阜蒙縣節水增糧項目地下水資源分析方法

李 化

(遼寧省營口水文局，遼寧 營口 115003)

阜蒙縣節水增糧項目地下水資源分析方法

李 化

(遼寧省營口水文局，遼寧 營口 115003)

遼寧省阜新市阜新蒙古族自治縣2012—2015年“節水増糧”項目分布在35個鄉鎮，灌溉面積368.13 km2，取水水源為地下水。為了保證地下水資源可持續利用和“節水增糧”項目的順利實施，文章對節水增糧項目取用地下水資源的水文地質參數的確定與地下水資源的補給、排泄、儲量計算進行了分析與研究，為節水增糧項目實施提供依據。

水資源；水文地質；地下水；參數；計算方法

1 工程概況

遼寧省阜新市阜新蒙古族自治縣2012—2015年“節水増糧”項目灌溉面積為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.%。

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。灌溉形式為滴灌，灌溉作物為玉米。取水水源為地下水，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，本次論證地下水資源量計算所用資料和參數來源于以下3個方面：

1)區域水文地質普查報告阜新市幅(1∶20 0000)。

2)阜新蒙古族自治縣區域水文地質報告(1∶100 000)。

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∶50 000)，遼寧省水資源。

2.1 潛水含水層水位變幅帶給水度(μ)分析確定

給水度是指飽和巖土在重力作用下自由排出的重力水的體積與該飽和巖土體積的比值，是利用動態觀測資料計算降水入滲補給系數、地下水蓄變量的重要參數之一。本次論證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∶100 000)，最終確定各種巖性給水度取值范是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

(1)

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[1-2]。

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)分析確定

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。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。

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1 灌溉系數取值表

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，單位為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。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方法

項目片區影響半徑計算公式采用庫薩金公式，庫薩金公式為：

(2)

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。

項目片區小口徑井單井出水量計算公式采用裘布依公式，裘布依計算公式為：

(3)

項目片區大口徑井單井出水量計算公式，采用裘布依公式，裘布依計算公式為：

(4)

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為水位降深，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：

(5)

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20 h/d；η為灌溉水利用系數，η=0.95。

3 地下水資源計算方法

地下水資源計算方法主要包括3個方面：

3.1 補給項計算方法

主要包括5個方面的內容：

3.1.1 降水入滲補給量計算

降水入滲補給量是指降水(包括坡面漫流和填洼水)滲入到土壤中并在重力作用下滲透補給地下水的水量[3]。

降水入滲補給量一般采用計算公式為：

Pr=10-1×P×α×F

(6)

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 側向補給量計算

側向補給量是以地下潛流形式流入論證區的水量。一般采用地下水動力學法(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，利用達西公式進行計算公式為：

Q側=K×I×A×T×10-4

(7)

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，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[4-5]。

3.1.3 山前側向補給量計算

山前側向補給量是指發生在山丘區與平原區交界面上，山丘區地下水以地下潛流形式補給平原區淺層地下水的水量。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計算公式為：

Q山前=10-1×P×F

(8)

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 河道滲漏補給量計算

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，正確地找出損失量與這些因素之間的定量關系，就是建立經驗公式所需解決的問題。

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。

3.1.5 灌溉入滲補給量計算

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。該項量利用計算公式為：

Q渠灌=β灌×Q灌田

(9)

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 排泄項計算方法

主要包括4個方面的內容：

3.2.1 潛水蒸發量計算

潛水蒸發量是發生在山間河谷平原區的淺層地下水，指潛水在毛細管作用下，通過包氣帶巖土向上運動造成的蒸發量(包括棵間蒸發量和被植物根系吸收造成的葉面蒸散發量兩部分)。

計算方法采用潛水蒸發系數法，計算公式為：

E=E0×C×F×10-1

(10)

式中：E為潛水蒸發量，萬m3；E0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 側向流出量計算

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

(11)

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計算

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 地下水儲存量計算方法

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

(12)

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

阜蒙縣“節水增糧”項目建設必然缺少不了水資源的必需條件，該工程項目取用水資源是地下水。通過對項目區地下水的水文地質參數確定和水資源計算方法的分析研究，將會確定水資源是否足以保障工程項目的順利實施。

[1]王志勇，姜慧玲，宗建文，王猛.通遼市扎魯特旗節水增糧項目水資源平衡分析[J].水利規劃與設計，2013(07)：16-18.

[2]劉予偉，史春華，金棟梁.山丘區地下水資源評價方法綜述[J].人民長江，2004，35(09)：33-36.

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[4]馬大偉，王紅麗，鄭敏.雙城市雙城鎮地下水資源分析[J].黑龍江水利科技，2008，36(05)：121

[5]艾曉燕，李從業，王先春.黑龍江省西部易旱地區地下水資源分析評價[J].黑龍江水利科技，1996(03)：11-15.

1007-7596(2014)12-0137-03

2014-07-16

李化(1985-)，男，遼寧沈陽人，工程師，研究方向為水文測驗、水資源評價論證、水情預報等。

P641

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