某縣地下水資源均衡計算分析

胡文斌

（河南省豫東水利工程管理局，河南 開封 475000）

1 參數(shù)的計算

1.1 給水度

根據(jù)淺層地下水含水層的給水度因地質地貌單元不同而異，綜合分析后選取不同地貌單元的給水度值。

1.2 滲透系數(shù)

一是勘探孔求參，配線法計算；二是恢復水位法求參，利用水位恢復速度計算滲透系數(shù)。

1.3 包氣帶垂直滲透系數(shù)k 垂

滲水試驗資料計算垂直滲透系數(shù)。4組滲水試驗：一組在河谷階地區(qū)，一組在黃土丘陵區(qū)，2組在坡洪積扇。

1.4 灌溉回滲系數(shù)

根據(jù)豫北忠義試驗場在黃河沖積平原區(qū)所做的灌溉回滲試驗資料，結合該區(qū)地層結構及水位埋深，該區(qū)采用不同地貌單元灌溉回滲系數(shù)為一級階地0.10，坡洪積扇0.05。

1.5 渠道入滲系數(shù)

黃河大渠流經(jīng)詳查區(qū)漫灘（大壩下游景區(qū)內）和Ⅰ級階地，總長度2 200 m。渠寬6～8 m，水深2～3 m，渠底巖性為粉質黏土或粉土，無襯砌。地下水位低于引黃渠水位2～3 m。引黃渠道滲漏系數(shù)q可據(jù)阿維揚諾夫公式計算。

2 參數(shù)選取

結合經(jīng)驗值，綜合確定資源計算參數(shù)取值見表1。

表1 計算參數(shù)取值一覽表

3 現(xiàn)狀條狀下的地下水資源的均衡計算

3.1 數(shù)學模型確定

計算采用水均衡模型。根據(jù)水均衡的原理，依據(jù)該區(qū)地下水的補給、徑流、排泄條件，建立如下淺層地下水均衡方程：

補給來源：大氣降水入滲補給、河流側滲補給、農田灌溉回滲補給、側向徑流補給、渠系滲漏量；排泄途徑：工業(yè)開采、人畜生活用水開采、農田灌溉開采、側向徑流排泄等。

3.2 均衡要素的計算

3.2.1 降水入滲補給量

根據(jù)地區(qū)長系列資料，年平均無效降水量一般在10%左右，按這一比例計算有效降水量，2015 年年降水量為652.70 mm，多年平均降水量為609.10 mm。降水入滲補給量按下式計算。根據(jù)收集資料，均衡年確定為2015年。

式中：α—降水入滲系數(shù)；P—有效降水量（m）；F—計算區(qū)面積（km2）。

3.2.2 地下水徑流補給量

由地下水等水位線圖知：現(xiàn)狀條件下，各斷面補給參數(shù)見下表。根據(jù)所選斷面位置，斷面長度、含水層平均厚度、平均水力坡度、滲透系數(shù)等，利用達西公式計算地下水徑流補給量：

3.2.3 灌溉回滲量根據(jù)孟津縣水利局提供有關資料統(tǒng)計，確定不同灌區(qū)的灌溉定額。根據(jù)灌溉定額、灌區(qū)面積，計算灌溉回滲量。

3.2.4 渠道滲漏量

區(qū)內渠道主要是引黃渠，根據(jù)下式求出引黃渠的滲漏量。

式中：l—渠道長度（m），在詳查區(qū)內圖上量取，無襯砌；t—渠道每年放水時間（d），取230，由渠管所提供；q—渠道單位長度滲漏量（m3/d·m），取0.11；Q漏—渠道滲漏量（m3/d）。

3.2.5 河流側滲量

根據(jù)所選斷面位置，斷面長度、含水層平均厚度、平均水力坡度、滲透系數(shù)等，利用達西公式計算河流側滲補給量。

3.3 均衡分析

地下水現(xiàn)狀補給量主要是側向徑流補給量278.39×104m3/a，占總補給量49.33%；其次為大氣降水補給量131.26×104m3/a，占總補給量23.26%；河流滲漏補給量139.28×104m3/a，占總補給量24.68%；渠滲補給量5.56×104m3/a，占總補給量0.90%；灌溉回滲量9.77×104m3/a，占總補給量1.70%。

地下水現(xiàn)狀條件下的排泄量主要為側向徑流排泄量為2.63×104m3/a，占總排泄量的0.49%；縣供水井開采量為3.14×106m3/a，占總排泄量的58.47%；農田灌溉開采量為1.74×106m3/a，占總排泄量的32.39%；人畜用水4.64×105m3/a，占總排泄量的8.60%。

3.4 均衡驗證

通過2015 年的均衡計算得出以下結論：全區(qū)補給量為5.64×106m3/a，排泄量為5.37×106m3/a，補給量大于排泄量。全區(qū)均處于正均衡狀態(tài)，水位略呈上升狀態(tài)，與區(qū)內長觀資料基本吻合，說明計算所取參數(shù)基本合理。

3.5 典型年地下水水均衡分析

將以上各資源量計算成果按多年平均、豐水年、平水年、枯水年、特枯年等典型年代入地下水均衡方程進行計算。通過典型年均衡計算得出以下結論：現(xiàn)狀條件下，全區(qū)多年平均補給量為5.55×106m3/a，排泄量為5.37×106m3/a，補給量大于排泄量，處于正均衡狀態(tài)。

4 開采條件下地下水資源均衡計算

4.1 補給量的計算

①降水入滲補給量。開采條件下，地下水位會有下降，降水入滲系數(shù)與現(xiàn)狀相比會略有減小，但變化不大（由于水位埋深較大），因此，降水入滲補給量仍取前面均衡計算值。②灌溉回滲量。新的地下水開采保持現(xiàn)有的農業(yè)灌溉條件不變，因此，灌溉回滲量仍取前面均衡計算值。③地下水徑流補給量。地下水徑流補給主要來自南部黃土丘陵區(qū)，水源地開采后水力坡度將增大。因此，地下水側向徑流補給量亦將增大。

4.2 黃河側滲補給量的確定

水源地開采后，水源地范圍內的地下水位平均下降約5 m，含水層水力坡度增大，地表水對地下水補給量可用下式計算：

式中字母含義同前。

4.3 地下水徑流排泄量

①開采量：按設計水源地開采量計算。②側向徑流排泄量。這部分量將變得很小，忽略不計。③地下水徑流排泄量有所減少。但排泄邊界的排泄量仍按現(xiàn)狀條件計算。

4.4 可開采量評價

將上述各補給量及排泄量代入均衡方程，計算結果見表2。

表2 開采條件下地下水均衡計算一覽表

從表中可以看出，在水源地開采條件下，地下水的均衡差很小，說明水源地設計的開采量是合理的。

5 結語

地下水主要補給量為側向徑流量和河流側滲補給量。側向徑流量能保證正常補給。黃河水能否保證供給，需要加以探討。