山丘區地下水資源量分析計算

劉英學

(河北省邢臺水文水資源勘測局，河北邢臺054000)

0 引言

埋藏在地表以下巖土孔隙、裂隙及溶隙(包括溶洞等)的水稱為地下水。地下水在國民經濟中占有極及重要在的位置。

隨著社會的發展，需水量日益增加，許多地區出現嚴重超采地下水的狀況，不同程度存在區域性地下水位持續下降、單井出水量衰減、水質惡化和地面沉降等不良現象。因此，合理地開發利用地下水資源是亟待解決的問題，地下水資源計算是合理開發利用水資源的前提。

1 一般山丘區地下水資源計算

山丘區地下水的總補給量為大氣降水入滲補給量。由于山丘區地下水的分布具有不均勻性、方向性和分帶、分段性，受研究程度和資料的限制，直接計(估)算地下水的補給量存在一定的困難。

但是，由于山丘區地形起伏，高差懸殊，河床深切，同時含水層較薄，調蓄性較差，接受大氣降水入滲補給后，形成地下徑流，經過相對較短的徑流途徑以泉或潛流形式排入河流，排泄機制較為簡單。故按地下水均衡原理，可以用各項排泄量之和近似代表山丘區的地下水資源量。

基巖山丘區地下水總排泄量包括:河川基流量、山前側向流出量、未計入河川徑流量的山前泉水出露量、地下水實際開采凈消耗量、潛水蒸發量等。山丘區地下水資源計算公式為:

式中:Q總排為地下水總排泄量，104m3/a;Rg為河川基流量，104m3/a;Q側為山前側向排出量，104m3/a;Q泉為未計入河川徑流量的山前泉水出露量，104m3/a;Q采為地下水實際開采凈耗量，104m3/a;ε為潛水蒸發量，104m3/a［1］。

1.1 河川基流量計算

河川基流量是山丘區地下水的主要排泄項?？赏ㄟ^分割逐日河川徑流量過程線的方法計算。

所選用分割基流的水文站有如下要求:

1)水文站具有比較完整、連續的逐日河川徑流量觀測資料。

2)水文站所控制的流域閉合，地表水與地下水的分水嶺基本一致。

3)按地形地貌、水文氣象、植被和水文地質條件，選擇各種有代表性的水文站。

4)水文站的控制流域內受人類活動影響較少。

分割基流常用的方法為直線斜割法。

對有水文站控制，但受各種因素的影響無法分割基流量的計算分區，根據地形地貌、水文氣象、植被和水文地質條件相類似計算單元的基流比，計算分區基流量。

對沒有水文站控制的計算分區，根據地形地貌、水文氣象、植被、水文地質條件相類似區域逐年的河川基流模數，按照類比法原則，確定計算分區的河川基流模數，計算分區的河川基流量［2］。

根據上述條件，選取西臺峪、臨城水庫水文站共52站年徑流資料進行基流分割，然后對評價計算區1980—2005年的基流量進行匯總，建立匯總分區的河川徑流量與河川基流量相關關系 R～Rg。以1980—2005年為現狀條件，對1956—1979年基流量系列做出系列一致性修正，得出1956—2005年現狀條件下的分區基流量系列。經計算多年平均基流量為2 961.6萬 m3。

1.2 山前側向流出量

山前側向流出量是指山丘區地下水以地下潛流形式向平原區排泄的水量，采用剖面法計算。采用達西計算公式為:

式中:K為滲透系數;M為含水層厚度;I為水力坡度;L為斷面長度。

1.3 山前未控泉水出露總量

山前泉水出露量是指出露于山丘區與平原區交界處且未計入河川徑流量的泉水水量之和［3］。

1.4 地下水開采凈消耗量

山丘區地下水開采量，主要為山丘區人畜用水及河谷地帶的工業、生活和農業用水。近年來山區地下水開采量的不斷增加，使得地下水開采凈消耗量成為山區地下水的重要排泄項［4］。一般采用開采凈消耗系數法計算。計算公式為:

式中:Q凈耗為開采凈消耗量，104m3/a;W采為地下水開采量;ρ為開采凈消耗系數。

根據已有資料確定山區地下水灌溉回歸系數β，(1-β)即為農業開采凈消耗系數，取值范圍在0.75～0.85。以山區工業用水的多年平均耗水率作為工業開采凈消耗系數，取值范圍在0.25～0.40。

1.5 潛水蒸發量

潛水蒸發量采用系數法計算公式為:

式中:E為潛水蒸發量，萬m3;E0為水面蒸發量，mm，采用E601型蒸發器的觀測值或換算成E601型蒸發器的蒸發量;C為潛水蒸發系數(無因次);F為計算面積，km2。

2 巖溶山丘區地下水資源計算

巖溶山丘區地下水資源量計算采用補給量法，用排泄量法校核。水文地質參數，本次計算主要根據《河北省邯邢基地區域水文地質勘察報告》和《河北地下水》中的水文地質參數。大氣降水在巖溶裸露區的入滲系數a1=0.20;大氣降水在巖溶淺埋區的入滲系數a2=0.10。

降雨入滲補給量是指降水通過裸露灰巖的滲入量和滲入到淺埋區土壤并在重力作用下滲透補給巖溶地下水量。年降水入滲補給量的計算公式為:

式中:Q為年降水入滲補給量，104m3/a;P為年降水量，104m3/a，α1α2為年降水入滲補給系數，104m3/a。

3 結語

不同評價類型區地下水的入滲條件和補給水源差別較大，資源量的年際變化也因之而異:

1)山丘區地下水主要由降水入滲補給，排泄條件好，但受入滲能力的限制，豐水年份與枯水年份的補給量相差不大，山丘區Cv值變化在0.40～0.62，極值比為6～8，小于同期降水量的極值比4.0～6.7。

2)平原區地下水資源量中，降水入滲補給量占70%以上，是地下水資源量的主要補給來源［5］。地下水資源量中除降水入滲補給量外，還有不穩定的地表水體補給量，故其年際變化較大。

由1980—2005年的系列進行頻率分析可知其Cv值變化在0.58～0.72，極值比在9～14.5，均大于降水量的年際變化。

［1］丁炳坤.工程水文學［M］.北京:中國水利水電出版社，1994.

［2］胡春歧，劉惠霞，胡軍波.紫荊關以上流域下墊面條件變化對產匯流影響分析［J］.南水北調與水利科技，2008，5(01):50-52，2006，(6):245-246.

［3］趙琳琳，肖長來，陳昌亮.楊家杖子經濟開發區地下水資源評價［J］.節水灌溉，2013(06):8-10.

［4］王柏強，孫德利，王大勇.鳳鳴山截潛工程地下水資源計算及分析［J］. 黑龍江水利科技，2010，38(06):150-151.

［5］臧紅飛，寧顯林，陳軍鋒，金芳義.交口縣巖溶地下水資源量估算［J］. 地下水，2010，32(04):66-67.