水資源論證工作中山丘區(qū)地下水資源量計算方法

張曉紅

摘 要：地下水資源量的計算是水資源論證工作中地下水取水水源論證一節(jié)的重要工作。本文以河北某山丘區(qū)河流為例，通過調(diào)查分析當?shù)氐乃牡刭|(zhì)條件和資料，采用1956年至2010年的水文資料分析計算位于河口附近水源地的淺層地下水可開采量。

關鍵詞：地下水 潛流量 基流量 達西公式 開采量

1.基本情況簡介

地下水資源量的計算是水資源論證工作中地下取水水源論證一節(jié)的重要工作。因水文地質(zhì)條件和資料的豐富程度，以及對計算成果不同的精度要求，常用的方法有水均衡法、數(shù)值法、概率統(tǒng)計分析法等。地下水的類型一般分為淺層孔隙水、深層孔隙承壓水、裂隙水和巖溶水。本文主要采用河北某山丘區(qū)河流的水文資料分析計算位于河口附近水源地的淺層地下水可開采量。

2.理論與應用實例

天然條件下地下水的補給來源主要有：①河谷兩側支溝的側向徑流補給；②河谷上游潛水徑流補給；③河谷區(qū)域上降水入滲補給。排泄項有：①河谷向下游的潛水徑流；②向河道的徑流排泄，補給河道地表水；③潛水蒸發(fā)；④人工開采排泄。隨著開采量的增加，地下水的補給、徑流、排泄條件在一定區(qū)段會產(chǎn)生變化，在開采量較大的地區(qū)，由地下水補給河道地表水，轉變成河道地表水滲漏補給地下水。

根據(jù)《水資源評價導則》（SL T238-1999），山丘區(qū)地下水資源數(shù)量評價可只進行排泄量計算。山丘區(qū)地下水排泄量包括河川基流量、山前泉水出流量、山前側向流出量、河床潛流量、潛水蒸發(fā)量和地下水實際開采凈消耗量。一般在論證范圍內(nèi)，由于山前泉水出流量、山前側向流出量和潛水蒸發(fā)量所占比重較小，可以忽略不計，所以，區(qū)域地下水資源量可簡化為河川基流量、河床潛流量和地下水開采凈消耗量之和。

2. 1水源地水文地質(zhì)條件及參數(shù)

（1）水源地水文地質(zhì)勘察

1995年，河北省地勘局第三水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊在冀北地區(qū)進行了水文地質(zhì)普查，并編制了《中華人民共和國區(qū)域水文地質(zhì)普查報告（冀北地區(qū)）》，通過普查，基本查明了冀北地區(qū)地下水形成條件、賦存規(guī)律及其分布特點。松散巖類孔隙水是本區(qū)有開采價值的主要地下水資源，賦水段主要分布于近河谷地帶，根據(jù)現(xiàn)場勘察資料，水源地所在區(qū)域水文地質(zhì)條件簡單、構造不發(fā)育，屬現(xiàn)代地質(zhì)構造活動的較穩(wěn)定區(qū)。

該流域地下水類型為潛水，含水層巖性以砂卵礫石為主，厚度為2.0～10.0m，包氣帶巖性主要為亞砂土及細砂，厚度為0.4～6m，含水層滲透系數(shù) 30～300m/d，透水性較強。水化學類型為HCO3-Ca型，礦化度一般小于0.7g/L。上游斷面的側向徑流補給及大氣降水入滲是水源地地下水的主要補給來源，下游地下徑流或人工開采為主要排泄途徑。

（2）水源地水文地質(zhì)參數(shù)確定

本次論證考慮水源地位于一較小支流上，結合附近調(diào)查資料，從偏于安全的角度最終確定K=100m/d。參考以上地質(zhì)勘察資料，確定含水層平均厚度H=4.0m。過水斷面寬度B=200m。地下水水力坡度I參考《中華人民共和國區(qū)域水文地質(zhì)普查報告（冀北地區(qū)）》和實際勘測數(shù)據(jù)，最終確定I=0.0036。

2.2河床潛流量分析

河床潛流量采用達西公式計算：Qq=K·H·B·I·T，計算結果詳見表1。式中：

Qq—河床潛流量（萬m3/年）

K—含水層滲透系數(shù)（m/d）

H—含水層平均厚度（m）

B—過水斷面寬度（m）

I—地下水水力坡度

T—時間（d）

2.3評價范圍河川基流量

基流量的計算可采用附近水文站資料，經(jīng)切割基流，求得水文站基流、徑流比值，采用典型年法確定不同頻率的基徑比，乘以評價范圍不同頻率地表來水量（該數(shù)值為扣除現(xiàn)狀水平年評價范圍內(nèi)用水凈消耗量后的徑流量），求得評價范圍河川基流量。經(jīng)分析，評價范圍多年平均河川基流量為1020.3萬m3，95%頻率河川基流量為289.8萬m3。詳見表2。

2.4評價范圍地下水資源總量

評價范圍地下水資源總量為河川基流量與河床潛流量之和。本區(qū)域地下水長期處于動態(tài)均衡狀態(tài)，從年際變化來看，地下水水位沒有明顯系統(tǒng)變化，年平均地下水位相對穩(wěn)定，因此，本區(qū)域不同保證率的潛流量可以看作是一個穩(wěn)定的數(shù)值。經(jīng)計算，評價范圍多年平均地下水資源量為1030.8萬m3，95%頻率地下水資源量為300.3萬m3。詳見表3。

2.5評價范圍地下水資源可開采量

地下水資源可開采量是指在技術條件上可行、經(jīng)濟上合理，在整個開采期內(nèi)動水位不超過允許值，水質(zhì)、水量不超過允許范圍，不發(fā)生危害性環(huán)境地質(zhì)現(xiàn)象和影響已建水源地的正常運行，在此基礎上的地下水開采量。

本次論證根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)條件、地下水開采情況等確定地下水的允許開采量計算采用可開采系數(shù)法，

Q資源量—地下水資源總量

ρ—可開采系數(shù)

ρ是表征地下水可開采條件的參數(shù)，需根據(jù)含水層巖性、厚度、地下水埋深和單井出水量等因素來確定。根據(jù)《全國水資源綜合規(guī)劃技術細則（2002年）》的補充細則《地下水資源量及可開采量補充細則（試行）》，“含水層顆粒粗、厚度大、調(diào)節(jié)能力強的地區(qū)，ρ可取0.8～1.0；含水層顆粒細、厚度小、開采條件較差的區(qū)域，ρ可取0.6～0.7?！北敬畏治龈鶕?jù)水源地的水文地質(zhì)條件和本區(qū)域的水資源特點，不同頻率的可開采系數(shù)率均取0.7，經(jīng)計算，評價范圍多年平均地下水資源可開采量為721.6萬m3，95%頻率地下水資源可開采量為210.2萬m3。詳見表4。

3.結語

區(qū)域內(nèi)地表水和地下水的補排關系為：絕大部分河流排泄地下水，局部地段河流有地表水入滲補給地下水現(xiàn)象，但入滲補給量和大氣降水入滲量相比較，所占比例很小，可忽略不計。所以山區(qū)垂向補給量主要為大氣降水入滲補給量和地表水灌溉入滲補給量，大氣降水入滲補給量采用大氣降水入滲系數(shù)法計算。側向補給量僅指工作區(qū)外流入系統(tǒng)內(nèi)的地下水量。系統(tǒng)之間的相互補給為系統(tǒng)內(nèi)地下水的相互轉化，不影響整個系統(tǒng)的天然資源量變化，所以不予以計算。其側向補給量可采用達西公式計算?？砷_采量計算的常用方法有水均衡法、數(shù)值法和概率統(tǒng)計分析法。在多年平均地下水資源量計算成果和水文地質(zhì)勘察成果的基礎上，采用實際開采量法、可開采系數(shù)法、平均布井法，以均衡計算區(qū)為單元，以此進行山丘地下水可開采量的計算。

參考文獻：

[1]中華人民共和國區(qū)域水文地質(zhì)普查報告（冀北地區(qū)）[S]，河北省地勘局第三水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊，1995年.

[2]建設項目水資源論證培訓教材（水利部水資源司）[Z].

[3]張元禧、施鑫源.地下水水文學[J].中國水利水電出版社，1998.

[4]河北省地下水（1999年）[Z].