白石水庫(kù)供水對(duì)下游水源地補(bǔ)給的計(jì)算與分析

張 磊，劉揚(yáng)揚(yáng)

（1.遼寧省白石水庫(kù)管理局，遼寧 朝陽(yáng) 122000；2.遼寧省朝陽(yáng)市水務(wù)局，遼寧 朝陽(yáng) 122000）

白石水庫(kù)位于遼寧省北票市上園鎮(zhèn)附近的大凌河干流上，是一座以防洪、灌溉、城市供水為主，兼顧發(fā)電、養(yǎng)魚等綜合利用的大（1）型水利樞紐工程。水庫(kù)總庫(kù)容為16.45億m3，設(shè)計(jì)正常高水位 127.0 m，相應(yīng)庫(kù)容為10億m3，死水位108 m，相應(yīng)庫(kù)容1.3億m3，為多年調(diào)節(jié)水庫(kù)。

白石水庫(kù)下游有阜新市、北票市、錦州市等，阜新和北票，屬資源性貧水區(qū)，現(xiàn)狀缺水已十分嚴(yán)重，該地區(qū)已沒(méi)有可供城市與工業(yè)用水能集中開采的水源地，唯有靠白石水庫(kù)解決現(xiàn)狀用水矛盾和近期發(fā)展用水要求。錦州市電廠和城市部分水源亦在大凌河取水，白石水庫(kù)供水可保證現(xiàn)狀用水并提高供水保證率。白石水庫(kù)是保證庫(kù)下城市近期發(fā)展用水要求的必要水源。因此，科學(xué)、合理地管理、分配水庫(kù)水源，明確下游各水源地對(duì)大凌河水的吸奪關(guān)系意義重大。

1 水庫(kù)下游水源開采概況

白石水庫(kù)下游河道附近有常年供水水源8處，年設(shè)計(jì)供水總量為17612萬(wàn)m3。在河道設(shè)取水工程的農(nóng)業(yè)用水戶有凌海灌區(qū)、東郭葦場(chǎng)等。下游地區(qū)用水量較大，以2011年為例，全區(qū)流域總用水量3.96億m3。

2 方案的編制和實(shí)施

本文采用的數(shù)據(jù)由白石水庫(kù)下游義縣和凌海兩處水文站提供，義縣、凌海兩座水文站分布在大凌河干流上，分別距白石水庫(kù)34，91 km。數(shù)據(jù)選取了豐水期、平水期、枯水期不同時(shí)期通過(guò)河道斷面的水位、流量及地下水位，運(yùn)用水量平衡原理計(jì)算河道下滲補(bǔ)給量，由此分析白石水庫(kù)供水對(duì)下游水源工程的影響。

根據(jù)流域內(nèi)水源地及支流，排污口的分布情況，選擇義縣、凌海水文站為控制斷面，以準(zhǔn)確掌握各河段的水量變化情況。豐、枯、平3次供水過(guò)程分別為2011年7月24日至8月5日；10月15日至10月36日；12月20日至2012年1月10日。通過(guò)白石水庫(kù)向下游放水，義縣、凌海水文站河道水位、流量及地下水位的變化過(guò)程和期間的蒸發(fā)進(jìn)行全程觀測(cè)。

3 河道水勢(shì)變化

通過(guò)對(duì)義縣、凌海水文站斷面上的河道水位、流量、地下水位變化情況進(jìn)行觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)干流河段各斷面地下水與地表水聯(lián)系比較密切，水庫(kù)放水時(shí)斷面地表水與地下水漲落過(guò)程基本一致；各斷面地表水位全年各時(shí)段均高于地下水位，近河水位高于遠(yuǎn)河水位，其補(bǔ)給關(guān)系為地表水高于地下水，補(bǔ)給方向從河道向兩側(cè)延伸。

4 理論公式計(jì)算

白石水庫(kù)放水后，水流自上而下經(jīng)過(guò)各控制斷面，其流量過(guò)程由矩形逐步演變成一個(gè)漲落過(guò)程，而且逐漸坦化。即峰頂流量逐漸減小，漲落過(guò)程逐步拖長(zhǎng)，峰現(xiàn)時(shí)間滯后。

4.1 河道滲漏補(bǔ)給率

當(dāng)河道水位高于岸邊附近地下水位時(shí)，河道水在重力促作用下，以滲漏的形式補(bǔ)給地下水。而當(dāng)白石水庫(kù)放水時(shí)，河道水位迅速上漲，增加了對(duì)地下水的補(bǔ)給量，補(bǔ)給量的大小在諸多因素影響下差別很大。它主要受河床巖性、河道流量、地下水埋深等因素的影響。河道滲漏補(bǔ)給量采用斷面測(cè)流法進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算公式如下：

式中：W為t時(shí)段內(nèi)斷面距離為L(zhǎng)的河段內(nèi)河道滲漏補(bǔ)給量，m3；WU，WL，WM分別為上、下、區(qū)間斷面在第 t時(shí)段內(nèi)水量，m3；WE為上、下斷面在第 t時(shí)段內(nèi)蒸發(fā)量，m3；QUi，QMi，QLi分別為上、下、區(qū)間斷面在第i時(shí)段內(nèi)平均流量，m3/s；△ti為第i個(gè)觀測(cè)時(shí)段，s；n為時(shí)段數(shù)；B為河段的平均水面寬，m；L為兩斷面的距離，m；E0為水面蒸發(fā)量；t為試驗(yàn)總時(shí)間。河道滲漏補(bǔ)給率與水庫(kù)放水流量對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算結(jié)果見表1。

4.2 抽水井吸奪率

白石水庫(kù)下游地區(qū)有很多水源工程，這些水源工程在河道內(nèi)或在河道附近設(shè)了許多抽水井，常年開采地下水，降低了地下水位，增加了河水對(duì)地下水的補(bǔ)給量，這個(gè)增加的量稱為抽水井對(duì)河水的吸奪率。

表1 河道滲漏補(bǔ)給率與水庫(kù)放水流量對(duì)應(yīng)關(guān)系

當(dāng)抽水井離河邊較近，并且抽水井開采的地下水層與河道水有直接的水力聯(lián)系時(shí)，抽水井的吸奪率可以用下式計(jì)算：

式中：P（u）為抽水井對(duì)河水流量的吸奪率；Q為抽水井設(shè)計(jì)流量；Q′為抽水井吸奪河水的增加流量；u=/4at；z=y/X0；a為含水層壓力傳導(dǎo)系數(shù)，m2/d；t為抽水歷時(shí)；X0為抽水井到河邊的距離，m；y為抽水影響的河段長(zhǎng)。各河段抽水井吸奪率的上邊界值計(jì)算結(jié)果見表2。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)控制斷面的觀測(cè)，基本摸清了白石水庫(kù)至下游河段的水文特征，了解了沿程各河段地表水，地下水補(bǔ)給形式，初步定量分析出水源工程對(duì)地表水吸奪可能達(dá)到的程度。綜合分析得到如下結(jié)論：

表2 各河段抽水井吸奪率的上邊界值

1）白石水庫(kù)建成后，下游徑流量受水庫(kù)調(diào)節(jié)影響，水庫(kù)供水是各水源工程主要補(bǔ)給源。

2）白石水庫(kù)放水時(shí)，河道內(nèi)將有部分水量通過(guò)滲漏和被吸奪補(bǔ)給地下水，滲漏補(bǔ)給率的大小和水庫(kù)放水的水量成反比。

3）各水源工程抽水井對(duì)河水的吸奪率取決于當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)條件、抽水井離主河道的距離以及抽水歷時(shí)。

4）隨著不同時(shí)期包氣帶含水量，地下水位高低及水源開采程度的不同，白石水庫(kù)水源對(duì)下游水源地的補(bǔ)給也肯定不同，需今后長(zhǎng)期對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析才能得出完整的規(guī)律。