淺談古浪縣水源地水資源量計算與評價

閆威YAN Wei

（甘肅省地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局水文地質工程地質勘察院，張掖 734000）

0 引言

古浪縣城區(qū)地下水水源地現(xiàn)作為城市的備用水源地，現(xiàn)分別計算評價其地下水天然補給量、儲存量及允許開采量。古浪縣城區(qū)水源地由古浪河河谷水源地和柳條河河谷水源地組成。由于上述兩個水源地處于相對獨立的水文地質單元，具有各自獨立的地下水補給、存貯、徑流和排泄系統(tǒng)。因而，對地下水資源量計算評價時分別進行。

1 自然地理位置

1.1 交通位置

古浪縣居甘肅省中部，河西走廊東端，騰格里沙漠南緣，東西長約102km，南北寬約88km，區(qū)域總面積5103km2。地理坐標：東經(jīng)103°04′24″～103°11′34″；北緯37°34′30″～37°40′30″。縣內，南部是東西走向的毛毛山、烏鞘嶺高山屏障，中部是由南向北、由西向東逐漸降低的低山、丘陵和山前傾斜平原，北部是騰格里沙漠南緣。構成南高北低、西高東低的地勢，海拔在1550-3771m之間，地貌類型復雜多樣。境內光熱資源豐富、降水稀少、干旱多風、自然災害頻繁，是全國抗震設防烈度不低于9級的縣份之一。

1.2 地形地貌

自喜馬拉雅運動以來，新構造運動活躍，山區(qū)震蕩上升，平原區(qū)間歇沉降，造就了古浪縣境內山地、丘陵、盆地、平原、河谷及沙漠六種大的地貌類型。

1.3 氣象水文

1.3.1 氣象 本區(qū)屬大陸性冷溫帶干旱-半干旱氣候，具有日照充足、晝夜溫差大、夏季炎熱、冬季嚴寒、降水稀少、蒸發(fā)強烈等氣候特征。降水除受大氣環(huán)流控制外，明顯地受地形影響，呈時空分布很不均勻的特點。據(jù)古浪氣象站多年觀測資料，古浪縣城一帶年平均氣溫5.2℃，川區(qū)年平均氣溫6.6℃，山區(qū)年平均氣溫1.3℃，氣溫隨海拔增加而降低。縣城年均降水量362mm，年均蒸發(fā)量1784mm，降水量由南向北呈逐漸減小的趨勢，南部山區(qū)降水量可達450mm，至北部騰格里沙漠減小至100mm左右。與降水量變化趨勢相反，年蒸發(fā)量由南向北呈逐漸增大的趨勢，南部山區(qū)年蒸發(fā)量1000mm左右，北部荒漠區(qū)高達2800mm。干旱指數(shù)南部山區(qū)為2.50-2.68，中低山區(qū)2.68-4.48，農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)4.48-10.40，沙漠區(qū)大于10.40。1月最冷，月均氣溫-0.8℃，7-8月最熱，月均氣溫18.4℃。多年平均風速3.6m/s，最大風速17.0m/s。勘查區(qū)一帶地處騰格里沙漠南緣，年降水量僅200mm左右，蒸發(fā)量超過2000mm。

1.3.2 水文 古浪縣境內常年性河流主要有古浪河和大靖河，均屬內陸河流域石羊河水系。古浪河是縣境內最大的一條河流，位于古浪縣城東南。發(fā)源于祁連山脈烏鞘嶺、毛毛山、雷公山、牛頭屲山北麓，屬石羊河支流。自東向西7條次級支流匯合于十八里堡后稱古浪河，之后進入長約8km的峽谷河段-古浪峽，出山后與柳條河匯流，此后由南向北流經(jīng)至古浪縣永豐灘匯入紅水河，最終匯入石羊河干流，主河道全長48km。據(jù)古浪水文站資料，古浪河多年平均徑流量0.617億m3。大靖河發(fā)源于毛毛山北麓，由大直溝、酸茨溝、條子溝、莊浪溝匯集而成。河水匯入大靖峽水庫，后又經(jīng)大靖峽出山進入平原區(qū)，消失于海子灘、騰格里沙漠，全長45km。據(jù)大靖峽水庫水文站資料，大靖河多年平均徑流量0.133億m3。

1.4 社會經(jīng)濟概況

古浪縣現(xiàn)轄12鎮(zhèn)7鄉(xiāng)，1個街道辦事處，7個居委會，22個村委會、2030個村民小組，總人口38.9萬，其中農(nóng)村人口35.16萬。2020年，全縣國民經(jīng)濟發(fā)展著力優(yōu)化結構，轉變發(fā)展方式，突出重點，狠抓落實，取得顯著成效。全年實現(xiàn)生產(chǎn)總值61.11億元，按可比價計算，比上年增長5.9%。其中：第一產(chǎn)業(yè)增加值24.49億元，增長6.6%；第二產(chǎn)業(yè)增加值6.04億元，下降22.1%；第三產(chǎn)業(yè)增加值30.59億元，增長2.7%。三次產(chǎn)業(yè)結構比為40.07∶9.88∶50.05。全年全縣十大生態(tài)產(chǎn)業(yè)增加值23.36億元，比上年增長20.29%，占全縣生產(chǎn)總值的38.23%，較上年提高3.73個百分點。

2 地下水資源量評價

水源地地下水資源量評價是對地下水源地或某一地區(qū)、某個含水層的補給量、儲存量、允許開采量進行計算的基礎上，對所用計算方法的適宜性、水文地質參數(shù)的可靠性、資源計算結果精度、開采資源保證程度所做出的全面評價。主要包括地下水天然補給量、儲存量及允許開采量。

2.1 地下水天然補給量 地下水天然補給量，指在天然狀態(tài)下，通過各種途徑進入含水系統(tǒng)或水源地開采層的可控利用的地下水量，一般包括通過下列途徑進入評價區(qū)含水層的水量、地下水側向徑流的流入量、降水入滲量、地表水入滲量、越流補給量及其他途徑補給水量。從多年平均角度看，就是含水系統(tǒng)每年可以獲得補充和恢復的水量。

2.2 地下水儲存資源量 地下水儲存資源量指儲存于含水層中的重力水體積，一般選用體積法計算，即地下水儲存量為含水層給水度、平均厚度和分布面積的乘積。

2.3 地下水允許開采量 地下水允許開采量，是指在經(jīng)濟合理、技術可行且不發(fā)生因開采地下水而造成水位持續(xù)下降、水質惡化、地面沉降等水環(huán)境問題和不對生態(tài)環(huán)境造成不良影響的情況下，允許從含水層中取出的最大水量。水源地勘察中的水量計算，以確定允許開采量為主要目的，在地下水詳查和開采階段對地下水資源進行評價時，計算的允許開采量不得超過補給量。可見，地下水資源計算與評價在水源地勘察中的重要性。

3 古浪河水源地

3.1 評價范圍 水源地位于城南1km，評價范圍北起縣城，南至金家灣，評價區(qū)面積1km2，見圖1。

圖1 古浪縣城供水水源地均衡計算示意圖

3.2 評價方法 采用斷面法評價其地下水資源，選擇邊墻洼垂直河谷的Ⅰ—Ⅰ’斷面。

3.3 水文地質參數(shù)的確定 根據(jù)《甘肅省城市供水水資源評價及保護對策》，水源地含水層平均厚度為20m，滲透系數(shù)為60m/d，給水度為0.2。

3.4 地下水天然資源量（Q天然）即選擇斷面Ⅰ—Ⅰ’處的地下水側向徑流量，利用達西公式計算：Q天然=KBIH

式中，K——滲透系數(shù)，取值為60m/d；B——斷面寬度，從圖上量取為450m；I——水力坡度，為20‰；H——含水層平均厚度，為20m。經(jīng)計算，水源地地下水天然資源量為10800m3/d，即394.2萬m3/a。

3.5 地下水儲存資源量（W）地下水儲存資源量計算公式為：W=μ·H·F=400萬m3；式中，μ——給水度，取值為0.2；H——意義同上；F——計算區(qū)含水層分布面積1km2。經(jīng)計算，地下水儲存資源量為400萬m3。

3.6 地下水允許開采量 水源地現(xiàn)有供水井4眼，井深30-40m，根據(jù)抽試驗成果，單井涌水量（降深5m，井徑325mm）為1500m3/d，抽水時各供水井之間無干擾。4眼供水井總出水量為6000m3/d，占天然補給量55.6%，在開采條件下能奪取地表水對地下水的增補資源量，且在枯水年份或季節(jié)還可以動用部分地下水儲存資源，等到豐水年或雨季得到補給，實現(xiàn)以豐補歉。因此，將6000m3/d作為古浪河水源地的允許開采量是完全有保證的。

4 柳條河河水源地

4.1 水資源均衡計算

本次采用水量均衡法評價柳條河水源地地下水資源。

①均衡區(qū)。柳條河水源地位于城西1km，本次選擇西起顧家臺，東至古浪縣的柳條河河谷地區(qū)作為地下水均衡計算的區(qū)域，面積1.07km2（圖1）。②均衡期。均衡期選取2016年1月1日-2016年12月31日。③邊界條件。均衡區(qū)西南部為地下水流入斷面（AB斷面），東北部為地下水流出斷面（CD斷面），河谷兩側為地下水零流量斷面（BC斷面、AD斷面）。④地下水均衡方程。均衡區(qū)地下水主要補給來源為地下徑流側向流入、河流側向滲入補給、渠系水及灌溉水入滲；排泄方式主要為地下徑流側向流出、人工開采及泉水溢出，由于均衡區(qū)地下水蒸發(fā)量極小，本次計算忽略不計。滿足上述條件的地下水均衡方程為：

式中：Q側入——地下水側向流入量，萬m3/a；Q渠滲——渠系水滲漏補給量，萬m3/a；Q田滲——田間灌溉水入滲補給量，萬m3/a；Q河補——河水側向滲入補給量，萬m3/a；Q側出——地下水側向流出量，萬m3/a；Q開采——地下水開采量，萬m3/a；Q溢出——泉水溢出量，萬m3/a；ΔQ為均衡期始末地下水儲量變化量，萬m3/a。

⑤地下水均衡要素及計算。

1）渠系水滲漏補給量（Q渠滲）。渠系水滲漏補給量計算公式：Q渠滲＝Q渠引×q×L

式中：Q渠引——實測渠道引水量，萬m3/a；q——單長滲漏率，無量綱；L——渠道長度，km。根據(jù)2016年實測引水量225萬m3，單長滲漏率為0.008、渠道長度1.2km，計算得渠系水滲漏補給量約為2.16萬m3/a。

2）田間灌溉水入滲補給量（Q田滲）。即田間回歸水，包括支渠以下渠系（斗渠、農(nóng)渠）及進入田間水量的入滲補給量。計算公式：Q田滲＝Q灌×p

式中：Q田滲——田間灌溉水入滲補給量，萬m3/a；Q灌——凈灌溉用水量，取值38萬m3/a；p——灌溉水入滲系數(shù)，取值0.15。計算得均衡區(qū)田間灌溉水入滲補給量為5.7萬m3/a。

表3柳條河水源地均衡區(qū)均衡計算結果表

3）河水側向滲入補給量（Q河滲）。

據(jù)野外實測地下水位與柳條河河水水位相對高差，確定河水側向滲入對地下水的補給量，利用公式：Q河補＝KBΔH2t/2L；式中：Q河補——河水側向滲入補給量（萬m3/a）；K——含水層滲透系數(shù)（m/d）；t——地表水對地下水補給時間（d）；B——補給帶寬度（m）；ΔH——河水位與地下水位相抵高差（m）；L——地下水位觀測井至河距離（m）。

經(jīng)計算，均衡區(qū)河水側向滲入補給量為7.5萬m3/a，結果見表1。

表1柳條河水源地均衡區(qū)側向滲入補給量計算結果表

4）地下水側向徑流量（Q側）。

式中：Q側——地下水側向徑流量，m3/d；Ki——i段含水層滲透系數(shù)，m/d；Ii——i段地下水水力坡度，根據(jù)等水位線圖量測，‰；Li——計算斷面寬度，m，依據(jù)；Mi——i段含水層厚度，依據(jù)鉆孔資料，m；θi——i段計算斷面與地下水流向間夾角。計算得均衡區(qū)地下水側向徑流補給量為1724萬m3/a，側向排泄量為1445.4萬m3/a（表2）。

表2柳條河水源地均衡區(qū)地下水側向徑流量計算結果表

5）泉水溢出量。均衡區(qū)泉水溢出主要發(fā)生在下游巴家湖一帶，即龍泉公園，根據(jù)公園內泉流量多年觀測資料，平均流量為0.042m3/s，即泉水溢出量為132.45萬m3/a。

6）地下水開采量（Q開）。根據(jù)調查結果，均衡區(qū)現(xiàn)有供水井2眼，農(nóng)灌井5眼，其中供水井開采量（應急供水）為32.00萬m3/a，農(nóng)灌井開采量為43.00萬m3/a，合計開采量為75.00萬m3/a。

⑥地下水均衡計算結果。

根據(jù)均衡計算結果，均衡區(qū)地下水補給量為1558.05萬m3/a，其中地下水側向徑流量占均衡區(qū)地下水總補給量的99.01%，河水側向滲漏、渠系水及田間灌溉水入滲量占0.99%；均衡區(qū)地下水排泄量為1548.78萬m3/a，其中地下水側向徑流量占均衡區(qū)地下水總排泄量的86.61%，地下水開采量占4.84%，泉水溢出量占8.55%。計算結果表明，均衡差為+9.27萬m3/a，地下水呈正均衡，近似處于采補平衡狀態(tài)（表3）。根據(jù)周邊地下水多年觀測資料，2012年以來，均衡區(qū)地下水呈穩(wěn)中略有上升的趨勢，上升幅度約0.1～0.3m/a，這與均衡計算結果保持一致，說明地下水均衡計算結果符合實際。

4.2 地下水天然資源

均衡區(qū)地下水天然資源量包括側向徑流和河流滲漏補給量，根據(jù)均衡計算結果，地下水天然資源量總計為1550.19萬m3/a。

4.3 地下水儲存資源

均衡區(qū)潛水儲存量計算公式：W=μFM

式中：W——地下水儲存量，萬m3/a；μ——給水度，取經(jīng)驗值0.2；F——含水層分布面積，即均衡區(qū)面積1.07km2；H——含水層厚度，取平均值50m。經(jīng)計算，均衡區(qū)內地下水儲存資源量為1070萬m3。

4.4 允許開采量

柳條河水源地現(xiàn)有供水井2眼，井深30-40m，根據(jù)抽試驗成果，單井涌水量（降深5m，井徑325mm）為2000m3/d，抽水時供水井相互之間無干擾，水源地設計出水量4000m3/d。將設計開采量作為水源地允許開采量，即水源地允許開采量為146.00萬m3/a，僅占地下水天然資源量的9.42%，且水源地在開采時，可以奪取地表水的入滲補給增量和上游側向徑流的補給增量。可以看出，柳條河水源地146.00萬m3/a（4000m3/d）的允許開采量是完全有保證的。

5 結束語

地下水資源計算與評價，主要是對地下水補給量及排泄量的計算。其中，地下水補給來源（結合民勤縣水源地）一般包括地下徑流側向流入、紅崖山水庫滲漏補給、染系水及灌溉水入滲、降水凝結水入滲補給；地下水排泄途徑（結合民勤縣水源地）主要有地下徑流向流出、人工開采和潛水蒸發(fā)等方式。所選擇的水源地，必須保證該水源地處于正均衡狀態(tài)，故補給量宜大于或等于排泄量。在古浪縣補給來源主要有地下徑流側向流入、河流側向滲入補給、渠系水及灌溉水入滲等；排泄途徑主要有地下徑流側向流出、人工開采及泉水溢出等。綜上所述，地下水資源量的計算，直接影響資源評價中允許開采量的精度。加強地下水資源量的計算，有利于提高水源地勘察報告的質量，有利于提高資源評價的精度。