水文地質參數確定與地下水資源量計算方法分析

梁 冰

(遼寧省水文局，沈陽 110003)

水文地質參數確定與地下水資源量計算方法分析

梁 冰

(遼寧省水文局，沈陽 110003)

水文地質參數主要包括含水層的滲透系數、潛水含水層的給水度、降水入滲補給系數、灌溉入滲補給系數等。地下水資源量的計算是通過確定水文地質參數之后，選取地下水資源量的計算方法。文章分析確定了阜蒙縣節水增糧工程項目區的水文地質參數，并闡述了地下水資源量的計算方法。

節水增糧；水文地質；地下水；探究

1 基本情況

阜新蒙古族自治縣“節水増糧”灌溉面積為368.13 km2，占全縣總耕地的11.5%，灌溉總面積增加了6.5%，節水灌溉面積占耕地總面積增加了11.5%。

工程項目分布在35個鄉鎮，作物與原種植作物相同，土地利用情況沒有發生改變。工程項目共分4 a完成，其中新建207.66 km2，改建160.48 km2。

灌溉作物為玉米，灌溉方式為膜下滴灌，采用灌溉項目片區內或附近的地下取水井開采地下水進行灌溉，利用水泵通過干管、支管、輔管、毛管(滴灌帶)輸送到灌溉地塊，給作物供水[1]。

項目取水總量為3 313.2 萬 m3，原取水總量4 212.5 萬 m3，項目實施后總節水899.3 萬 m3。

2 水文地質參數確定

為了保證阜蒙縣“節水増糧”資料的準確度，計算參數的確定尤為關鍵，本次分析地下水資源量計算所用資料和參數來源于以下4個方面：

1)區域水文地質普查報告阜新市幅(1∶20萬)。

2)阜新蒙古族自治縣區域水文地質報告(1∶10萬)。

3)遼寧省阜新蒙古族自治縣農田供水水文地質勘查報告(1∶5萬)。

4)遼寧省水資源。

水文地質參數確定內容包括：潛水含水層水位變幅帶給水度(μ)的分析確定、降水入滲補給系數(α)的分析確定、灌溉入滲補給系數(β灌)、潛水蒸發系數(C)的確定方法、滲透系數(K)和水力坡度(I)的分析及取值和影響半徑及單井出水量計算。

2.1 潛水含水層水位變幅帶給水度(μ)的分析確定

本次分析是根據阜蒙縣具體情況，參考阜新蒙古族自治縣區域水文地質報告(1∶10萬)，最終確定各種巖性給水度(μ)的取值范是0.0823～0.30。

2.2 降水入滲補給系數(α)的分析確定

降水入滲補給系數(α)是指降水入滲補給量(pr)與相應降水量(p)的比值，即：α=pr/p，降水入滲系數取決于地貌單元，非飽和帶巖性、結構、厚度、地面坡度、植被、降水特征、雨前潛水位埋深及蒸散發等[2-4]。

由于本地區地下水位受側向徑流影響，地形坡度大，絕大部分地區是根據地下水的埋藏深度，結合不同表層巖性和降雨情況，參照阜新蒙古族自治縣區域水文地質報告(1∶10萬)資料分析取值。經過分析確定各論證單元降水入滲補給系數在0.2～0.26。

2.3 灌溉入滲補給系數(β灌)

灌溉入滲補給系數(β灌)是指田間灌溉入滲補給量與進入田間的灌水量的比值[5]。

考慮各井灌區巖性及灌溉定額確定補給系數采用值為0.20，見表1。

表1 灌溉系數取值表

2.4 潛水蒸發系數(C)的確定方法

參照其它水文地質條件及地下水埋深相類似地區的試驗成果，進行了一定程度的修正，確定的潛水蒸發系數見表2。

表2 潛水蒸發系數取值表

2.5 滲透系數(K)和水力坡度(I)的分析及取值

滲透系數(K)是指地下水力坡度(I)等于1時，地下水的滲流速度，m/d。滲透系數(K)的取值主要依據為收集到水文地質試驗資料及抽水試驗數據[6-7]。

水力坡度(I)的取值，根據實測地下水位統測結果得出。

2.6 影響半徑及單井出水量計算

項目片區影響半徑計算公式采用庫薩金公式：

(1)

式中：R為影響半徑，m；S為降深，m；H0為含水層厚度，m；K為滲透系數。

項目片區單井出水量計算公式采用裘布依公式：

(2)

式中：Q為單井出水量，m3/d；H0為潛水含水層厚度，m；K為滲透系數m/d；Sw水位降深，m；R為影響半徑，m；rw為井半徑，m；m為井底至含水層底板深度，m。

根據《阜蒙縣農田供水水文地質勘察報告》及其他相關地質資料，確定片區所在位置滲透系數和含水層厚度，按照下式計算單井控制面積：

(3)

式中：A為單井控制面積，hm2；Qs為單井可供流量，m3/h；Ia為設計供水強度，mm/d；Ea為設計耗水強度，mm/d；無淋洗要求，取Ia=Ea=3.5 mm/d；td為水泵日供水小時數，td取20h/d。

3 地下水資源計算方法

3.1 地下水補給計算方法

地下水補給計算方法內容包括：降水入滲補給量、側向補給量、山前側向補給量、河道滲漏補給量和灌溉入滲補給量。

3.1.1 降水入滲補給量

采用下式計算：

Pr=10-1×P×α×F

(4)

式中：Pr為降水入滲補給量，萬m3；P為降水量，mm；α為降水入滲補給系數(無因次)；F為論證范圍計算面積，km2。

3.1.2 側向補給量

側向補給量利用達西公式計算：

Q側=K×I×A×T×10-4

(5)

式中：K為滲透系數，m/d；I為地下水力坡度(無因次)；A為剖面面積，m2；T為時間，一般采用365 d。

水力坡度值通過地下水水位統測獲取。用統測到的地下水水力梯度值代替相應各評價期地下水水力梯度[8]。

3.1.3 山前側向補給量

統計論證區邊界匯水面積，將匯水區的降水入滲量作為山前側向補給量。

匯水區降水入滲補給量一般采用下式計算：

Q山前=10-1×P×F

(6)

式中：Q山前為山前側向補給量，萬m3；P為降水量，mm；α為匯水區降水入滲補給系數(無因次)；F為匯水區計算面積，km2。

3.1.4 河道滲漏補給量

河道的輸水損失量主要與上游來水量、河道長度、河床及兩岸的浸潤補給條件等因素有關，計算中，要求對河道的水文特性和河道岸邊地下水水位變化情況進行分析，確定年內河水補給岸邊地下水的河段和時段，逐河段進行年內各時段的河道滲漏補給量計算[9-10]。

3.1.5 灌溉入滲補給量

渠灌田間入滲補給量是指地表渠灌水進入田間后，入滲補給地下水的水量。該項量利用下式計算：

Q渠灌=β灌×Q渠田

(7)

式中：Q渠灌為渠灌田間入滲補給量；β灌為渠灌田間入滲補給系數。

3.2 地下水排泄計算方法

地下水排泄計算方法內容包括4項：潛水蒸發量、河道排泄量、側向流出量和淺層地下水實際開采量。

3.2.1 潛水蒸發量

潛水蒸發量計算方法采用潛水蒸發系數法，計算公式：

E=E0×C×F×10-1

(8)

式中：E為潛水蒸發量，萬m3；E0為水面蒸發量，mm；C為潛水蒸發系數，無因次；F為計算面積，km2。

根據各論證單元的地層巖性，建立不同埋深與潛水蒸發系數的關系，然后通過各論證單元的月平均埋深，求出月潛水蒸發量，再累加求出年潛水蒸發量。

3.2.2 河道排泄量

根據流域代表水文站多年平均徑流量，由水文分割法計算出基流模數，進而計算河道排泄量。

3.2.3 側向流出量

側向流出量(Q側排)是指發生在山間河谷平原區，以地下潛流形式流出評價計算區的水量。采用剖面法計算，即沿均衡計算區的地下水下游邊界切割計算剖面，該量的計算公式為：

Q側排=K×I×A×T×10-4

(9)

式中：Q側排為年側向流出量，萬m3；T為時間，一般采用365 d。

計算用K、A等參數根據抽水試驗和水文地質資料綜合分析確定，I采用2012年地下水統測資料確定。

3.2.4 淺層地下水實際開采量

各論證單元淺層地下水實際開采量采用調查統計得出。

3.3 地下水儲存量計算

指存儲于潛水含水層內的水的體積，即淺層地下水容積儲量。

地下水儲存量的計算主要用于分析評價年地下水可動用儲量。

采用計算公式為：

W儲量=μV

(10)

式中：W儲量為潛水含水層地下水容積儲量，m3；V為潛水含水層體積，m3；μ為給水度。

4 結 語

本文通過對阜蒙縣節水增糧工程項目區的水文地質參數的確定和地下水資源量的計算公式方法的探討，為節水增糧工程水資源論證做好了前期工作，也為工程的順利實施打下了堅實基礎。

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[3]王舒凌，許海東，叢梅梅.基于無資料地區地下水資源量計算方法的研究[J].黑龍江水利科技，2014,42(04)：11-13.

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1007-7596(2014)12-0120-03

2014-04-22

梁冰(1979-)，男，遼寧沈陽人，工程師，研究方向為水文水資源等。

P641.8

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