水源地供水保證率分析評(píng)價(jià)

王鳳和

(遼寧省錦州水文局，遼寧 錦州 121000)

水源地供水保證率分析評(píng)價(jià)

王鳳和

(遼寧省錦州水文局，遼寧 錦州 121000)

水源地承擔(dān)著為城鎮(zhèn)工業(yè)、生活及服務(wù)業(yè)供水重要任務(wù)，供水保證率是評(píng)價(jià)水源地是否能夠安全保障供水的衡量指標(biāo)。采用水均衡法對(duì)水源地的地下水補(bǔ)給量、排泄量、儲(chǔ)存量等進(jìn)行計(jì)算分析，并對(duì)水源地的供水保證率進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，確定水源地能否安全供水。

水源地;供水保證率;水均衡法;分析評(píng)價(jià)

1 概況

水源地位于錦州市黑山縣新立屯鎮(zhèn)東北，東沙河河谷平原上，該水源地主要為新立屯鎮(zhèn)城鎮(zhèn)生活、工業(yè)及其他用水戶供水。水源地現(xiàn)有抽水井5眼，分布在新立屯鎮(zhèn)靠山屯村及荒地村。日單井設(shè)計(jì)出水能力為1 160 m3，水源地現(xiàn)狀日取水能力為5 800 m3，現(xiàn)狀年取水量為211.7萬 m3，現(xiàn)狀條件下水源地取水能夠達(dá)到設(shè)計(jì)取水量。

水源地所在的黑山縣新立屯鎮(zhèn)處于北溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均氣溫8℃，多年平均降水量520.4 mm，最小年份274.6 mm，最大年份851.4 mm。多年平均蒸發(fā)量400.45 mm。

區(qū)內(nèi)主要河流為東沙河，河流總長(zhǎng)142.7 km，多年平均徑流量5 816×104m3。徑流量受降水影響，主要集中在六至九月，其中八月份最大。

2 水源區(qū)水文地質(zhì)條件

2.1 地下水賦存條件及分布規(guī)律

水源地位于東沙河中游河谷平原上，第四紀(jì)沉積物發(fā)育，表層為薄層亞粘土、亞砂土，下部為砂礫石、砂礫卵石。地下水的儲(chǔ)存空間顆粒粗、孔隙大、透水性好。區(qū)內(nèi)含水層厚度由西北向東南漸厚，含水巖性為砂、砂礫石，透水性較好，單井出水量500～1 000 m3/d。

2.2 地下水的補(bǔ)、徑、排條件

2.2.1 地下水的補(bǔ)給條件

水源區(qū)內(nèi)地下水的補(bǔ)給來源主要有大氣降水入滲補(bǔ)給、山區(qū)側(cè)向徑流補(bǔ)給、上游河谷地下水徑流補(bǔ)給及灌溉水入滲補(bǔ)給等。

2.2.2 地下水的徑流、排泄條件

區(qū)內(nèi)地下水的徑流主要受地形地貌及水文地質(zhì)條件的影響。因本區(qū)位于東沙河河谷平原，地勢(shì)平坦，地下水水力坡度多在3‰左右，地下水總體流向?yàn)楸蔽鳌蠔|，含水層分布連續(xù)、徑流條件較好。

區(qū)內(nèi)地下水的排泄主要表現(xiàn)為以下幾種形式:人工開采排泄、潛水蒸發(fā)排泄、地下水向河水的排泄、地下水徑流排泄等。

根據(jù)遼寧省黑山縣綜合水文地質(zhì)勘察報(bào)告及黑山縣地下水均衡計(jì)算要素圖，結(jié)合2013黑山縣城鎮(zhèn)供水地下水源地水位監(jiān)測(cè)成果表，此水源區(qū)不發(fā)生潛水蒸發(fā)排泄及地下水向河水的排泄。

3 地下水資源計(jì)算與評(píng)價(jià)

3.1 均衡要素確定

區(qū)內(nèi)影響地下水動(dòng)態(tài)變化的主要均衡要素其補(bǔ)給項(xiàng)有:大氣降水入滲;河水入滲;上游河谷地下水徑流補(bǔ)給;山區(qū)地下水側(cè)向補(bǔ)給;農(nóng)田灌溉回滲。消耗項(xiàng)有:工農(nóng)業(yè)開采;地下水徑流流出。

3.2 地下水基本均衡公式

按上述均衡要素，建立地下水基本均衡方程式如下:

式中:±μΔHF為地下水體積變化量(萬 m);Q降滲為大氣降水入滲補(bǔ)給量(萬 m3);Q河滲為河水入滲補(bǔ)給量(萬m3);Q側(cè)補(bǔ)為山區(qū)地下水側(cè)向補(bǔ)給量(萬 m3);Q灌補(bǔ)為農(nóng)田灌溉水入滲補(bǔ)給量(萬 m3);Q徑入為上游河谷地下水徑流流入補(bǔ)給量(萬 m3);Q工開為工業(yè)(或城市)地下水開采量(萬m3);Q農(nóng)開為農(nóng)業(yè)地下水開采量(萬 m3);Q徑出為地下水徑流流出量(萬 m3);Q人飲為人畜飲用水開采量(萬 m3)。

3.3 均衡計(jì)算

3.3.1 地下水補(bǔ)給量計(jì)算

1)降水入滲補(bǔ)給量(Q降滲)

計(jì)算公式:Q降滲=10－1×α×P×F

式中:P為降水量(mm);α為降水入滲補(bǔ)給系數(shù)(無因次):F為補(bǔ)給區(qū)計(jì)算面積(km2)。

降水量選用設(shè)計(jì)頻率平水年(P=50%)503.6 mm、偏枯年(P=75%)421.2 mm、枯水年(P=95%)323.8 mm 進(jìn)行計(jì)算，降水入滲補(bǔ)給系數(shù)按亞砂土取值為0.267 8。補(bǔ)給區(qū)計(jì)算面積為 13.69 km2。

計(jì)算結(jié)果見表1。

2)河水入滲補(bǔ)給量(Q河滲)

因目前尚無東沙河上、下游斷面測(cè)流資料，故河水入滲補(bǔ)給量(Q河滲)采用河徑流量乘以經(jīng)驗(yàn)系數(shù)計(jì)算。

計(jì)算公式:Q河滲=δ×Q徑流

式中:Q徑流為實(shí)測(cè)河流徑流量;δ為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)取值0.1，計(jì)算結(jié)果見表2。

表1 降水入滲量計(jì)算成果表

表2 河水入滲補(bǔ)給量計(jì)算成果表

3)上游河谷地下水徑流流入補(bǔ)給量(Q徑入)

式中:K為滲透系數(shù)(m/d);H為過水?dāng)嗝婧畬悠骄穸?m);B為過水?dāng)嗝鎸挾?(m);I為地下水水力坡度，計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 上游河谷地下水徑流流入量計(jì)算成果表

4)山前地下水側(cè)向補(bǔ)給量(Q側(cè)補(bǔ))

水源區(qū)上游及兩側(cè)山丘與平原交界斷面上，山丘區(qū)基巖裂隙水以地下徑流的形式補(bǔ)給水源區(qū)內(nèi)地下水，其補(bǔ)給量采用徑流模數(shù)法計(jì)算。

式中:F為側(cè)向補(bǔ)給面積以地表分水嶺劃分的流域匯水面積(km2);M為地下水開采剩余徑流模數(shù)(dm2/s·km2)，計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 山前地下水側(cè)向補(bǔ)給量計(jì)算成果表

5)農(nóng)田灌溉水入滲補(bǔ)給量(Q灌補(bǔ))

計(jì)算公式:Q灌補(bǔ)=α×Q農(nóng)灌

式中:Q農(nóng)灌為農(nóng)業(yè)灌溉用水量;α為灌溉水回滲系數(shù)，計(jì)算結(jié)果見表5。

表5 灌溉水回滲量計(jì)算成果表

綜上所述各項(xiàng)補(bǔ)給量的計(jì)算，不同頻率年的補(bǔ)給量見表6。

表6 不同頻率年地下水補(bǔ)給資源一覽表萬m3/a

3.3.2 地下水消耗量計(jì)算

1)工業(yè)開采量(Q工開)，工業(yè)開采為常年連續(xù)性開采相對(duì)穩(wěn)定，年開采量為18.1萬 m3。

2)市政水源開采量(Q市開)，年開采量為142.7萬 m3。

3)農(nóng)業(yè)灌溉開采量(Q農(nóng)開)，農(nóng)業(yè)開采為水澆地、菜田及果林灌溉等用水，年開采量為375.75萬 m3。

4)人畜飲水用開采采量(Q人飲)，年開采量為15.94萬m3。

5)地下水徑流流出量(Q徑出)，年開采量為103.0萬 m3。

水源區(qū)地下水消耗量為上述5項(xiàng)合計(jì)為405.0萬 m3/a。

4 儲(chǔ)存資源量計(jì)算

地下水儲(chǔ)存量是指含水層在降水、徑流長(zhǎng)期補(bǔ)排過程積累起來的資源量，在地下水的采補(bǔ)均衡中起著重要調(diào)節(jié)作用。

計(jì)算公式:Qc=100HCP×F×μ

式中:Qc為儲(chǔ)存資源(萬 m3);HCP為含水層平均厚度(m);F為計(jì)算區(qū)面積(km2);μ為含水層給水度，計(jì)算結(jié)果見表7。

表7 地下水儲(chǔ)存資源計(jì)算成果表

5 地下水可開采資源補(bǔ)給保證程度分析

地下水可開采資源是以補(bǔ)給資源為保證條件。各項(xiàng)補(bǔ)給量的形成不是同時(shí)的，并有多年變化特點(diǎn)，枯水年補(bǔ)給量不足，可利用地下水儲(chǔ)存量的條件功能，維持正常開采，待豐水年動(dòng)用的儲(chǔ)存量得以補(bǔ)償。以豐補(bǔ)欠的原則用水量平衡法進(jìn)行評(píng)價(jià)論證?，F(xiàn)將所計(jì)算的各項(xiàng)補(bǔ)給量和排泄量列于水量平衡見表8。

表8 水源地地下水資源平衡計(jì)算表

由水源地地下水資源平衡計(jì)算表可見，在設(shè)計(jì)頻率分別為50%(平水年)、75%(偏估年)、95%(枯水年)的情況下，水源區(qū)地下水補(bǔ)給量均大于排泄量，平水年余水100萬 m3、偏估年余水57.4萬 m3、枯水年余水6.7萬 m3;計(jì)算出地下水補(bǔ)給量對(duì)水源區(qū)現(xiàn)狀開采量的保證率分別達(dá)到167.2%(平水年)、153.1%(偏估年)、136.3%(枯水年)。

以設(shè)計(jì)頻率50%(平水年)為基準(zhǔn)計(jì)算水源地現(xiàn)狀開采率為59.8%，根據(jù)《全國(guó)城市引用水水源地安全狀況評(píng)價(jià)安全細(xì)則》規(guī)定地下水開采率小于85%，水量安全性指數(shù)為1級(jí)，即最高級(jí)。因此該水源地能夠保證新立屯城鎮(zhèn)生活、工業(yè)及其他用水，為供水量安全水源地。

［1］劉利生.水資源評(píng)價(jià)方法與實(shí)例［M］.北京:水利水電出版社.2011:140－181.

［2］張立福.淺談地下水資源的計(jì)算與評(píng)價(jià)［J］.水利科技與經(jīng)濟(jì).2010(12):1328－1332.

［3］全國(guó)城市飲用水水源地安全狀況評(píng)價(jià)技術(shù)細(xì)則［M］.水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院.2005.10.

P641.6

B

1004－1184(2015)04－0095－02

2015－06－03

王鳳和(1971－)，男，遼寧阜新人，高級(jí)工程師，主要從事水文勘測(cè)、水資源評(píng)價(jià)、論證等工作。