煤窯溝灌區地下水資源補給量計算

祖力皮亞·熱西提

（新疆維吾爾自治區水文局,新疆 烏魯木齊 830000）

為水資源統一規劃管理,根據水文地質條件,本次分析范圍以流域區作為地下水資源評價區,即煤窯溝灌區流域按煤窯溝流域和黑溝恰勒坎流域劃分,地下水資源按流域水資源歸屬界限及南北盆地進行劃分；其中煤窯溝灌區平原區總面積1896.1 km2,北、南盆地平原區面積分別為993.5 km2和902.6 km2。

1 山前側向補給與河流滲漏量

1.1 山前側向補給量

山前地下水側向補給量是以地下潛流形式流入山前平原區的水量。煤窯溝灌區流域北接天山,山區與其平原區的交界區的連線即為補給斷面。本次山前側向補給量引用第二次新疆地下水資源調查與評價成果進行計算, 煤窯溝灌區地表總徑流量為14024 萬m3。煤窯溝流域河道徑流量為8800萬m3,占灌區地表總徑流量的62.7%。黑溝恰勒坎流域河道徑流量為5224萬m3,占灌區地表總徑流量的37.3%。根據地下水測量計算,山前側向補給總量為2974萬m3,則煤窯溝流域、黑恰勒坎流域山前地下水側向補給量分別為2974×62.7%=1865萬m3、2974×37.3%=1109萬m3。

1.2 河流滲漏量

煤窯溝灌區河流屬山前帶型小型河流（年徑流量<1.0億m3）,煤窯溝灌區流域河流經水利工程引水后,河道剩余水量除河道滲漏外,其余作為蒸發蒸騰消耗。河流滲漏計算公式為：

式中：Q河滲為河水滲漏補給量,萬m3； Q河徑為河流剩余徑流量,萬m3；M為河流滲漏系數,煤窯溝流域M取0.65,黑溝恰勒坎河流M取0.78。

通過計算,煤窯溝灌區河流地下水滲漏量為5084萬m3。其中煤窯溝流域河流滲漏量北、南盆地分別為2325萬m3和72萬m3；黑溝恰勒坎流域河流滲漏量北盆地為2687萬m3。

2 水庫滲漏與蒸發計算

煤窯溝灌區除葡萄溝水庫為中型水庫外,洋沙水庫、勝金口水庫、勝金臺水庫均屬小（一）型水庫,為引水蓄庫。水庫滲漏公式為：

式中：Q庫滲為水庫水滲漏補給量,萬m3；Q庫為水庫興利計庫容,萬m3；庫為水庫滲漏補給系數,灌區中型水庫、小型水庫滲漏系數分別取0.15和0.25。

式中相關參數取值及計算結果見表1。煤窯溝灌區水庫滲漏補給量為228萬m3。其中煤窯溝流域南盆地、黑溝恰勒坎流域北盆地水庫滲漏量分別為153萬m3和75萬m3。

表1 煤窯溝灌區水庫滲漏補給量及蒸發計算匯總表

水庫水面蒸發計算公式為：

式中：Q庫蒸為水庫水面蒸發量,104m3； F為水庫水面面積,km2；ε為水面蒸發量（E20=2603 mm；E601=0.613×E20=1596 mm）； c為水庫水面積是動態變化的,考慮到水庫放水,水庫蓄水面積在蒸發較為強烈的7月~9月面積將有所減小,通過水庫水面蒸發計算,灌區水庫水面蒸發量為447萬m3,其中煤窯溝流域南盆地、黑溝恰勒坎流域北盆地水庫蒸發量分別為310萬m3和137萬m3。

煤窯溝灌區水庫蓄水總損失水量為675萬m3。其中煤窯溝流域南盆地、黑溝恰勒坎流域北盆地水庫蒸發量分別為463萬m3和212萬m3。

3 渠系滲漏及田間入滲補給計算

3.1 渠系滲漏計算

渠系滲漏補給量只計算到干渠、支渠兩級,采用下式計算：

式中：Q渠系補為年渠系滲漏補給量,萬m3；m為渠系滲漏補給系數；η為渠系水有效利用系數,2009年~2018年灌區灌溉水系數平均為0.6545；γ為渠系滲漏補給地下水的水量與渠系損失水量的比值。本次煤窯溝流域、黑溝恰勒坎流域分別取0.65和0.68；Q渠首引為年干渠渠首引水量。Q渠首引采用2009 年~2018 年的農田引水灌溉年均值。煤窯溝灌區流域農業多年平均地表水量引水量6361 萬m3,其中煤窯溝流域、黑溝恰勒坎流域地表水引水量分別為4821萬m3和1540萬m3。

渠系滲漏損失量中,含有水庫損失水量,經計算,煤窯溝灌區農田地表水渠系灌溉滲漏量為1513萬m3,其中煤窯溝流域、黑溝恰勒坎流域分別為1130萬m3和383萬m3；北盆地黑溝恰勒坎流域農田渠系滲漏量為74萬m3；南盆地農田地表水渠系灌溉滲漏量為1439萬m3,其中煤窯溝流域、黑溝恰勒坎流域分別為1130萬m3和309萬m3。

3.2 渠灌田間入滲補給量

田間水入滲補給量計算按下式計算：

式中：Q渠灌補為年渠灌田間入滲補給量,萬m3；β渠為渠灌田間入滲補給系數,煤窯溝流域、黑溝恰勒坎流域β渠數分別取0.10 和0.12；Q渠田為進地水量,單位：萬m3。

相關參數取值見表2,經計算匯總（見表2）,煤窯溝灌區農田地表水引水量在扣除渠系輸水損失后,進入田間的水量為4163萬m3,對田間的入滲量為436萬m3,其中煤窯溝流域、黑溝恰勒坎流域分別為316 萬m3和121 萬m3；北盆地黑溝恰勒坎流域農田地表水田間入滲量為23 萬m3；南盆地地表水田間入滲量為413 萬m3,其中煤窯溝流域、黑溝恰勒坎流域分別為316 萬m3和98 萬m3。

表2 煤窯溝灌區農田地表水渠系灌溉滲漏及田間入滲補給量計算匯總表 單位：萬m3

3.3 井灌回歸補給量

井灌回歸補給量包括機電井水、坎爾井水及泉水灌溉入滲回歸補給。煤窯溝灌區農田利用了坎爾井、泉水水量,其水量引入斗農渠內進行灌溉。因此本次井灌回歸補給量按渠系滲漏及田間入滲補給計算方法進行計算。煤窯溝灌區流域農業利用地下水（井水、坎兒井、泉水）多年平均水量為22647萬m3,其中煤窯溝流域、黑溝恰勒坎流域地下水利用量分別為12335萬m3和10322萬m3。經計算（見表3）,煤窯溝灌區井灌回歸入滲補給量為6172萬m3,其中,井灌回歸渠系滲漏量為4102萬m3,井灌回歸田間入滲量2070萬m3。

表3 煤窯溝灌區井灌回歸補給量計算成果表 單位：萬m3

煤窯溝灌區井灌回歸補給量為6172 萬m3,其中煤窯溝流域、黑溝恰勒坎流域分別為3276 萬m3和2896 萬m3；北盆地黑溝恰勒坎流域農井灌回歸補給量為1174 萬m3；南盆地井灌回歸補給量為4998 萬m3,其中煤窯溝流域、黑溝恰勒坎流域分別為3276萬m3和1722萬m3。

4 未利用坎爾井水、泉水回歸補給量

未利用坎兒井水、泉水回歸補給量按下式計算

式中：Q坎兒井、泉水未利用歸為年未利用坎兒井、泉水回歸補給量, 萬m3；β為年未利用坎兒井、泉水回歸補給系數；考慮坎兒井、泉水為常年性水流,取煤窯溝流域、黑溝恰勒坎流域坎兒井、泉水回歸補給系數分別為0.30 和0.35；Q坎兒井、泉水量為流域灌區未利用的坎兒井及泉水量,萬m3；Q坎兒井、泉水量采用2009年~2018 年的年均值。

煤窯溝灌區流域未利用坎兒井、泉水多年平均水量為1453萬m3。通過計算,煤窯溝灌區未利用坎兒井、泉水回歸補給量為455萬m3,其中煤窯溝流域、黑溝恰勒坎流域分別為324萬m3和131萬m3；北盆地黑溝恰勒坎流域未利用坎兒井、泉水回歸補給量為70萬m3；南盆地未利用坎兒井、泉水回歸補給量為384萬m3,其中煤窯溝流域、黑溝恰勒坎流域分別為324萬m3和61萬m3。

5 工業和生活生態用水補給量

5.1 工業用水入滲補給量

灌區工業用水入滲補給量按下式計算：

式中：Q工滲為灌區流域工業用水量入滲量,單位：萬m3；β為工業用水入滲補給系數0.02；Q工為工業用水量,Q工采用2009 年~2018 年的年均值853 萬m3。

經計算,煤窯溝灌區工業用水入滲補給量為17 萬m3,其中煤窯溝流域、黑溝恰勒坎流域分別為10 萬m3和7 萬m3。

5.2 生活用水入滲補給量

灌區生活用水入滲補給量按下式計算：

式中：Q生活滲為灌區流域生活用水量入滲量,萬m3；β為生活用水入滲補給系數0.025；Q生活為生活用水量,萬m3；Q生活采用2009年~2018年的年均值1326 萬m3。

經計算,煤窯溝灌區生活用水入滲補給量為33 萬m3,其中煤窯溝流域、黑溝恰勒坎流域分別為20 萬m3和 13萬m3。

5.3 生態用水入滲補給量

灌區生態用水入滲補給量按下式計算：

式中：Q生態滲為灌區流域生活用水量入滲量,萬m3；β為生態用水入滲補給系數0.03；Q生態為生態用水量,Q生態采用2009年~2018 年的年均值813 萬m3。

經計算,煤窯溝灌區生態用水入滲補給量為24 萬m3,其中煤窯溝流域、黑溝恰勒坎流域分別為15 萬m3和10 萬m3。

6 結語

煤窯溝灌區地下水補給主要以井灌回歸補給、河流滲漏、山前地下水側滲為主。通過分析計算,灌區流域地下水總補給量為16937 萬m3,其中煤窯溝流域、黑溝恰勒坎流域地下水總補給量分別為9507萬m3和7430萬m3；井灌回歸補給、河流滲漏、山前地下水側滲分別占總補給量的36.4%、30.0%、17.6%；地表水渠系滲漏補給和田間入滲分別為1513萬m3和436萬m3,僅分別占總補給量的8.9%、2.6%,計算分析結果可為灌區地下資源管理提供參考。