節(jié)水增糧取水水源供水量計(jì)算與可靠性分析

常英明

（遼寧省葠窩水庫管理局有限責(zé)任公司，遼寧 遼陽）

凌源市節(jié)水增糧行動(dòng)項(xiàng)目共實(shí)施節(jié)水改造灌溉21.93 萬畝，涉及20 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、66 個(gè)片區(qū)，結(jié)合區(qū)域的水文與地質(zhì)情況，將片區(qū)共劃為24 個(gè)單元，采用滴灌形式，將區(qū)域1462 眼改造井作為節(jié)水增糧灌溉水源。目前灌溉采用漫灌的灌溉方式，實(shí)際灌溉用水量為2741 萬m3，節(jié)水灌溉實(shí)施后，總?cè)∷繛?323.5 萬m3，將比現(xiàn)狀年減少1417.5 萬m3。本次以論證單元（一）為例，計(jì)算可供水量，分析該單元節(jié)水增糧取水水源可靠性。

1 基本概況

論證單元（一）主要分布在青龍河沿岸，為季節(jié)性河流，區(qū)域內(nèi)無大蓄水工程。涉及刀爾登鎮(zhèn)的南營子村和北營子村，總面積56.01 km2，其中論證單元面積9.264 km2。論證區(qū)現(xiàn)有機(jī)電井51眼，改造機(jī)電井40 眼?，F(xiàn)狀年論證單元總灌溉面積6000 畝，種植的玉米作物灌溉定額125 m3/畝，則年灌溉用水量75 萬m3，采用漫灌，灌溉時(shí)間為4 月～9 月。項(xiàng)目實(shí)施后灌溉方式為膜下滴灌，項(xiàng)目片區(qū)用水量為36.21 萬m3。

區(qū)域多年平均降雨量531 mm，地質(zhì)主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積層，上部為亞粘土，下部為砂軟礫石，顆粒成分變化較大，礫石多呈棱角狀、渾圓狀，有石英砂巖、頁巖侵入體。含水層厚度5 m～10 m，地下水埋深4 m～8 m，滲透系數(shù)20 m/d～40 m/d，涌水量700 m3/d～900 m3/d。

2 論證區(qū)規(guī)劃2020 年需水量預(yù)測

結(jié)合區(qū)域用水量調(diào)查，通過分析與計(jì)算，現(xiàn)狀總用水量169.7 萬m3，全部為地下水開采，其中居民生活用水量為28.7 萬m3，工業(yè)用水量20.0 萬m3，農(nóng)業(yè)用水量121.0 萬m3。考慮社會(huì)經(jīng)濟(jì)及節(jié)水，預(yù)測規(guī)劃2020 年總需水量為138.2 萬m3，其中規(guī)劃年本項(xiàng)目需水為36.21 萬m3；項(xiàng)目實(shí)施后較現(xiàn)狀年節(jié)水38.79 萬m3。論證區(qū)域規(guī)劃年需水預(yù)測情況見表1。

表1 論證區(qū)域規(guī)劃年需水預(yù)測情況表 單位：萬m3

3 地下水資源量計(jì)算與分析方法

關(guān)于源匯項(xiàng)的處理，本區(qū)域的源匯項(xiàng)主要包括河流側(cè)滲補(bǔ)給量、大氣降水入滲補(bǔ)給量、山前側(cè)滲補(bǔ)給量、人工開采量、河道排泄量和側(cè)向潛流量。

3.1 補(bǔ)給量計(jì)算方法

（1）河流側(cè)滲補(bǔ)給量

根據(jù)勘察資料及地下水動(dòng)態(tài)觀測資料，在天然條件下，區(qū)域內(nèi)補(bǔ)給地下水。利用下式計(jì)算側(cè)滲補(bǔ)給量：

式中：Q 河補(bǔ)為河流側(cè)滲補(bǔ)給量，m3/d；K 為計(jì)算斷面含水層的滲透系數(shù)，m/d；H 為計(jì)算時(shí)段河水位至含水層底板厚度，m；B為河水補(bǔ)給帶寬度，m；I 為斷面處水力坡度。

（2）大氣降水入滲補(bǔ)給量

降水入滲量的多少，主要受地層巖性等地質(zhì)條件的影響。區(qū)域內(nèi)地下水水為上底層主要為亞粘土和砂軟礫石。降水補(bǔ)給地下水較少。采用下面的公式計(jì)算降水入滲補(bǔ)給量：

式中：Q 降為大氣降水入滲補(bǔ)給量，m3/d；α 降為降水入滲系

數(shù)；P 為多年平均有效降雨量，mm；F 為降水入滲面積，km2。

（3）山前側(cè)滲補(bǔ)給量

采用統(tǒng)計(jì)論證區(qū)邊界匯水面積，將匯水區(qū)的大氣降水入滲補(bǔ)給量作為山前側(cè)滲補(bǔ)給量。

式中：Q 山補(bǔ)為山前側(cè)滲補(bǔ)給量，m3/d；S 為匯水區(qū)面積，km2。

3.2 排泄量計(jì)算方法

區(qū)域內(nèi)潛水排泄量主要包括以下幾個(gè)方面：（1）人工開采量

根據(jù)當(dāng)?shù)厮块T提供的資料，并參考對當(dāng)?shù)卣{(diào)查，整個(gè)區(qū)域生活、工業(yè)及農(nóng)業(yè)用水全部為地下水。按照用水定額及社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算區(qū)域開采量。

（2）河道排泄量

當(dāng)河道水位低于兩岸地下水位時(shí)，地下水向河道排泄水量，本次河道排泄量按照下式計(jì)算：

式中：Q山補(bǔ)為河道的排泄量，m3/d；F 為降水入滲面積，km2；M基為河道基流模數(shù)，萬m3/（d·km2）。

（3）側(cè)向潛流量

側(cè)向潛流量發(fā)生在山前河谷平原，以潛流方式流出。利用下式計(jì)算側(cè)向潛流量：

式中：Q潛流為側(cè)向潛流量，m3/d；K 為計(jì)算斷面含水層的滲透系數(shù)，m/d；H 為計(jì)算時(shí)段河水位至含水層底板厚度，m；C 為河水潛流帶寬度，m；I 為斷面處水力坡度。

3.3 地下水開采量計(jì)算方法

單個(gè)潛水完整井出水量計(jì)算采用裘布依公式：

式中：Q 為大口井出水量，m3/d；K 為含水層的滲透系數(shù)，m/d；H為含水層厚度，m；S 為潛水完整井設(shè)計(jì)水位降深，m；R 為影響半徑，m；r 為大口井半徑，m。

3.4 水文地質(zhì)參數(shù)選取

根據(jù)抽水試驗(yàn)及區(qū)域水文地質(zhì)資料等成果，確定論證單元各項(xiàng)計(jì)算參數(shù)如表2 所示。

表2 計(jì)算參數(shù)成果表

4 地下水可開采量計(jì)算結(jié)果與分析

4.1 補(bǔ)給量與排泄量平衡分析

選取論證區(qū)域1980 年～2011 年共32 年長系列降水資料，根據(jù)上述計(jì)算方法，計(jì)算論證單元補(bǔ)給量與排泄量，計(jì)算結(jié)果如表3 所示。

表3 1980年～2011 年多年補(bǔ)給量與排泄量平衡計(jì)算結(jié)果 單位：萬m3

表3 續(xù)

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，論證區(qū)域多年平均地下水補(bǔ)給量、排泄量分別為300 萬m3、283.5 萬m3，兩者差值為16.5 萬m3，可以認(rèn)為補(bǔ)給量與排泄量基本達(dá)到平衡，地下水開采后能夠得到及時(shí)補(bǔ)充。節(jié)水增糧項(xiàng)目實(shí)施后，規(guī)劃2020 年項(xiàng)目論證單元地下水開采量194.4 萬m3，占地下水量的65%，地下水供水能夠滿足論證單元需水要求。

4.2 地下水可供水量計(jì)算分析

4.2.1 85%保證率下供水量

對表2 中1980 年～2011 年32 年補(bǔ)給量作P-Ⅲ型頻率曲線，根據(jù)85%設(shè)計(jì)灌溉保證率要求，采用典型年方法，選取85%頻率下的典型年為1981 年，在節(jié)水增糧項(xiàng)目實(shí)施前后兩種情況下，對典型年1981 年進(jìn)行逐月地下水供給調(diào)節(jié)計(jì)算，地下水初蓄水量為857.4 萬m3，計(jì)算結(jié)果詳見表4。

表4 典型年地下水供給調(diào)節(jié)計(jì)算結(jié)果 單位：萬m3

通過典型年分析計(jì)算，本論證單元設(shè)計(jì)保證率條件下，通過動(dòng)用51.4 萬m3的地下水儲(chǔ)存量可保證規(guī)劃水平年的供水需求。動(dòng)用的地下水儲(chǔ)存量占年初地下水總儲(chǔ)量的6.0%。

4.2.2 連續(xù)枯水年供水分析

根據(jù)1980 年～2011 年32 年補(bǔ)給量頻率曲線和降雨量分析，選定1980 年～1982 年作為連續(xù)3 年枯水年，在節(jié)水增糧項(xiàng)目實(shí)施前后兩種情況下，對連枯年份進(jìn)行逐月地下水供給調(diào)節(jié)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表5。

表5 連枯年份地下水供給調(diào)節(jié)計(jì)算結(jié)果 單位：萬m3

年份 月份 節(jié)水增糧項(xiàng)目實(shí)施前 節(jié)水增糧項(xiàng)目實(shí)施后蓄水量 補(bǔ)給量 開采量 排泄量 開采量 排泄量 蓄水量1981年1 月 794.4 12.3 3.4 18.8 9.4 18.8 794.2 2 月 787.2 11.5 3.4 18.7 9.4 18.7 787.0 3 月 779.1 16.8 3.4 24.9 9.4 24.9 778.9 4 月 773.6 15.2 5.7 20.7 14.4 20.7 773.4 5 月 765.4 15.3 12.4 23.5 23.7 23.7 765.0 6 月 757.9 15.2 12.2 22.7 24.6 24.6 755.6 7 月 755.2 26.3 17.3 29.0 29.8 29.8 752.2 8 月 756.5 24.3 11.8 23.0 21.3 23.0 753.5 9 月 762.9 23.8 6.9 17.4 17.6 17.6 759.6 10 月 761.0 15.1 6.4 17.0 16.3 17.0 757.7 11 月 760.3 12.7 3.4 13.4 9.4 13.4 757.0 12 月 759.1 12.2 3.4 13.4 9.4 13.4 755.8 1982年1 月 759.2 13.7 3.7 13.6 9.4 13.6 755.9 2 月 758.5 12.4 3.7 13.1 9.4 13.1 755.2 3 月 756.9 14.5 3.7 16.1 9.4 16.1 753.6 4 月 758.6 17.5 5.9 15.8 14.4 15.8 755.3 5 月 758.5 22.0 11.9 22.1 23.7 23.7 753.6 6 月 762.6 25.6 11.8 21.5 24.6 24.6 754.6 7 月 766.5 29.7 16.2 25.8 29.8 29.8 754.6 8 月 785.8 40.2 11.3 20.9 21.3 21.3 773.5 9 月 784.5 14.1 7.1 15.4 17.6 17.6 769.9 10 月 785.9 16.5 6.5 15.1 16.3 16.3 770.2 11 月 787.7 13.8 3.7 12.0 9.4 12.0 772.0 12 月 789.0 13.6 3.7 12.3 9.4 12.3 773.3

根據(jù)表5 計(jì)算結(jié)果，本項(xiàng)目論證單位開采152 萬m3地下水量可以滿足規(guī)劃2020 年需水量要求，開采量僅占初蓄水量的17%。

通過典型年和連枯年的地下水調(diào)節(jié)計(jì)算，地下水量完全能夠滿足本項(xiàng)目規(guī)劃年需水量，同時(shí)在上述兩種情況下開采的地下水量能夠在豐水年和平水年得到補(bǔ)充，不會(huì)出現(xiàn)地下水補(bǔ)給不足問題。

5 結(jié)語

通過節(jié)水增糧取水水源可供水量計(jì)算與分析，本次從85%保證率典型年和連枯年的地下水調(diào)節(jié)計(jì)算來看，論證單元多年平均補(bǔ)給量大于規(guī)劃年開采量，而且在豐、平年份能夠及時(shí)補(bǔ)充地下水量，得到恢復(fù)，水量是有保證的，與實(shí)際基本符合。在以后的運(yùn)行期間，建議建立水資源統(tǒng)一管理制度，加強(qiáng)地下水水位的動(dòng)態(tài)監(jiān)測，嚴(yán)格控制地下水超采。