沖積平原水源地資源量計算

馮 斌

(河南省地質礦產勘查開發局第十一地質隊，河南 商丘 476000)

水源地勘察中的水量計算，以確定允許開采量為主要目的。為了預測地面沉降、地面開裂、水質惡化等環境地質問題，在地下水詳查和開采階段對地下水資源進行評價時，計算的允許開采量不得超過補給量。對于某個水源地而言，地下水的補給來源主要有：大氣降水入滲補給、地表水側滲補給、農灌回滲補給、地下水側向徑流補給、越流補給及人工補給等。排泄方式主要有：地下水蒸發、地下水側向徑流排泄、地表水側滲排泄及人工開采等?？梢?，地下水資源計算與評價在水源地勘察中的重要性。

對于沖積平原(我國沖積平原面積約為9.4×105km2，占全國領土總面積的1/10)來說，由于地勢低平、視野開闊、地下水水力坡度平緩、地下水側向徑流補給微弱，地下水補給主要以大氣降水入滲補給及地表水側滲補給為主。下面結合河南省永城市新城水廠小李莊水源地，介紹淺層地下水資源量計算的內容及重要性。

1 沖積平原地區地下水資源量計算的內容

1.1 地下水補給量的計算參數

地下水補給量(結合小李莊水源地詳查)主要包括大氣降水入滲補給量、農灌水回滲補給量、地下水側向徑流補給量。

1)大氣降水入滲補給量的計算參數：多年平均及各種頻率(一般包括頻率為20%、50%、90%)的降水量(P)的選取，大氣降水入滲系數(α)的選取，補給區面積(F)的選取。

2)農灌水回滲補給量的計算參數：水澆地面積(F)及水利化程度的選取，灌溉定額(q)的選取、灌溉回滲系數(α′)的選取。

3)地下水側向徑流補給量的計算參數：地下水補給帶寬度(B)的選取、地下水水力坡度(I)的選取、淺層地下水導水系數(T)的選取。

1.2 地下水排泄量的計算參數

地下水排泄量(結合小李莊水源地詳查)主要包括人工開采量、地下水蒸發量，地表水側滲排泄量及地下水側向徑流排泄量。

1)人工開采量的計算參數：工農業開采量的選取，人畜用水量的選取。

2)地下水蒸發量的計算參數：蒸發面積(F)的選取，年蒸發時間(t)的選取，多年平均蒸發強度(ε0)的選取，水位埋深平均值(h)的選取，蒸發極限深度(L)的選取及與土質有關的指數(n)的選取。

3)地表水側滲透排泄量的計算參數：地表水側滲排泄長度(L)的選取，地下水導水系數(T)的選取，水力坡度(I)的選取。

4)地下水側向徑流排泄量的計算參數：地下水側向排泄寬度(B)的選取、地下水水力坡度(I)的選取、地下水導水系統(T)的選取。

2 小李莊水源地實例分析

2.1 小李莊水源地自然地理概況

河南省商丘市新城水廠小李莊水源地選擇在永宿公路北，沱河兩側，張小樓-小李莊-七里店-東大營-騰廟一帶，勘察面積33km2，區內多年平均降水量為836.3mm，年最大降水量為1518.6mm，年最小降水量為235.4mm；多年平均蒸發量為1656.1mm，最大蒸發量為2087mm，最小蒸發量為1349.1mm；多年平均氣溫為14.2℃。區內主要河流有沱河、大清溝等，均屬季節性河流，除沱河部分時段有水外，其余河流基本常年無水。沱河下切深度一般為0.5m，河流水位一般低于淺層地下水水位，形成排泄地下水的水道，只有在洪水期間對地下水有短暫補給。

區內淺層地下水賦存于第四系全新統和更新統上部沖積層中，底界深度60m左右，含水層平均厚度28m左右，巖性為松散粉細砂，單井出水量(換算成10m降深)為1020～1552.8m3/d。

2.2 地下水補給量的計算

2.2.1 大氣降水入滲補給量

大氣降水入滲補給量計算公式：

Q入滲=1000·α·P·Pt·F

(1)

式中：Q入滲為大氣降水入滲補給量(m3/a)；α為降水入滲系數；P為年降水量(mm)；Pt為有效降水系數；F為分區面積(km2)。

根據式(1)計算各典型年份大氣降水入滲補給量(表1)。

2.2.2 農業井灌回滲補給量

農業井灌回滲補給量計算公式：

Q回滲=α′·Q農開

(2)

式中：Q回滲為農業井灌回滲補給量(m3/a)；α′為回滲系數；Q農開為農業井灌開采量(m3/α)。

根據式(2)計算農業井灌回滲補給量為21.74×104m3/a。

2.2.3 地下水側向徑流補給量。

地下水側向徑流補給量計算公式：

Q徑補=B·I·T

(3)

式中：Q徑補為地下水側向徑流補給量(m3/a)；B為補給斷面長度(m)；I為地下水水力坡度；T為導水系數(m2/d)。

根據式(3)計算地下水側向徑流補給量為57.64×104m3/a。

表1 各典型年份淺層水的總補給量(×104m3/a)及排泄量(×104m3/a)計算表

2.3 地下水排泄量的計算

2.3.1 地下水蒸發量

地下水蒸發量計算公式：

Q蒸發=F·t·ε

(4)

(5)

式中：Q蒸發為地下水蒸發量(m3/a)；F為蒸發面積(km2)；t為蒸發時間(d)；ε為水面蒸發強度(mm)；ε0為地下水蒸發強度(mm)；h為計算區地下水水位埋深平均值(m)；L為蒸發極限深度(m)；n為與土質有關的指數。

根據式(4)、式(5)，計算(2000年3月～2001年2月)地下水蒸發量為439.78×104m3/a。

2.3.2 地下水開采量

對勘察區內的農用機井井數、開采時間、單井出水量及人畜定額進行精確的實地調查，計算(2000年3月～2001年2月)人工開采量為187.02×104m3/a。

2.3.3 地下水側向徑流排泄量。

地下水側向徑流排泄量計算公式：

Q徑排=B·T·I

(6)

式中：Q徑排為地下水側向徑流排泄量(m3/a)；B為排泄斷面長度(m)；T為導水系數(m2/d)；I為地下水水力坡度。

根據式(6)計算地下水側向徑流排泄量為39.99×104m3/a。

2.3.4 地表水側滲排泄量

地表水側滲排泄量計算公式：

Q河排=L·T·I

(7)

式中：Q河排為地下水側滲排泄量(m3/a)；L為河流排泄長度(m)；T為導水系數(m2/a)；I為河流兩側地下水平均水力坡度。

根據式(7)計算地表水側滲排泄量為54.32×104m3/a。

2.4 各典型年份淺層地下水均衡計算

由于2000年前缺乏地下水長期觀測及實際開采量資料，各典型年份除進行大氣降水入滲補給量及豐水年農業開采量，比現狀條件下少一次灌溉量外，其余淺層水的補給和排泄采用2000年資料計算各典型年份的補給量、排泄量及水位變幅，計算結果見表1。

3 結束語

1)地下水資源計算與評價，主要是對地下水補給量及排泄量的計算。其中，地下水補給來源(結合小李莊水源地)一般包括大氣降水、農業井灌回滲及地下水側向徑流補給；地下水排泄途徑(結合小李莊水源地)主要有地下水蒸發、地下水側向徑流排泄、地表水側滲排泄及人工開采等方式。

2)所選擇的水源地，必須保證該水源地處于正均衡狀態，故補給量宜大于或等于排泄量。在沖積平原補給來源主要有大氣降水入滲補給、地表水補給、農業灌溉回滲補給、地下水徑流補給等；排泄途徑主要有地下水蒸發、人工開采、地表水排泄、地下水排泄等。

綜上所述，地下水資源量的計算，直接影響資源評價中允許開采量的精度。加強地下水資源量的計算，有利于提高水源地勘察報告的質量，有利于提高資源評價的精度。

[1] 王大純，張人權，史毅虹，等. 水文地質學基礎[M].北京：地質出版社，1991.

[2] 陳岳.A Course in Basic English for Hydrogeologists and Engineering Geologists[D].成都：成都理工學院，1993.

[3] 馮斌，郭新體.豫東平原上第三系深層地下水若干水文地質參數探討[J].河南地質，2000(1)：44- 47.