河床潛流計(jì)算法在東大龍口河取水工程中的應(yīng)用

蔣 惠

（新疆自治區(qū)昌吉水文水資源勘測(cè)局 新疆 昌吉 831100）

1 河流特性

東大龍口河源頭位于新疆自治區(qū)吉木薩爾縣與吐魯番市交界的天山山脈大龍溝內(nèi)，有常年積雪分布。其主要支流有白楊溝、太平溝、大南溝、薩爾昆蓋、安木都薩依、蘇勒薩依瓊庫(kù)爾溝等，呈樹枝狀分布，是高山冰川融水和降水匯集而成的常年性河流。

2 取水口處河道來水量計(jì)算依據(jù)及成果

本次擬建水廠的河床潛流取水地點(diǎn)位于東大龍口水文站下游3.2km處，地理坐標(biāo)N43°43.782′，E89°05.981′。河道來水量依據(jù)東大龍口河水文站實(shí)測(cè)徑流系列計(jì)算。

東大龍口水文站屬國(guó)家基本站，處于東大龍口河山麓地帶，基本控制了東大龍口河絕大部分的河川徑流。地理坐標(biāo)東經(jīng)89°06′、北緯43°45′，基本斷面以上集水面積163km2,河流干流長(zhǎng)40km，海拔高程1740m。本次計(jì)算采用該站1960年～1965年、1992年～2006年共21年的月年平均流量資料。

考慮到本次擬建水廠的取水口距離東大龍口水文站僅3.2 km，其間河道無水量的引入和分出，水量損失忽略不計(jì)，即河床潛流取水口處的東大龍口河河道來水量近似等于東大龍口河水文站處的徑流量。

為滿足本取水工程的日供水規(guī)模要求，河床潛流取水口處的東大龍口河河道來水量按95%保證率計(jì)算。所依據(jù)的東大龍口水文站95%保證率年徑流量頻率計(jì)算成果見表1。

由頻率計(jì)算成果，根據(jù)典型年的選擇原則，選取東大龍口水文站2006年作為東大龍口河河床潛流取水口處河道設(shè)計(jì)保證率為95%的年徑流量的典型年，采用同倍比縮放，得到典型年徑流量月分配過程見表2。

表1 東大龍口水文站95%保證率年徑流量頻率計(jì)算成果表

表2 東大龍口河河床潛流取水口處河道保證率95%的徑流量月分配表單位：萬m3

表3 東大龍口河河床潛流取水口處保證率95%的河床垂向潛流補(bǔ)給量月年表單位：萬m3

表4 抽水試驗(yàn)已知條件抽水孔半徑

表5 抽水試驗(yàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)抽水孔流量Q（m3/d）

表6 抽水試驗(yàn)滲透系數(shù)K值計(jì)算成果

表7 東大龍口河河床潛流取水口處保證率95%的河床潛流補(bǔ)給量月年表 單位：萬m3

結(jié)果表明，東大龍口河河床潛流取水口處設(shè)計(jì)保證率為95%的河道年徑流量為3863萬m3，其3月份的徑流量最小。

由于擬建水廠取水水源為河床潛流，因此要對(duì)東大龍口河河床潛流取水口處的95%保證率條件下的河床潛流量進(jìn)行計(jì)算。

3 河床潛流量分析計(jì)算

3.1 河床潛流補(bǔ)給方式

取水口處河床潛流補(bǔ)給方式有兩種：東大龍口河流的垂向滲漏補(bǔ)給和地下水的側(cè)向徑流補(bǔ)給，以東大龍口河流的垂向滲漏補(bǔ)給為主。

3.2 河床潛流補(bǔ)給量計(jì)算

（1）河床潛流垂向滲漏補(bǔ)給量計(jì)算

根據(jù)新疆維吾爾自治區(qū)水文水資源局2007年所作的《新疆地下水資源評(píng)價(jià)報(bào)告》，東大龍口河屬無出流河（消失于灌區(qū)的河流），其河道滲漏補(bǔ)給系數(shù)確定為0.191，則東大龍口河河床潛流取水口處設(shè)計(jì)保證率為95%的河床潛流垂向補(bǔ)給量W垂為該處95%保證率條件下河道徑流量與河道滲漏補(bǔ)給系數(shù)的乘積。計(jì)算結(jié)果見表3。

（2）河床潛流側(cè)向徑流補(bǔ)給量計(jì)算

為確定東大龍口河河床潛流取水口處水文地質(zhì)參數(shù)，在取水口處河床內(nèi)各打勘探孔和觀測(cè)孔1眼做抽水試驗(yàn)?？碧娇缀陀^測(cè)孔位于過水河道右岸河漫灘上，抽水孔（主孔）和觀測(cè)孔開孔終孔直徑均為90mm，鉆孔深度均為11m，觀測(cè)孔近河布置，觀測(cè)線垂直河水流向?，F(xiàn)場(chǎng)過水河道水面寬度為15m～20m，水深0.5m～0.7m，河床總寬85m～90m。抽水孔距近河邊11.8m，觀測(cè)孔距近河邊8m；據(jù)鉆孔資料，地下水潛水埋深1.21m～1.46m，含水層巖性為砂礫及礫卵，磨圓度較好，分選較差，結(jié)構(gòu)松散，孔隙發(fā)育，沖填物為砂泥質(zhì)，據(jù)顆粒分析資料，小于0.5mm的砂泥質(zhì)含量為17%，透水性較好，含水層厚度9.0m～9.5m；河道兩岸出露地層為石炭系上統(tǒng)博格達(dá)群下亞群第一組，巖性為灰綠色深灰色凝灰質(zhì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖等，隔水底板為石炭系凝質(zhì)砂巖粉砂巖。本次抽水設(shè)備采用30m3/h流量的離心式水泵，流量觀測(cè)采用標(biāo)準(zhǔn)儀器TKS-Ⅲ型流速流量計(jì)，水位觀測(cè)采用電測(cè)水位計(jì)。

本次抽水試驗(yàn)采用3個(gè)落程抽水，每個(gè)落程穩(wěn)定時(shí)間為8h，流量波動(dòng)值1%，水位波動(dòng)值不超過1.0cm，加之鉆孔揭穿了隔水底板，因此可視為穩(wěn)定流潛水完整井抽水試驗(yàn)。

由《水利水電工程鉆孔抽水試驗(yàn)規(guī)程》SL320-2005，采用以下兩個(gè)公式計(jì)算水文地質(zhì)參數(shù)。采用依據(jù)為：裘布依公式即公式一的適用條件（潛水含水層，鄰河，觀測(cè)線垂直于岸邊、觀測(cè)孔位于近河一邊，一個(gè)觀測(cè)孔）和費(fèi)爾格伊米爾公式即公式二的適用條件（潛水含水層單孔完整井，鄰河，b＜2H）均符合本次抽水試驗(yàn)條件。

式中，K——含水層滲透系數(shù)（m/d）；

Q——抽水流量（m3/d）；

S——抽水孔降深（m）；

S1——觀測(cè)孔降深（m）；

γ1——觀測(cè)孔距主孔距離（m）；

b——抽水孔距近河邊距離（m）；

H——潛水含水層厚度（m）；

γ——抽水孔半徑（m）。

抽水試驗(yàn)已知條件見表4，抽水試驗(yàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)見表5，抽水試驗(yàn)滲透系數(shù)K值計(jì)算成果見表6。

通過滲透系數(shù)成果比較，兩個(gè)公式成果接近，均適用于透水性較好的砂礫及礫卵含水層。從工程偏安全角度考慮，推薦采用小值K=32.5m/d。

據(jù)以上鉆探資料及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，東大龍口河河床潛流取水口處含水層厚度H取9.0m，寬度B取全河床寬度85m，水力坡度I取1.5%，K取32.5m/d。依達(dá)西公式，河床潛流側(cè)向徑流補(bǔ)給量W側(cè)=kIBH=372.9m3/d=13.61×104m3/a。

（3）河床潛流總補(bǔ)給量計(jì)算

東大龍口河河床潛流取水口處設(shè)計(jì)保證率為95%的總補(bǔ)給量為該處的垂向滲漏補(bǔ)給和地下水的側(cè)向徑流補(bǔ)給量之和，其值為751.4×104m3/a。其月分配按表2中典型年徑流量月分配計(jì)算，成果見表7。

4 結(jié)論

（1）東大龍口河擬建水廠取水口處的河床潛流為河床孔隙潛水，其補(bǔ)給方式有兩種：東大龍口河流的垂向滲漏補(bǔ)給和地下水的側(cè)向徑流補(bǔ)給，其中以東大龍口河流的垂向滲漏補(bǔ)給為主。

（2）東大龍口河河床潛流的垂向滲漏補(bǔ)給源于東大龍口河的河道徑流，側(cè)向徑流補(bǔ)給源于地下水。河床潛流取水口處設(shè)計(jì)保證率為95%的總補(bǔ)給量為751.4×104m3/a，其3月份的補(bǔ)給量最小為21.3×104m3。

（3）擬建水廠年供水量要求為38.43×104m3/a，折合日取水量為1053m3/d。通過對(duì)供需水量比較來看，即使在枯水年的最枯水月，擬建水廠取水口處的河床潛流在水量上也能滿足水廠的供水需求。陜西水利