徐聞城南示范區(qū)地下水補(bǔ)給量計(jì)算方法研究

張林生

摘要：隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，人們生活生產(chǎn)需水量持續(xù)增加，地下水開采量也越來越大。文章主要圍繞徐聞城南示范區(qū)地下水開發(fā)利用保護(hù)展開分析，通過其地下水補(bǔ)給量的科學(xué)計(jì)算，為區(qū)內(nèi)地下水資源的使用提供重要的數(shù)據(jù)支撐，真正將豐富地下水資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，以為相關(guān)人士參考。

關(guān)鍵詞：天然補(bǔ)給量；降雨入滲；越流補(bǔ)給量；計(jì)算

1.研究區(qū)概況

徐聞縣城南水源地農(nóng)業(yè)利用地下水示范研究區(qū)位于徐聞縣城西南側(cè)，擁有耕地27000畝，人口22090，經(jīng)濟(jì)以農(nóng)業(yè)為主，此區(qū)屬熱帶季風(fēng)氣候，無地表溪流，局部洼地有人工修筑的小型山塘，靠降雨聚水灌溉極少量農(nóng)田，其余人畜用水及農(nóng)業(yè)用水均取自地下水。區(qū)內(nèi)地下水開采較集中，在農(nóng)灌用水旺季的枯水期地下水開采量相對(duì)較大，但降水滲入補(bǔ)給充分，尚未形成區(qū)域性水位降落漏斗。

2.地下水補(bǔ)給量構(gòu)成

天然補(bǔ)給量中的降雨入滲補(bǔ)給量采用滲入法計(jì)算；旱坡地灌溉滲漏補(bǔ)給量根據(jù)實(shí)際灌溉水量（包括小山塘）和入滲系數(shù)進(jìn)行計(jì)算；生活用水入滲補(bǔ)給量等于示范區(qū)農(nóng)村生活用水與入滲系數(shù)之積；區(qū)外側(cè)向補(bǔ)給量用達(dá)爾西斷面流量法計(jì)算，見式（1）。

Q_總補(bǔ)=Q_降補(bǔ)3+Q_灌補(bǔ)+Q_生補(bǔ)+Q_{區(qū)外側(cè)補(bǔ)} （1）

根據(jù)區(qū)內(nèi)地下水類型及其之間的補(bǔ)、徑、排關(guān)系；淺層地下水獲得上述各項(xiàng)補(bǔ)給后，首先表現(xiàn)為水位升高，即一部分直接轉(zhuǎn)化為調(diào)節(jié)儲(chǔ)存量，而另一部分則沿水平方向徑流排泄或被人工開采，見式（2）。

Q_總補(bǔ)=Q_調(diào)+Q_逕+Q_采 （2）

根據(jù)地下水均衡原理，區(qū)內(nèi)淺層水（火山巖孔洞裂隙水）獲得的總補(bǔ)給量應(yīng)大致與總排泄量相等。因此可利用這種平衡關(guān)系建立如下均衡方程，用式（3）對(duì)人滲法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

Q_總補(bǔ)=Q_總排 （3）

區(qū)內(nèi)承壓含水層系統(tǒng)中，承壓地下水主要是垂向補(bǔ)給，各分層地下水天然資源可采用滲透強(qiáng)度法進(jìn)行分離計(jì)算。

3.地下水補(bǔ)給量計(jì)算方法及參數(shù)的確定

3.1降雨入滲補(bǔ)給量

（1）計(jì)算公式

Q_降補(bǔ)=F·α·x/365 （4）

式（4）中：Q-日平均降水入滲補(bǔ)給量（m³/d）；F-降水入滲的面積（m²）；α-年平均降水入滲系數(shù)；x-多年平均降雨量（m）。

（2）參數(shù)的確定

①接受降雨滲入巖土的分布面積F：用計(jì)算機(jī)在1：1萬水文地質(zhì)圖上圈定，示范區(qū)總面積24.73km²。

②多年平均降雨量x：采用徐聞縣氣象臺(tái)資料，考慮旱季降雨主要消耗于蒸發(fā)，據(jù)觀測，月降雨量<30mm時(shí)，對(duì)于地下水無補(bǔ)給意義，因此，計(jì)算時(shí)扣除月<30mm的降雨量。本次取131.3em作為多年平均降雨量進(jìn)行計(jì)算。枯水年降雨量采用徐聞氣象臺(tái)1987年資料，為78.8cm。

③入滲系數(shù)a：本次根據(jù)示范區(qū)內(nèi)及與區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件相似的長觀井，利用一次降雨量前后民井水位觀測資料計(jì)算。

式（5）中：△H-某次降雨過程所引起的水位上升值（m）；N-某次降雨量（m）；μ-水位變動(dòng)帶給水度：根據(jù)省水文隊(duì)實(shí)驗(yàn)資料和經(jīng)驗(yàn)值確定。

3.2旱坡地灌溉滲入補(bǔ)給量

（1）計(jì)算公式

Q_灌補(bǔ)=a·Q_灌 （6）

式（6）中：Q_灌補(bǔ)-農(nóng)灌水滲入補(bǔ)給量（萬m³/a）；a-降雨入滲系數(shù)；Q_灌-旱地實(shí)際灌溉水量（萬m³/a）。

（2）參數(shù)確定

①人滲系數(shù)a：與大氣降雨的入滲系數(shù)相同，取0.356。

②旱坡地實(shí)際灌溉水量Q灌：根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，采用示范區(qū)內(nèi)2001年實(shí)際灌溉用水量為480.13萬m³。

3.3農(nóng)村生活用水入滲補(bǔ)給量

（1）計(jì)算公式

Q_生補(bǔ)=α·Q_生用 （7）

式（7）中：Q_生補(bǔ)-農(nóng)村生活用水補(bǔ)給量（萬m³/a）；a-入滲系數(shù)；Q_生用-示范區(qū)農(nóng)村生活用水量（萬m³/a）。

（2）參數(shù)的確定

①入滲系數(shù)a：與大氣降雨的入滲系數(shù)相同，取0.356。

②農(nóng)村生活用水量Q_生用：根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，采用示范區(qū)內(nèi)2001年農(nóng)村實(shí)際生活用水量81.67萬m³。

3.4越流補(bǔ)給量計(jì)算

本工作區(qū)在淺層水水位高于中層水和中層水水位高于深層水的地區(qū)，存在自上而下逐層越流補(bǔ)給。根據(jù)區(qū)內(nèi)承壓水的補(bǔ)、徑、排特點(diǎn)，采用入滲強(qiáng)度法計(jì)算玄武巖孔洞裂隙水補(bǔ)給中層水、中層水補(bǔ)給深層水的水量。

（1）計(jì)算公式

Q_越=3.1536×107×5·△H·K/m （8）

式（8）中：Q_越-承壓水獲得的垂向越流補(bǔ)給量（萬m³/a）；S-補(bǔ)給面積（km²）；△AH-上、下兩含水層水位差（m）；K/m-越流系數(shù)，其中，K-弱透水層的垂向平均滲透系數(shù)（cm/s），m-弱透水層厚度平均值（m）。

（2）參數(shù)的確定

①越流補(bǔ)給面積S：淺層水水位高于中層水地區(qū)為中層水補(bǔ)給區(qū)；中層水水位高于深層水地區(qū)為深層水補(bǔ)給區(qū)。用計(jì)算機(jī)在1：1萬等壓線圖上求出。

②隔水層（或弱透水層）垂直滲透系數(shù)的確定：區(qū)內(nèi)玄武巖孔洞裂隙水與中層水之間往往是黏土相隔，采用本次所取的土樣并結(jié)合省水文隊(duì)2402疏干工程地質(zhì)勘查實(shí)驗(yàn)室測定的原狀土樣垂直滲透系數(shù)（10℃時(shí)）K=2.584×10^--cm/s（黏土）、K=1.67×10^-6cm/s（亞黏土）的平均值9.642×10^-7cm/s，和《1：20萬雷州半島區(qū)域水文地質(zhì)普查報(bào)告》鉆孔統(tǒng)計(jì)的平均值8.786×10^-7cm/s。本次取上述平均值的中值9.214×10^-7cm/s。中層水與深層水相隔多為下洋組粉砂質(zhì)黏土，采用本次測試和7145工程地質(zhì)勘查實(shí)驗(yàn)室測定的原狀土樣資料，K為9.975×10^-7cm/s。

③隔水層厚度（m）和水頭差（△H）：以近期示范區(qū)施工的開采井和實(shí)測的水位資料為主，選取具代表性鉆孔進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

3.5側(cè)向補(bǔ)給量計(jì)算

根據(jù)中層承壓水等水壓線的形狀，區(qū)外北側(cè)火山巖孔洞裂隙水側(cè)向補(bǔ)給區(qū)內(nèi)中層承壓水，用達(dá)爾西斷面流量法計(jì)算。

（1）計(jì)算公式

Q_{側(cè)補(bǔ)}=B·M·I·K （9）

式（9）中：Q_{側(cè)補(bǔ)}-區(qū)外火山巖孔洞裂隙水側(cè)向補(bǔ)給量（萬m³/a）；B-計(jì)算斷面長度（km）；M-含水層厚度（m）；I-水力坡度（‰）；K-滲透系數(shù)（萬m/a）。

（2）參數(shù)的確定

①斷面長度（B）：根據(jù)斷面控制鉆孔揭露含水層資料在1：1萬地形圖上量得。

②含水層厚度（M）：根據(jù)斷面控制鉆孔揭露含水層資料統(tǒng)計(jì)求取。

③水力坡度（I）：從1：1萬等水壓線圖上求得。

④滲透系數(shù)（K）：根據(jù)鉆孔（07、13、03）抽水試驗(yàn)資料求得滲透系數(shù)取平均值為4.155m/d（即0.152萬m/a）。

4.地下水補(bǔ)給量計(jì)算結(jié)果

經(jīng)計(jì)算，區(qū)內(nèi)地下水天然補(bǔ)給量為1449萬m³/a，其中多年平均降雨入滲補(bǔ)給量為1156萬m³/a，占79.8%，旱坡地灌溉入滲補(bǔ)給量為171萬m³/a，占11.8%；農(nóng)村生活用水入滲補(bǔ)給量為29萬m³/a，占2.0%；區(qū)外火山巖孔洞裂隙水對(duì)中層承壓水側(cè)向補(bǔ)給量為93萬m³/a，占6.4%。

各層地下水補(bǔ)給量如下：淺層地下水天然資源為846萬m³/a，占全區(qū)地下水天然資源總量的58.4%；中層水天然資源為246萬m³/a，占總量的17.0%；深層水天然資源357萬m³/a，占總量的24.6%。

5.結(jié)束語

綜上所述，地下水補(bǔ)給是地下水系統(tǒng)的基本組成部分，為科學(xué)確定地下水允許開采量，實(shí)現(xiàn)地下水資源的合理開發(fā)利用和有效保護(hù)，必須重視地下水補(bǔ)給計(jì)算，根據(jù)不同補(bǔ)給來源選擇合適的計(jì)算方法，如滲入法、達(dá)爾西斷面流量法等，隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，可積極采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，構(gòu)建地下水資源開發(fā)管理模型和信息系統(tǒng)，為科學(xué)指導(dǎo)區(qū)內(nèi)地下水開發(fā)和監(jiān)督管理打下基礎(chǔ)。