建平縣擬建水源地地下水儲存量與補給量計算

任媛媛

(遼寧省朝陽水文局，遼寧 朝陽 122000)

1 概 述

我國幅員遼闊，半干旱地區(qū)約占35%，在半干旱地區(qū)開發(fā)水源，研究這一課題具有廣泛的意義，研究成果具有一定的科學意義。遼寧西部建平縣屬于干旱半干旱地區(qū)，降雨量少，蒸發(fā)量大，水資源匱乏，工業(yè)、農業(yè)和生活用水普遍存在著水危機。同樣的供水需求量，在濕潤地區(qū)很容易就地找到滿足要求的水源，而在干旱半干旱地區(qū)，找到水源并正確的評估它的水資源量，顯得難度較大且更為重要。文章針對建平縣擬在青峰山鄉(xiāng)西大杖子村礦業(yè)公司的附近創(chuàng)建水源地的要求，在對現(xiàn)場勘探和抽水試驗的基礎上，計算相關參數(shù)，確定均衡區(qū)，計算該水源的地下水儲存量和補給量。

2 地下水儲存量計算

2.1 參數(shù)計算

2.1.1 降水入滲系數(shù)(α)

降水入滲系數(shù)是表示大氣降水滲入地下的量，數(shù)值上等于大氣降水滲入量與降水量的比值[1]。降雨入滲系數(shù)的計算采用下列公式：

Rd

(1)

式中：α為降雨入滲系數(shù)；Rd為流域地下徑流深，mm；F為流域面積，km2；F入為流域入滲區(qū)面積，km2；>10-1為流域多年平均降雨量，mm。

根據(jù)本流域1957-2003年實測降雨量資料，計算出流域多年平均降雨量>10-1=466.0mm。依據(jù)臨近葉柏壽水文站的歷年實測流量資料，采用直線斜割法求得P為50%的地下徑流深Rd=25.2mm。在基巖區(qū)中從水文地質圖可知層狀巖類裂隙水和碳酸鹽類裂隙巖溶水基本不存在?；鶐r區(qū)不屬于入滲區(qū)面積，其降雨產(chǎn)生了地表的徑流，量算流域入滲區(qū)面積F入=223.6km2。將以上數(shù)值代入公式>10-1，求得流域多年平均降雨入滲系數(shù)為0.16。

2.1.2 滲透系數(shù)(k)

為了了解第四紀松散沉積物地區(qū)含水層的透水性，常利用民井作簡易抽水試驗。根據(jù)滲流量Q與抽水井的水位降深Sω之間的關系，通過計算獲取淺層地下含水層的滲透系數(shù)K值。按抽水試驗成果數(shù)據(jù)計算為準。距離抽水試驗的民井最近的勘探孔是ZK3，從探孔表看從地面到第一弱隔水層深5.4m，抽水試驗的民井深是4.7m，井深達不到底板，所以它屬于不完整井。

按照抽水試驗的成果資料。穩(wěn)定降深1.4m之后，水位由急劇下降變成穩(wěn)定，所有供水全部是由井的周邊及底部滲透供水。滲透系數(shù)的計算采用佛爾赫格依麥爾潛水不完整井計算公式：

(2)

式中：K為滲透系數(shù)，m/d；Q為涌水量，m3/d；rω為抽水井半徑，m；Sω為抽水井最大降深，m。

根據(jù)抽水試驗資料，Q=888m3/d， Sω=1.40m，rω=1.00 m。將以上數(shù)據(jù)代入公式得：

(3)

建平縣三水源勘察抽水試驗孔在平安地的抽水試驗的民井上游1.9km，按其實驗數(shù)據(jù)計算的K值平均為182m/d。

2.1.3 地下水力坡度(I)

在研究區(qū)內，水利坡度的確定用實測法，在知道地下水的流向的情況下，兩井的距離確定為423m。地下水利坡度按公式3計算，式中的數(shù)據(jù)來自現(xiàn)場觀測資料。

(4)

式中：△H為兩井水位之差，m；L為兩井距離，m。

水力坡度計算見表1。

表1 水力坡度計算表

探孔礫石的粒徑范圍應為0.2cm-6cm之間，平均粒徑為3.1cm，查松散巖石分類表屬于粗砂、礫砂。查松散巖石的給水度表，粗砂、礫砂給水度應取0.30。查孔隙度β持水度Wr給水度μ關系圖，給水度的分布曲線是非直線方程，查取得給水度μ=0.25。

2.2 確立均衡區(qū)

根據(jù)抽水試驗數(shù)據(jù)S水位降深值1.4m，滲透系數(shù)Κ取值158.57m/d，按照公式(5)計算得影響半徑R為179.9m。

(5)

式中：R為影響半徑，m；S為水位降深值，m；k為滲透系數(shù)，m/s。

水源地的影響范圍根據(jù)有關地下水動力學數(shù)學模型實驗所取得的數(shù)據(jù)，在長期開采的條件下，地下水流場，降深為零的邊界是單井抽水試驗求得的影響半徑的5-10倍[2]。如果文章采用影響半徑5倍，影響的范圍應該是東西900m、南北900m。本開采區(qū)河谷狹窄，兩側為基巖區(qū)，由于邊界的限制，均衡沉降區(qū)不再是漏斗狀的圓形。東西斷面寬為800m，南北為河道。從而確定均衡區(qū)采用南北為1000m，東西為802m。均衡區(qū)面積0.802km2。

2.3 儲存量

儲存量是指開采區(qū)，即均衡區(qū)即均衡區(qū)的儲存于含水層內重力水的體積。

(6)

式中：Q儲為儲存量，m3；μ為給水度，取經(jīng)驗數(shù)值0.28；V為含水層體積，m3；Q儲=0.28×1000×802×10.5=235.8萬m3。

式(6)是均衡區(qū)含水層體積能自由排出的水資源量，即儲存量為235.8萬m3/a。

3 地下水補給量計算

3.1 地下水徑流量計算

確定的流速158.57m/d，大于100m/d，認定為混合流。n的選擇范圍在(1

(7)

Hicp=HGXi/XG

(8)

式中：Qi徑為地下水徑流量，萬m3/a；Hicp為i典型年枯水期過水斷面含水層平均厚度，m；B為含水層斷面寬度，802m；I為地下水水力坡度(0.00456)；Kcp為滲透系數(shù)，158.57m/d；1/n為地下水水力坡度指數(shù)0.91，由1/n=1/1.1=0.91算得；HG為2003年枯水期含水層平均厚度，m，由河谷斷面水文地質剖面圖計算得含水層面積8436m2，斷面寬802m，得含水層平均厚度為10.5m；XG為控制2003年枯水期地下水位的降雨量406.8mm；Xi為i典型年降雨量328.9mm。按公式(8)列表計算得表2。

表2 忙牛河河谷A—A'斷面地下水徑流補給量成果表

3.2 降水補給量計算

開采區(qū)的降水補給是根據(jù)降水和地下水的聯(lián)系，通過水文分析法計算的天然補給量。計算結果見表3。

表3 降雨量入滲計算表

Xi

(9)

式中：α為降水入滲系數(shù)0.16；F為降水面積0.802km2；Xi為i年平均降雨量，m。巖性：據(jù)勘探孔表土深0.0-0.5m為亞黏土。

3.3 地下水消耗量

地下水消耗量途徑主要是農業(yè)、工業(yè)、生活用水及蒸發(fā)。實地調查土井14眼，經(jīng)測量統(tǒng)一連標為黃海基面高程，計算水面埋深在1.2-28.05m，但地下水埋深最小為1.1m，考慮地下水變幅(若取值1.5 m)，地下水埋藏深度達2.6 m，蒸發(fā)能力已經(jīng)很弱，故對地下水的蒸發(fā)不做考慮。根據(jù)用水調查，該區(qū)農業(yè)以大田作物為主，灌溉水量為19.6萬m3/，生活用水量約2.61萬m3/a，工業(yè)用水2.7萬m3/a。合計24.91萬m3/a。

3.4 地下水均衡計算

地下水均衡計算表按式(10)計算：

ΔQi=(Qi徑+Q降)-Q耗

(10)

式中：ΔQi為i典型年地下水補給量與地下水消耗量均衡差，萬m3/a；Qi徑為i典型年地下水徑流補給量，萬m3/a；Qi降為i典型年降雨入滲補給量，萬m3/a；Qi耗為現(xiàn)狀年地下水消耗量，萬m3/a；Qi補為i典型年地下水綜合補給量，萬m3/a。

從表4看出，區(qū)內地下水為正均衡關系。P=50%的均衡余量為381.4萬m3/a；P=75%的均衡余量為322.9萬m3/a； P=95%的均衡余量為264.3萬m3/a。

表4 計算區(qū)地下水均衡計算表

4 結 論

2)通過對該開采區(qū)50%、75%和95%保證率下地下水徑流量、降水補給量、地下水消耗量的計算，采用水均衡法，計算得到由低到高三種不同保證率下的地下水補給量分別為406.3萬m3/a、347.8萬m3/a、289.2萬m3/a，均衡差分別為381.4萬m3/a、322.9萬m3/a、264.3萬m3/a。