沈陽地區地下水庫資源及開發潛力的分析

王 鋼

(沈陽新杉電子工程有限公司，沈陽 110000)

沈陽地區地下水庫資源及開發潛力的分析

王 鋼

(沈陽新杉電子工程有限公司，沈陽 110000)

受多種因素的綜合影響，沈陽地區水資源匱乏、水資源綜合利用率較低，筆者在沈陽地區地下水資源現狀分析的基礎上，對其擬建地下水庫的可行性及開發潛力等進行了綜合論證，結論表面修建地下水庫并采用地下水與地表水聯合調蓄是解決當前沈陽地區水資源匱乏的有效途徑，并為類似地區水資源的開發利用提供了指導借鑒。

地下水庫；資源；開發潛力；建庫條件；設計理論

1 沈陽地區地下水資源概述

沈陽地區各流域河流之間相對獨立、完整，且呈現典型的北方沿海流域特征，其水資源時空分布不均勻，綜合利用率低，缺水是普遍現象，筆者對該區域建立地下水庫的可行性、開發潛力以及地下水與地表水聯合調蓄等進行了綜合探討，為緩解北方地區普遍的水資源缺乏問題提供了理論指導與解決途徑。

2 地下水庫開發潛力分析

2.1 地下水庫修建的優勢分析

考慮到徑流特征、含水層儲水條件及入滲等情況，沈陽地區不適宜建造更多地表水利工程，而建造地下水庫則可以大大滿足未來地區供水需求。通過人工攔蓄其地表徑流保證土壤含水層徑流量充分，并采用“強采強補”的做法增加地下水的循環程度，以大大提升地區水資源調蓄能力。傳統情況下的水利工程只能達到50%的水資源利用率，而通過上述方法所建造的地下水庫則可以實現90%甚至更高的水資源利用。

過去沈陽地區某些區域地下水開發利用程度較高，但是由于過度開采，致使水位下降、水資源瀕臨枯竭，而通過修建地下水庫則可以大大避免以上問題，既可以提高水資源開發利用率，又可以促進水文生態的盡快恢復，避免環境地質等問題的再現。與傳統的水利工程相比，地下水庫具有很多優勢，如占地少、不涉及動遷問題、施工過程簡單、工程造價低等，根據國外成功經驗，建造地下水庫的成本是同等規模、同樣調蓄能力傳統水庫的30%左右，可見，建造地下水庫、充分利用地下水庫資源對我國建設資源節約型社會意義重大。

2.2 地下水庫的水資源量

沈陽地區地下水庫的水資源應為降水、河水入滲、渠系水及田間灌溉入滲等水量的總和，分別計算。

2.2.1 降水入滲量

計算公式為：

A0=α×A×F

(1)

式中：A0為降水入滲量，m3/a；α為入滲系數，通過降水及地下水埋深與其動態幅度等之間的關系進行推算，0.118<α<0.366；A為多年降雨量平均值，其按照分布在不同水文地質區域的測站所測得的年降水量進行分別計算，600

2.2.2 河水入滲量

河水滲入量可以通過沈陽地區各河流徑流站所測多年徑流量差的平均值得出，如果所計算平均值取值>0，則表明河水補給地下水，相反若小于零，則表明地下水補給河水，沈陽地區河水入滲量為10.2億m3/a，地下水補給河水量為6.37億m3/a。

2.2.3 渠系及田間灌溉入滲量

計算公式如下：

J=αQ

(2)

式中：α為入滲系數，α=1-n，其中n為渠系水利用系數，則n=0.8(渠系)×0.95(田間)=0.76，代入則α=1-0.76=0.24；Q為引水灌溉量，m3，通過實際灌溉面積與灌溉定額進行計算。經計算，J=5.43億m3/a。

2.2.4 洪內澇入滲量

計算公式為：

Y0=F×α0

(3)

式中：F為洪內澇面積，km2，取F=4487.4km2；α0為入滲系數，此處選取沈陽地區供水實驗值α0=0.0177m3/m2·d。經計算，Y0=3.95億m3/a。

通過以上計算可以看出，沈陽地區地下水庫來水量中主要是降水和河水入滲。

2.3 地下庫容

2.3.1 地下截流壩

沈陽地區地下水庫庫區含水層厚度變化較大，其所具備的蓄水能力也不盡相同，例如地下水位<2m時，水利坡降為0.0001，而其淡水含水層的平均厚度為50m，滲透系數約為2.2m/d，過流斷面的面積為10.36km，天然狀態下地下水庫淡水體滲流入海排泄量可以通過達爾西公式加以計算。

Q=K×I×H×B

(4)

式中：Q為地下水徑流量，m3/d；K為含水層的滲透系數；I為地下水庫水利坡度；H為含水層厚度的平均值；B為地下水庫斷面寬度。

經計算，Q=2.2×0.0001×50×10.36=1140m3/d=0.04億m3/a≈0，計算結果表明，沈陽地區地下水庫的確能發揮地下截流壩的作用，從而使地下水庫中淡水體排泄入海的水量可以忽略不計。

2.3.2 地下水庫有效庫容的估算

作為評價水利工程經濟與社會效益的基本指標，地下水庫的調蓄能力往往通過其蓄水能力與調水能力來綜合反映，通過水庫調蓄庫容的大小反映水庫蓄水能力的高低，調水能力則主要受到開采等人為行為的影響更多，沈陽地區地下水庫的調蓄能力通過下列過程進行計算和分析[2]。

1)蓄水能力

沈陽地區地下水庫蓄水能力的計算公式如下：

V=M×μ×S

(5)

式中：V為地下水庫調蓄庫容，在水庫水資源充足的情況下，地下水庫調蓄庫容為水庫調蓄水量，m3)；M為庫區面積，km2；μ為含水層給水程度，本區域取值μ=0.22；S為調蓄深度，m，其取值為含水層厚度的1/2。選擇沈陽地區若干適宜修建地下水庫的流域的調蓄庫容，并結合上述公式加以計算，結果見表1。

表1 沈陽地區地下水庫調蓄庫容統計表

2) 調蓄能力

影響沈陽地區地下水庫調水能力的因素主要有含水層屬性及人工開采的影響，在進行地下水庫修建過程中，必須要有導水和儲水能力良好的含水介質，才能達到地下水庫開采的要求，并通過不斷的循環補給進行水資源的調蓄。通過分析沈陽地區地下水庫含水層的地質特征，發現其河谷松散的堆積的含水層與巖溶含水層的導水與含水能力較好，符合地下水循環交替對其含水能力的基本要求。

為了進行沈陽地區地下水庫滲補水源及其調蓄能力的可靠性論證，筆者進行了地下水庫均衡的計算，結果見表2。

表2 地下水庫多年平均地下水綜合補給量平衡表

通過表2計算結果可知，沈陽地區地下水庫地下水綜合補給量基本趨于平衡狀態，誤差約為0.03億m3/a，相對誤差0.0082%，基本可以忽略不計，因此，沈陽地區地下水庫綜合補給量48.53億m3/a完全符合實際情況，可以將其作為興利庫容標準，是地下水庫水位下降1.5-15m所能蓄存到的地下水量。總之，開發地下水庫既有助于增加調蓄庫容量，又有利于保證充足的滲補水源，更具有較強的調蓄能力，同時輔之以地下攔蓄工程、人工補給工程等，可以大大提高地下水補給量，增大開發潛力。

2.4 地下水庫開發方案設計

在進行沈陽地區地下水庫開發的過程中，必須充分利用地下水與其他水源之間的互相轉化關系，擴大地下水資源的補給量，實現地下水與其他水源的聯合使用、人工補給，并采用間歇性開采方式控制過度開采，同時強化咸水淡化、現有開采井的優化布局等綜合性措施。地下水庫開發方案模式為：河水→灌溉稻田→回滲地下→工業開采，或國際上普遍采用的地表水與地下水聯合調度運行模式：引洪水→滲水池→回滲地下→工業開采。

3 結 論

地下水庫調蓄能力中蓄水能力是基礎，而調水能力是保證，筆者以沈陽地區為例，采用定性與定量相結合的方法，對該區域地下水庫資源及其開發潛力進行了分析，充分表明，修建地下水庫并通過地表水與地下水之間的聯合調蓄是當前該區域乃至全國范圍內大力開發地下水資源、提高水資源綜合利用率、改善水資源緊缺狀況等的理想途徑。

[1]郭飛，高茂生.我國北方沿海地區地下水庫分類及綜合對比[J].海洋地質前沿，2015(05)：66-68.

[2]鄧銘江，李文鵬.新疆地下儲水構造及地下水庫關鍵技術研究[J].第四紀研究，2014(09)：101-102.

1007-7596(2016)12-0056-02

2016-11-24

王鋼(1970-)， 男， 遼寧沈陽人，工程師。

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