條件下,各斷面補給參數(shù)見下表。根據所選斷面位置,斷面長度、含水層平均厚度、平均水力坡度、滲透系數(shù)等,利用達西公式計算地下水徑流補給量:

    3.2.3 灌溉回滲量根據孟津縣水利局提供有關資料統(tǒng)計,確定不同灌區(qū)的灌溉定額。根據灌溉定額、灌區(qū)面積,計算灌溉回滲量。

    3.2.4 渠道滲漏量

    區(qū)內渠道主要是引黃渠,根據下式求出引黃渠的滲漏量。

    式中:l—渠道長度(m),在詳查區(qū)內圖上量取,無襯砌;t—渠道每年放水時間(d),取230,由渠管所提供;q—渠道單位長度滲漏量(m3/d·m),取0.11;Q漏—渠道滲漏量(m3/d)。

    3.2.5 河流側滲量

    根據所選斷面位置,斷面長度、含水層平均厚度、平均水力坡度、滲透系數(shù)等,利用達西公式計算河流側滲補給量。

    3.3 均衡分析

    地下水現(xiàn)狀補給量主要是側向徑流補給量278.39×104m3/a,占總補給量49.33%;其次為大氣降水補給量131.26×104m3/a,占總補給量23.26%;河流滲漏補給量139.28×104m3/a,占總補給量24.68%;渠滲補給量5.56×104m3/a,占總補給量0.90%;灌溉回滲量9.77×104m3/a,占總補給量1.70%。

    地下水現(xiàn)狀條件下的排泄量主要為側向徑流排泄量為2.63×104m3/a,占總排泄量的0.49%;縣供水井開采量為3.14×106m3/a,占總排泄量的58.47%;農田灌溉開采量為1.74×106m3/a,占總排泄量的32.39%;人畜用水4.64×105m3/a,占總排泄量的8.60%。

    3.4 均衡驗證

    通過2015 年的均衡計算得出以下結論:全區(qū)補給量為5.64×106m3/a,排泄量為5.37×106m3/a,補給量大于排泄量。全區(qū)均處于正均衡狀態(tài),水位略呈上升狀態(tài),與區(qū)內長觀資料基本吻合,說明計算所取參數(shù)基本合理。

    3.5 典型年地下水水均衡分析

    將以上各資源量計算成果按多年平均、豐水年、平水年、枯水年、特枯年等典型年代入地下水均衡方程進行計算。通過典型年均衡計算得出以下結論:現(xiàn)狀條件下,全區(qū)多年平均補給量為5.55×106m3/a,排泄量為5.37×106m3/a,補給量大于排泄量,處于正均衡狀態(tài)。

    4 開采條件下地下水資源均衡計算

    4.1 補給量的計算

    ①降水入滲補給量。開采條件下,地下水位會有下降,降水入滲系數(shù)與現(xiàn)狀相比會略有減小,但變化不大(由于水位埋深較大),因此,降水入滲補給量仍取前面均衡計算值。②灌溉回滲量。新的地下水開采保持現(xiàn)有的農業(yè)灌溉條件不變,因此,灌溉回滲量仍取前面均衡計算值。③地下水徑流補給量。地下水徑流補給主要來自南部黃土丘陵區(qū),水源地開采后水力坡度將增大。因此,地下水側向徑流補給量亦將增大。

    4.2 黃河側滲補給量的確定

    水源地開采后,水源地范圍內的地下水位平均下降約5 m,含水層水力坡度增大,地表水對地下水補給量可用下式計算:

    式中字母含義同前。

    4.3 地下水徑流排泄量

    ①開采量:按設計水源地開采量計算。②側向徑流排泄量。這部分量將變得很小,忽略不計。③地下水徑流排泄量有所減少。但排泄邊界的排泄量仍按現(xiàn)狀條件計算。

    4.4 可開采量評價

    將上述各補給量及排泄量代入均衡方程,計算結果見表2。

    表2 開采條件下地下水均衡計算一覽表

    從表中可以看出,在水源地開采條件下,地下水的均衡差很小,說明水源地設計的開采量是合理的。

    5 結語

    地下水主要補給量為側向徑流量和河流側滲補給量。側向徑流量能保證正常補給。黃河水能否保證供給,需要加以探討。

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