淺議陜西省關(guān)中平原地下水可開采量計(jì)算方法

徐 燕，王建強(qiáng)，寧軍妮

(1.陜西省水工程勘察規(guī)劃研究院，陜西 西安 710003；2.陜西警官職業(yè)學(xué)院，陜西 西安 710021)

地下水資源可開采量是指在可預(yù)見的時(shí)期內(nèi)，通過經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的措施，在不致引起生態(tài)環(huán)境惡化條件下允許從含水層中獲取的最大水量。一般采用水均衡法、實(shí)際開采量調(diào)查法和可開采系數(shù)法三種方法評(píng)價(jià)地下水可開采量，并按照“多種方法、綜合分析、從嚴(yán)選用”的原則確定地下水資源的可開采量。筆者通過參與全國第三次水資源調(diào)查評(píng)價(jià)時(shí)，按照水利部下發(fā)《第三次全國水資源調(diào)查評(píng)價(jià)平原區(qū)地下水可開采量計(jì)算方法》中采用水均衡法和可開采系數(shù)法對陜西省關(guān)中平原進(jìn)行計(jì)算比較，取兩者的小值作為可開采量時(shí)發(fā)現(xiàn)，水均衡法不適合關(guān)中平原。

1 關(guān)中平原基本情況

關(guān)中平原，素有“八百里秦川”之稱，南依秦嶺，北界北山，西起寶雞，東至潼關(guān)，東西長360 km，南北寬30～80 km，面積21 394 km2，占全省總面積的10.4%。地貌形態(tài)為三面環(huán)山，西部合攏向東敞開的盆地，海拔一般為325～900 m，地勢西高東低，渭河橫貫盆地中部，自山前向盆地中心依次形成山前洪積平原、黃土臺(tái)塬、河谷階地等地貌形態(tài)，呈階梯狀向盆地傾降。與渭河水面的高差，河流階地高出幾米至百余米，黃土臺(tái)塬和洪積扇一般高出150～300 m。渭河一、二、三級(jí)階地發(fā)育較普遍，四級(jí)階地主要分布于眉縣以西地區(qū)。關(guān)中地區(qū)交通便利、氣候溫和、物產(chǎn)豐富、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，為工、農(nóng)業(yè)和文化發(fā)達(dá)地區(qū)之一，是我國重要的西部重鎮(zhèn)，也是絲綢之路文化的起點(diǎn)。

地下水作為水資源的重要組成部分，在保障陜西省城鄉(xiāng)居民生活用水、支持社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、維持生態(tài)平衡等方面發(fā)揮了十分重要的作用。尤其是在地表水資源相對缺乏的關(guān)中平原，地下水資源具有不可替代的作用，有的地方甚至是唯一的供水水源。而地下水的大量開采，導(dǎo)致陜西省關(guān)中平原地下水超采區(qū)面積有擴(kuò)大趨勢，區(qū)域地下水位下降嚴(yán)重，形成區(qū)域性降落漏斗；同時(shí)地下水的過量開采給污染物下滲、遷移、擴(kuò)散創(chuàng)造了條件，使地下水水質(zhì)惡化，出現(xiàn)了一系列生態(tài)環(huán)境問題。因此科學(xué)合理又符合實(shí)際的計(jì)算陜西省關(guān)中平原地下水資源的可開采量是十分重要的。

2 關(guān)中盆地地下水可開采量計(jì)算

2.1 水均衡法

對地下水開發(fā)利用程度較高地區(qū)，可在多年平均淺層地下水資源量的基礎(chǔ)上，在總補(bǔ)給量中扣除難以襲奪的潛水蒸發(fā)量、河道排泄量、側(cè)向流出量、湖庫排泄量等，近似作為多年平均地下水可開采量，也可按下式近似計(jì)算計(jì)算單元多年平均地下水可開采量。

Q可開采=Q實(shí)采+ΔW

(1)

式中：Q可開采、Q實(shí)采、ΔW分別為多年平均地下水可開采量、2001-2016年多年平均實(shí)際開采量、2001-2016年多年平均地下水蓄變量。

對地下水開發(fā)利用程度較低地區(qū)，可考慮未來開采量可能增加因素及其引起的補(bǔ)排關(guān)系的變化，結(jié)合上述方法確定多年平均地下水可開采量。

2.2 可開采系數(shù)法

按下式計(jì)算計(jì)算單元多年平均地下水可開采量：

Q可開采=ρ×Q總補(bǔ)

(2)

式中：ρ為計(jì)算單元的地下水可開采系數(shù)，無量綱；Q可開采、Q總補(bǔ)分別為計(jì)算單元的多年平均地下水可開采量、多年平均地下水總補(bǔ)給量。

地下水可開采系數(shù)ρ是反映生態(tài)環(huán)境約束和含水層開采條件等因素的參數(shù)，取值應(yīng)不大于1.0。

2.3 基本測算

W可開采量=Min(W總補(bǔ)給量-Ω·W不允許襲奪排泄量，ρ·W總補(bǔ)給量)

式中：W總補(bǔ)給量=W降水入滲補(bǔ)給量+W山前側(cè)向補(bǔ)給量+W地表水體補(bǔ)給量+W井灌回歸補(bǔ)給量+W其他補(bǔ)給量，

W不允許襲奪排泄量=W潛水蒸發(fā)量+W河道排泄量+W側(cè)向流出量+W湖庫排泄量+W其他排泄量，各項(xiàng)量采用關(guān)中平原區(qū)2001-2016年多年平均淺層地下水資源量(礦化度M≤2 g/L)的計(jì)算成果。式中Ω為不允許襲奪系數(shù)，其取值范圍參見表1。

表1 參數(shù)取值范圍

關(guān)中平原地下水資源計(jì)算劃為五級(jí)分區(qū)，同時(shí)在五級(jí)分區(qū)的基礎(chǔ)上，再主要按低序次地貌成因類型，并考慮地下水埋深、包氣帶巖性和地下水補(bǔ)排條件、含水層富水性等進(jìn)行劃分地下水資源計(jì)算單元。在關(guān)中平原主要?jiǎng)澐譃楹榉e扇、黃土臺(tái)塬、塬間洼地、階地、低階地以及沙苑六種計(jì)算單元。以寶雞峽至咸陽北岸水資源四級(jí)區(qū)中的寶雞峽至武功、武功至咸陽兩個(gè)五級(jí)均衡區(qū)中寶雞和咸陽兩個(gè)區(qū)為算例進(jìn)行計(jì)算比較見表2。

表2 可開采量計(jì)算成果對比表

3 可開采量確定

關(guān)中平原與南北兩側(cè)及西端山區(qū)之間的地下水水力聯(lián)系微弱，可視為隔水邊界或微弱透水邊界，黃河是南北向的東部排泄邊界，渭河是東西向橫貫盆地的內(nèi)部排泄邊界。因此，關(guān)中地區(qū)是一個(gè)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)完整、含水系統(tǒng)與水流系統(tǒng)相對獨(dú)立、水循環(huán)開放的地下水系統(tǒng)。北山山前洪積扇是山丘區(qū)向平原區(qū)的過渡地帶，主要接受降水、山區(qū)徑流和黃土越流補(bǔ)給，水循環(huán)交替作用十分積極。黃土臺(tái)塬主要接受降水入滲補(bǔ)給，微弱地向沖、洪積平原孔隙含水系統(tǒng)排泄，與周邊水力聯(lián)系較差，地下水埋深較大。階地、低階地除枯水期斷流外，幾乎常年接受河水補(bǔ)給，徑流交替積極，同時(shí)由于地下水埋深較淺，降雨入滲和地表水補(bǔ)給比較強(qiáng)烈。

根據(jù)不同地貌單元地下水賦存特性，結(jié)合區(qū)內(nèi)地下水長期的實(shí)際開采，地下水可開采模數(shù)的一般規(guī)律是低階地>階地>洪積扇>黃土塬，表2中的可開采系數(shù)主要是以區(qū)域水文地質(zhì)特征和開采條件為定值依據(jù)，對于地下水位下降區(qū)，原定的可開采系數(shù)如果不當(dāng)，可依據(jù)實(shí)際開采量調(diào)查和地下水位升降情況作出適當(dāng)調(diào)整，在關(guān)中平原可開采系數(shù)取值0.60～0.89，因此可開采系數(shù)法能基本反映關(guān)中平原的地下水可開采量。而表2中的水均衡法計(jì)算低階地的可開采量特別低，與實(shí)際相悖，主要原因是低階地與河道之間的側(cè)向補(bǔ)排較為積極，這部分在水均衡法中作為不可襲奪量扣減后，再算可開采量，使得低階地的可開采量太小，不符合關(guān)中地區(qū)地下水開采習(xí)慣。

根據(jù)上述對比分析，確定陜西省關(guān)中平原以可開采系數(shù)法為主要方法，以實(shí)際開采量調(diào)查法為參考方法計(jì)算地下水可開采量。水均衡法適用于開采分布較為均勻，地下水水力坡度較低的一般平原區(qū)，不適用于水力坡度較大的關(guān)中平原。

4 結(jié)語

根據(jù)《全國地下水利用與保護(hù)規(guī)劃(2016-2030年)》明確要求省區(qū)開采總量控制目標(biāo)分解到市縣行政區(qū)，因此首先需要合理計(jì)算各市縣地下水的可開采量，再以此計(jì)算成果為依據(jù)，分解開采量總量控制目標(biāo)。筆者通過參與全國水資源調(diào)查評(píng)價(jià)時(shí)發(fā)現(xiàn)計(jì)算地下水資源可開采量時(shí)，水均衡法相對實(shí)際開采量調(diào)查法和可開采系數(shù)法有一定的適用范圍。