阜蒙县节水增粮项目地下水资源分析方法

李 化

(辽宁省营口水文局，辽宁 营口 115003)

阜蒙县节水增粮项目地下水资源分析方法

李 化

(辽宁省营口水文局，辽宁 营口 115003)

辽宁省阜新市阜新蒙古族自治县2012—2015年“节水増粮”项目分布在35个乡镇，灌溉面积368.13 km2，取水水源为地下水。为了保证地下水资源可持续利用和“节水增粮”项目的顺利实施，文章对节水增粮项目取用地下水资源的水文地质参数的确定与地下水资源的补给、排泄、储量计算进行了分析与研究，为节水增粮项目实施提供依据。

水资源；水文地质；地下水；参数；计算方法

1 工程概况

辽宁省阜新市阜新蒙古族自治县2012—2015年“节水増粮”项目灌溉面积为368.13 km2，占全县总耕地的11.5%，灌溉总面积增加了6.5%，节水灌溉面积占耕地总面积增加了11.5.%。

项目分布在35个乡镇，作物与原种植作物相同，土地利用情况没有发生改变。灌溉形式为滴灌，灌溉作物为玉米。取水水源为地下水，项目取水总量为3 313.2 万 m3，原取水总量4 212.5 万 m3，项目实施后总节水899.3 万 m3。

2 水文地质参数确定

为了保证阜蒙县“节水増粮”资料的准确度，计算参数的确定尤为关键，本次论证地下水资源量计算所用资料和参数来源于以下3个方面：

1)区域水文地质普查报告阜新市幅(1∶20 0000)。

2)阜新蒙古族自治县区域水文地质报告(1∶100 000)。

3)辽宁省阜新蒙古族自治县农田供水水文地质勘查报告(1∶50 000)，辽宁省水资源。

2.1 潜水含水层水位变幅带给水度(μ)分析确定

给水度是指饱和岩土在重力作用下自由排出的重力水的体积与该饱和岩土体积的比值，是利用动态观测资料计算降水入渗补给系数、地下水蓄变量的重要参数之一。本次论证根据阜蒙县具体情况，参考阜新蒙古族自治县区域水文地质报告(1∶100 000)，最终确定各种岩性给水度取值范是0.0823～0.30。

2.2 降水入渗补给系数(α)的分析确定

降水入渗补给系数(α)是指降水入渗补给量(pr)与相应降水量(p)的比值，即：

α=pr/p

(1)

降水入渗系数取决于地貌单元，非饱和带岩性、结构、厚度、地面坡度、植被、降水特征、雨前潜水位埋深及蒸散发等[1-2]。

由于本地区地下水位受侧向径流影响，地形坡度大，绝大部分地区是根据地下水的埋藏深度，结合不同表层岩性和降雨情况，参照阜新蒙古族自治县区域水文地质报告(1∶10万)资料分析取值。经过分析确定各论证单元降水入渗补给系数在0.2～0.26。

2.3 灌溉入渗补给系数(β灌)分析确定

灌溉入渗补给系数(β灌)是指田间灌溉入渗补给量与进入田间的灌水量的比值。考虑各井灌区岩性及灌溉定额确定补给系数采用值为0.20，见表1。

2.4 潜水蒸发系数(C)的确定方法

参照其它水文地质条件及地下水埋深相类似地区的试验成果，进行了一定程度的修正，确定的潜水蒸发系数见表2。

表1 灌溉系数取值表

表2 潜水蒸发系数取值表

2.5 渗透系数(K)和水力坡度(I)的分析及取值

渗透系数(K)是指地下水力坡度(I)等于1时，地下水的渗流速度，单位为m/d。渗透系数(K)的取值主要依据为收集到水文地质试验资料及抽水试验数据。水力坡度(I)的取值，根据实测地下水位统测结果得出。

2.6 影响半径及单井出水量计算方法

项目片区影响半径计算公式采用库萨金公式，库萨金公式为：

(2)

式中：R为影响半径，m；S为降深，m；H0为含水层厚度，m；K为渗透系数。

项目片区小口径井单井出水量计算公式采用裘布依公式，裘布依计算公式为：

(3)

项目片区大口径井单井出水量计算公式，采用裘布依公式，裘布依计算公式为：

(4)

式中：Q为单井出水量，m3/d；H0为潜水含水层厚度，m；K为渗透系数m/d；Sw为水位降深，m；R为影响半径，m；rw为井半径，m；m为井底至含水层底板深度，m。

根据《阜蒙县农田供水水文地质勘察报告》及其他相关地质资料，确定片区所在位置渗透系数和含水层厚度，按照下式计算单井控制面积：

(5)

式中：A为单井控制面积，hm2；Qs为单井可供流量，m3/h；Ia为设计供水强度，mm/d；Ea为设计耗水强度，mm/d；无淋洗要求，取Ia=Ea=3.5 mm/d；td为水泵日供水小时数，td取20 h/d；η为灌溉水利用系数，η=0.95。

3 地下水资源计算方法

地下水资源计算方法主要包括3个方面：

3.1 补给项计算方法

主要包括5个方面的内容：

3.1.1 降水入渗补给量计算

降水入渗补给量是指降水(包括坡面漫流和填洼水)渗入到土壤中并在重力作用下渗透补给地下水的水量[3]。

降水入渗补给量一般采用计算公式为：

Pr=10-1×P×α×F

(6)

式中：Pr为降水入渗补给量，万m3；P为降水量，mm；α为降水入渗补给系数(无因次)；F为论证范围计算面积，km2。

3.1.2 侧向补给量计算

侧向补给量是以地下潜流形式流入论证区的水量。一般采用地下水动力学法(剖面法)计算，即沿均衡计算区的地下水下游边界切割计算剖面，利用达西公式进行计算公式为：

Q侧=K×I×A×T×10-4

(7)

式中：K为渗透系数，m/d；I为地下水力坡度(无因次)；A为剖面面积，m2；T为时间，一般采用365 d。

水力坡度，水力坡度值通过地下水水位统测获取。用统测到的地下水水力梯度值代替相应各评价期地下水水力梯度[4-5]。

3.1.3 山前侧向补给量计算

山前侧向补给量是指发生在山丘区与平原区交界面上，山丘区地下水以地下潜流形式补给平原区浅层地下水的水量。统计论证区边界汇水面积，将汇水区的降水入渗量作为山前侧向补给量。

汇水区降水入渗补给量一般采用计算公式为：

Q山前=10-1×P×F

(8)

式中：Q山前为山前侧向补给量，万m3；P为降水量，mm；α为汇水区降水入渗补给系数(无因次)；F为汇水区计算面积，km2。

3.1.4 河道渗漏补给量计算

河道的输水损失量主要与上游来水量、河道长度、河床及两岸的浸润补给条件等因素有关，正确地找出损失量与这些因素之间的定量关系，就是建立经验公式所需解决的问题。

计算中，要求对河道的水文特性和河道岸边地下水水位变化情况进行分析，确定年内河水补给岸边地下水的河段和时段，逐河段进行年内各时段的河道渗漏补给量计算。

3.1.5 灌溉入渗补给量计算

渠灌田间入渗补给量是指地表渠灌水进入田间后，入渗补给地下水的水量。该项量利用计算公式为：

Q渠灌=β灌×Q灌田

(9)

式中：Q渠灌为渠灌田间入渗补给量；β灌为渠灌田间入渗补给系数。

3.2 排泄项计算方法

主要包括4个方面的内容：

3.2.1 潜水蒸发量计算

潜水蒸发量是发生在山间河谷平原区的浅层地下水，指潜水在毛细管作用下，通过包气带岩土向上运动造成的蒸发量(包括棵间蒸发量和被植物根系吸收造成的叶面蒸散发量两部分)。

计算方法采用潜水蒸发系数法，计算公式为：

E=E0×C×F×10-1

(10)

式中：E为潜水蒸发量，万m3；E0水面蒸发量，mm；C为潜水蒸发系数，无因次；F为计算面积，km2。

根据各论证单元的地层岩性，建立不同埋深与潜水蒸发系数的关系，然后通过各论证单元的月平均埋深，求出月潜水蒸发量，再累加求出年潜水蒸发量。

3.2.2 河道排泄量

根据流域代表水文站多年平均径流量，由水文分割法计算出基流模数，进而计算河道排泄量。

3.2.3 侧向流出量计算

侧向流出量(Q侧排)是指发生在山间河谷平原区，以地下潜流形式流出评价计算区的水量。采用剖面法计算，即沿均衡计算区的地下水下游边界切割计算剖面。

该量的计算公式为：

Q侧排=K×I×A×T×10-4

(11)

式中：Q侧排为年侧向流出量，万m3；T为时间，一般采用365 d。

计算用K、A等参数根据抽水试验和水文地质资料综合分析确定，I采用2012年地下水统测资料确定。

3.2.4 浅层地下水实际开采量计算

各论证单元浅层地下水实际开采量采用调查统计得出。

3.3 地下水储存量计算方法

指存储于潜水含水层内的水的体积，即浅层地下水容积储量。地下水储存量的计算主要用于分析评价年地下水可动用储量。

采用计算公式为：

W储量=μV

(12)

式中：W储量为潜水含水层地下水容积储量，m3；V为潜水含水层体积，m3；μ为给水度。

4 结 语

阜蒙县“节水增粮”项目建设必然缺少不了水资源的必需条件，该工程项目取用水资源是地下水。通过对项目区地下水的水文地质参数确定和水资源计算方法的分析研究，将会确定水资源是否足以保障工程项目的顺利实施。

[1]王志勇，姜慧玲，宗建文，王猛.通辽市扎鲁特旗节水增粮项目水资源平衡分析[J].水利规划与设计，2013(07)：16-18.

[2]刘予伟，史春华，金栋梁.山丘区地下水资源评价方法综述[J].人民长江，2004，35(09)：33-36.

[3]陈小兵，周宏飞，张群.地下水资源补给量的因子分析[J].干旱区资源与环境，2004，18(09)：43-46.

[4]马大伟，王红丽，郑敏.双城市双城镇地下水资源分析[J].黑龙江水利科技，2008，36(05)：121

[5]艾晓燕，李从业，王先春.黑龙江省西部易旱地区地下水资源分析评价[J].黑龙江水利科技，1996(03)：11-15.

1007-7596(2014)12-0137-03

2014-07-16

李化(1985-)，男，辽宁沈阳人，工程师，研究方向为水文测验、水资源评价论证、水情预报等。

P641

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