山丘區(qū)地下水資源量分析計(jì)算

劉英學(xué)

(河北省邢臺水文水資源勘測局，河北邢臺054000)

0 引言

埋藏在地表以下巖土孔隙、裂隙及溶隙(包括溶洞等)的水稱為地下水。地下水在國民經(jīng)濟(jì)中占有極及重要在的位置。

隨著社會的發(fā)展，需水量日益增加，許多地區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重超采地下水的狀況，不同程度存在區(qū)域性地下水位持續(xù)下降、單井出水量衰減、水質(zhì)惡化和地面沉降等不良現(xiàn)象。因此，合理地開發(fā)利用地下水資源是亟待解決的問題，地下水資源計(jì)算是合理開發(fā)利用水資源的前提。

1 一般山丘區(qū)地下水資源計(jì)算

山丘區(qū)地下水的總補(bǔ)給量為大氣降水入滲補(bǔ)給量。由于山丘區(qū)地下水的分布具有不均勻性、方向性和分帶、分段性，受研究程度和資料的限制，直接計(jì)(估)算地下水的補(bǔ)給量存在一定的困難。

但是，由于山丘區(qū)地形起伏，高差懸殊，河床深切，同時含水層較薄，調(diào)蓄性較差，接受大氣降水入滲補(bǔ)給后，形成地下徑流，經(jīng)過相對較短的徑流途徑以泉或潛流形式排入河流，排泄機(jī)制較為簡單。故按地下水均衡原理，可以用各項(xiàng)排泄量之和近似代表山丘區(qū)的地下水資源量。

基巖山丘區(qū)地下水總排泄量包括:河川基流量、山前側(cè)向流出量、未計(jì)入河川徑流量的山前泉水出露量、地下水實(shí)際開采凈消耗量、潛水蒸發(fā)量等。山丘區(qū)地下水資源計(jì)算公式為:

式中:Q總排為地下水總排泄量，104m3/a;Rg為河川基流量，104m3/a;Q側(cè)為山前側(cè)向排出量，104m3/a;Q泉為未計(jì)入河川徑流量的山前泉水出露量，104m3/a;Q采為地下水實(shí)際開采凈耗量，104m3/a;ε為潛水蒸發(fā)量，104m3/a［1］。

1.1 河川基流量計(jì)算

河川基流量是山丘區(qū)地下水的主要排泄項(xiàng)。可通過分割逐日河川徑流量過程線的方法計(jì)算。

所選用分割基流的水文站有如下要求:

1)水文站具有比較完整、連續(xù)的逐日河川徑流量觀測資料。

2)水文站所控制的流域閉合，地表水與地下水的分水嶺基本一致。

3)按地形地貌、水文氣象、植被和水文地質(zhì)條件，選擇各種有代表性的水文站。

4)水文站的控制流域內(nèi)受人類活動影響較少。

分割基流常用的方法為直線斜割法。

對有水文站控制，但受各種因素的影響無法分割基流量的計(jì)算分區(qū)，根據(jù)地形地貌、水文氣象、植被和水文地質(zhì)條件相類似計(jì)算單元的基流比，計(jì)算分區(qū)基流量。

對沒有水文站控制的計(jì)算分區(qū)，根據(jù)地形地貌、水文氣象、植被、水文地質(zhì)條件相類似區(qū)域逐年的河川基流模數(shù)，按照類比法原則，確定計(jì)算分區(qū)的河川基流模數(shù)，計(jì)算分區(qū)的河川基流量［2］。

根據(jù)上述條件，選取西臺峪、臨城水庫水文站共52站年徑流資料進(jìn)行基流分割，然后對評價計(jì)算區(qū)1980—2005年的基流量進(jìn)行匯總，建立匯總分區(qū)的河川徑流量與河川基流量相關(guān)關(guān)系 R～Rg。以1980—2005年為現(xiàn)狀條件，對1956—1979年基流量系列做出系列一致性修正，得出1956—2005年現(xiàn)狀條件下的分區(qū)基流量系列。經(jīng)計(jì)算多年平均基流量為2 961.6萬 m3。

1.2 山前側(cè)向流出量

山前側(cè)向流出量是指山丘區(qū)地下水以地下潛流形式向平原區(qū)排泄的水量，采用剖面法計(jì)算。采用達(dá)西計(jì)算公式為:

式中:K為滲透系數(shù);M為含水層厚度;I為水力坡度;L為斷面長度。

1.3 山前未控泉水出露總量

山前泉水出露量是指出露于山丘區(qū)與平原區(qū)交界處且未計(jì)入河川徑流量的泉水水量之和［3］。

1.4 地下水開采凈消耗量

山丘區(qū)地下水開采量，主要為山丘區(qū)人畜用水及河谷地帶的工業(yè)、生活和農(nóng)業(yè)用水。近年來山區(qū)地下水開采量的不斷增加，使得地下水開采凈消耗量成為山區(qū)地下水的重要排泄項(xiàng)［4］。一般采用開采凈消耗系數(shù)法計(jì)算。計(jì)算公式為:

式中:Q凈耗為開采凈消耗量，104m3/a;W采為地下水開采量;ρ為開采凈消耗系數(shù)。

根據(jù)已有資料確定山區(qū)地下水灌溉回歸系數(shù)β，(1-β)即為農(nóng)業(yè)開采凈消耗系數(shù)，取值范圍在0.75～0.85。以山區(qū)工業(yè)用水的多年平均耗水率作為工業(yè)開采凈消耗系數(shù)，取值范圍在0.25～0.40。

1.5 潛水蒸發(fā)量

潛水蒸發(fā)量采用系數(shù)法計(jì)算公式為:

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(jì)算面積，km2。

2 巖溶山丘區(qū)地下水資源計(jì)算

巖溶山丘區(qū)地下水資源量計(jì)算采用補(bǔ)給量法，用排泄量法校核。水文地質(zhì)參數(shù)，本次計(jì)算主要根據(jù)《河北省邯邢基地區(qū)域水文地質(zhì)勘察報告》和《河北地下水》中的水文地質(zhì)參數(shù)。大氣降水在巖溶裸露區(qū)的入滲系數(shù)a1=0.20;大氣降水在巖溶淺埋區(qū)的入滲系數(shù)a2=0.10。

降雨入滲補(bǔ)給量是指降水通過裸露灰?guī)r的滲入量和滲入到淺埋區(qū)土壤并在重力作用下滲透補(bǔ)給巖溶地下水量。年降水入滲補(bǔ)給量的計(jì)算公式為:

式中:Q為年降水入滲補(bǔ)給量，104m3/a;P為年降水量，104m3/a，α1α2為年降水入滲補(bǔ)給系數(shù)，104m3/a。

3 結(jié)語

不同評價類型區(qū)地下水的入滲條件和補(bǔ)給水源差別較大，資源量的年際變化也因之而異:

1)山丘區(qū)地下水主要由降水入滲補(bǔ)給，排泄條件好，但受入滲能力的限制，豐水年份與枯水年份的補(bǔ)給量相差不大，山丘區(qū)Cv值變化在0.40～0.62，極值比為6～8，小于同期降水量的極值比4.0～6.7。

2)平原區(qū)地下水資源量中，降水入滲補(bǔ)給量占70%以上，是地下水資源量的主要補(bǔ)給來源［5］。地下水資源量中除降水入滲補(bǔ)給量外，還有不穩(wěn)定的地表水體補(bǔ)給量，故其年際變化較大。

由1980—2005年的系列進(jìn)行頻率分析可知其Cv值變化在0.58～0.72，極值比在9～14.5，均大于降水量的年際變化。

［1］丁炳坤.工程水文學(xué)［M］.北京:中國水利水電出版社，1994.

［2］胡春歧，劉惠霞，胡軍波.紫荊關(guān)以上流域下墊面條件變化對產(chǎn)匯流影響分析［J］.南水北調(diào)與水利科技，2008，5(01):50-52，2006，(6):245-246.

［3］趙琳琳，肖長來，陳昌亮.楊家杖子經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)地下水資源評價［J］.節(jié)水灌溉，2013(06):8-10.

［4］王柏強(qiáng)，孫德利，王大勇.鳳鳴山截潛工程地下水資源計(jì)算及分析［J］. 黑龍江水利科技，2010，38(06):150-151.

［5］臧紅飛，寧顯林，陳軍鋒，金芳義.交口縣巖溶地下水資源量估算［J］. 地下水，2010，32(04):66-67.