節水增糧取水水源供水量計算與可靠性分析

常英明

（遼寧省葠窩水庫管理局有限責任公司，遼寧 遼陽）

凌源市節水增糧行動項目共實施節水改造灌溉21.93 萬畝，涉及20 個鄉鎮、66 個片區，結合區域的水文與地質情況，將片區共劃為24 個單元，采用滴灌形式，將區域1462 眼改造井作為節水增糧灌溉水源。目前灌溉采用漫灌的灌溉方式，實際灌溉用水量為2741 萬m3，節水灌溉實施后，總取水量為1323.5 萬m3，將比現狀年減少1417.5 萬m3。本次以論證單元（一）為例，計算可供水量，分析該單元節水增糧取水水源可靠性。

1 基本概況

論證單元（一）主要分布在青龍河沿岸，為季節性河流，區域內無大蓄水工程。涉及刀爾登鎮的南營子村和北營子村，總面積56.01 km2，其中論證單元面積9.264 km2。論證區現有機電井51眼，改造機電井40 眼。現狀年論證單元總灌溉面積6000 畝，種植的玉米作物灌溉定額125 m3/畝，則年灌溉用水量75 萬m3，采用漫灌，灌溉時間為4 月～9 月。項目實施后灌溉方式為膜下滴灌，項目片區用水量為36.21 萬m3。

區域多年平均降雨量531 mm，地質主要為第四系全新統沖洪積層，上部為亞粘土，下部為砂軟礫石，顆粒成分變化較大，礫石多呈棱角狀、渾圓狀，有石英砂巖、頁巖侵入體。含水層厚度5 m～10 m，地下水埋深4 m～8 m，滲透系數20 m/d～40 m/d，涌水量700 m3/d～900 m3/d。

2 論證區規劃2020 年需水量預測

結合區域用水量調查，通過分析與計算，現狀總用水量169.7 萬m3，全部為地下水開采，其中居民生活用水量為28.7 萬m3，工業用水量20.0 萬m3，農業用水量121.0 萬m3。考慮社會經濟及節水，預測規劃2020 年總需水量為138.2 萬m3，其中規劃年本項目需水為36.21 萬m3；項目實施后較現狀年節水38.79 萬m3。論證區域規劃年需水預測情況見表1。

表1 論證區域規劃年需水預測情況表 單位：萬m3

3 地下水資源量計算與分析方法

關于源匯項的處理，本區域的源匯項主要包括河流側滲補給量、大氣降水入滲補給量、山前側滲補給量、人工開采量、河道排泄量和側向潛流量。

3.1 補給量計算方法

（1）河流側滲補給量

根據勘察資料及地下水動態觀測資料，在天然條件下，區域內補給地下水。利用下式計算側滲補給量：

式中：Q 河補為河流側滲補給量，m3/d；K 為計算斷面含水層的滲透系數，m/d；H 為計算時段河水位至含水層底板厚度，m；B為河水補給帶寬度，m；I 為斷面處水力坡度。

（2）大氣降水入滲補給量

降水入滲量的多少，主要受地層巖性等地質條件的影響。區域內地下水水為上底層主要為亞粘土和砂軟礫石。降水補給地下水較少。采用下面的公式計算降水入滲補給量：

式中：Q 降為大氣降水入滲補給量，m3/d；α 降為降水入滲系

數；P 為多年平均有效降雨量，mm；F 為降水入滲面積，km2。

（3）山前側滲補給量

采用統計論證區邊界匯水面積，將匯水區的大氣降水入滲補給量作為山前側滲補給量。

式中：Q 山補為山前側滲補給量，m3/d；S 為匯水區面積，km2。

3.2 排泄量計算方法

區域內潛水排泄量主要包括以下幾個方面：（1）人工開采量

根據當地水利部門提供的資料，并參考對當地調查，整個區域生活、工業及農業用水全部為地下水。按照用水定額及社會經濟指標計算區域開采量。

（2）河道排泄量

當河道水位低于兩岸地下水位時，地下水向河道排泄水量，本次河道排泄量按照下式計算：

式中：Q山補為河道的排泄量，m3/d；F 為降水入滲面積，km2；M基為河道基流模數，萬m3/（d·km2）。

（3）側向潛流量

側向潛流量發生在山前河谷平原，以潛流方式流出。利用下式計算側向潛流量：

式中：Q潛流為側向潛流量，m3/d；K 為計算斷面含水層的滲透系數，m/d；H 為計算時段河水位至含水層底板厚度，m；C 為河水潛流帶寬度，m；I 為斷面處水力坡度。

3.3 地下水開采量計算方法

單個潛水完整井出水量計算采用裘布依公式：

式中：Q 為大口井出水量，m3/d；K 為含水層的滲透系數，m/d；H為含水層厚度，m；S 為潛水完整井設計水位降深，m；R 為影響半徑，m；r 為大口井半徑，m。

3.4 水文地質參數選取

根據抽水試驗及區域水文地質資料等成果，確定論證單元各項計算參數如表2 所示。

表2 計算參數成果表

4 地下水可開采量計算結果與分析

4.1 補給量與排泄量平衡分析

選取論證區域1980 年～2011 年共32 年長系列降水資料，根據上述計算方法，計算論證單元補給量與排泄量，計算結果如表3 所示。

表3 1980年～2011 年多年補給量與排泄量平衡計算結果 單位：萬m3

表3 續

根據上述計算結果，論證區域多年平均地下水補給量、排泄量分別為300 萬m3、283.5 萬m3，兩者差值為16.5 萬m3，可以認為補給量與排泄量基本達到平衡，地下水開采后能夠得到及時補充。節水增糧項目實施后，規劃2020 年項目論證單元地下水開采量194.4 萬m3，占地下水量的65%，地下水供水能夠滿足論證單元需水要求。

4.2 地下水可供水量計算分析

4.2.1 85%保證率下供水量

對表2 中1980 年～2011 年32 年補給量作P-Ⅲ型頻率曲線，根據85%設計灌溉保證率要求，采用典型年方法，選取85%頻率下的典型年為1981 年，在節水增糧項目實施前后兩種情況下，對典型年1981 年進行逐月地下水供給調節計算，地下水初蓄水量為857.4 萬m3，計算結果詳見表4。

表4 典型年地下水供給調節計算結果 單位：萬m3

通過典型年分析計算，本論證單元設計保證率條件下，通過動用51.4 萬m3的地下水儲存量可保證規劃水平年的供水需求。動用的地下水儲存量占年初地下水總儲量的6.0%。

4.2.2 連續枯水年供水分析

根據1980 年～2011 年32 年補給量頻率曲線和降雨量分析，選定1980 年～1982 年作為連續3 年枯水年，在節水增糧項目實施前后兩種情況下，對連枯年份進行逐月地下水供給調節計算，計算結果見表5。

表5 連枯年份地下水供給調節計算結果 單位：萬m3

年份 月份 節水增糧項目實施前 節水增糧項目實施后蓄水量 補給量 開采量 排泄量 開采量 排泄量 蓄水量1981年1 月 794.4 12.3 3.4 18.8 9.4 18.8 794.2 2 月 787.2 11.5 3.4 18.7 9.4 18.7 787.0 3 月 779.1 16.8 3.4 24.9 9.4 24.9 778.9 4 月 773.6 15.2 5.7 20.7 14.4 20.7 773.4 5 月 765.4 15.3 12.4 23.5 23.7 23.7 765.0 6 月 757.9 15.2 12.2 22.7 24.6 24.6 755.6 7 月 755.2 26.3 17.3 29.0 29.8 29.8 752.2 8 月 756.5 24.3 11.8 23.0 21.3 23.0 753.5 9 月 762.9 23.8 6.9 17.4 17.6 17.6 759.6 10 月 761.0 15.1 6.4 17.0 16.3 17.0 757.7 11 月 760.3 12.7 3.4 13.4 9.4 13.4 757.0 12 月 759.1 12.2 3.4 13.4 9.4 13.4 755.8 1982年1 月 759.2 13.7 3.7 13.6 9.4 13.6 755.9 2 月 758.5 12.4 3.7 13.1 9.4 13.1 755.2 3 月 756.9 14.5 3.7 16.1 9.4 16.1 753.6 4 月 758.6 17.5 5.9 15.8 14.4 15.8 755.3 5 月 758.5 22.0 11.9 22.1 23.7 23.7 753.6 6 月 762.6 25.6 11.8 21.5 24.6 24.6 754.6 7 月 766.5 29.7 16.2 25.8 29.8 29.8 754.6 8 月 785.8 40.2 11.3 20.9 21.3 21.3 773.5 9 月 784.5 14.1 7.1 15.4 17.6 17.6 769.9 10 月 785.9 16.5 6.5 15.1 16.3 16.3 770.2 11 月 787.7 13.8 3.7 12.0 9.4 12.0 772.0 12 月 789.0 13.6 3.7 12.3 9.4 12.3 773.3

根據表5 計算結果，本項目論證單位開采152 萬m3地下水量可以滿足規劃2020 年需水量要求，開采量僅占初蓄水量的17%。

通過典型年和連枯年的地下水調節計算，地下水量完全能夠滿足本項目規劃年需水量，同時在上述兩種情況下開采的地下水量能夠在豐水年和平水年得到補充，不會出現地下水補給不足問題。

5 結語

通過節水增糧取水水源可供水量計算與分析，本次從85%保證率典型年和連枯年的地下水調節計算來看，論證單元多年平均補給量大于規劃年開采量，而且在豐、平年份能夠及時補充地下水量，得到恢復，水量是有保證的，與實際基本符合。在以后的運行期間，建議建立水資源統一管理制度，加強地下水水位的動態監測，嚴格控制地下水超采。