吳 丹,靳和平,王晨光

(林甸縣水務(wù)局,黑龍江 林甸 162300)

1 水量均衡評價(jià)

1.1 均衡法原理

水量均衡法是地下水資源數(shù)量評價(jià)的基本方法。它的原理基礎(chǔ)是質(zhì)量守恒定律,實(shí)質(zhì)上是在某一時(shí)間段內(nèi)確定某一地下水系統(tǒng)的補(bǔ)給量和排泄量與地下水儲存量變化間的關(guān)系。根據(jù)地下水資源可分為補(bǔ)給資源量和儲存資源量兩大類的原則,采用水量均衡法可計(jì)算出不同條件下地下水補(bǔ)給資源量,同時(shí)對地下水儲存資源的可恢復(fù)性和調(diào)節(jié)功能進(jìn)行分析,就可以確定出地下水的可開采量,從而達(dá)到地下水資源評價(jià)的目的。對于一個(gè)地下水含水層系統(tǒng)來說,任意一個(gè)時(shí)間段的補(bǔ)給量與排泄量之差,必然等于該時(shí)間段內(nèi)地下水儲存量的變化。即:

式中:Q1為均衡時(shí)段內(nèi)地下水的天然補(bǔ)給量;Q0為均衡時(shí)段內(nèi)地下水的天然排泄量;u為對潛水為給水度,對承壓水為貯水系數(shù);A為均衡區(qū)含水層的分布面積;⊿h為均衡時(shí)段內(nèi)地下水位的變化量。

1.2 均衡方程式

在天然條件下,地下水的補(bǔ)給量和排泄量基本上是均衡的。在開采條件下,由于人為地增加了地下水的排泄量,這必然改變地下水的天然排泄條件,會形成新的均衡方程式:

式中:⊿Q1為開采條件下地下水補(bǔ)給量的增加量;⊿ Q0為開采條件下地下水排泄量的減少量;Q人工為地下水的人工開采量。

由于地下水多年天然補(bǔ)給量和天然排泄量基本相等(Q1≈Q0),因此,開采條件下水均衡式可簡化為:

可見,地下水可開采量由 3個(gè)部分組成:開采條件下的補(bǔ)給量增量、天然排泄量的減少量及地下水儲存量的減少量。

2 地下水可開采量計(jì)算

2.1 潛水補(bǔ)給量

潛水總補(bǔ)給量為垂向補(bǔ)給量,包括大氣降水入滲補(bǔ)給量、地表水體滲漏補(bǔ)給量、農(nóng)田灌溉回歸量。

潛水補(bǔ)給量計(jì)算式為:

式中:Q降為大氣降水入滲補(bǔ)給量;Q灌為田間灌溉入滲補(bǔ)給量;Q渠為渠系滲漏補(bǔ)給量;Q河為河道滲漏補(bǔ)給量;Q湖為湖泡水滲補(bǔ)給量。

2.2 潛水總排泄量

潛水總排泄量包括蒸發(fā)排泄量、人工開采量、向承壓含水層垂向越流排量、側(cè)向排泄量。式中:Q潛蒸為潛水蒸發(fā)量;Q側(cè)排為河流排泄量;Q越為潛水區(qū)通過弱透水層向承壓水區(qū)的排泄量;Q開采為人工開采潛水量。

2.3 承壓水補(bǔ)給量

承壓水總補(bǔ)給量主要包括越流補(bǔ)給量和側(cè)向補(bǔ)給量。承壓水補(bǔ)給量計(jì)算式為:

式中:Q側(cè)排為承壓含水層側(cè)向徑流補(bǔ)給量;Q越為越流補(bǔ)給量。承壓水總排泄量主要為人工開采量和側(cè)向排泄量。

式中:Q側(cè)排為側(cè)向排泄量;Q人工為人工開采消耗量。

3 林甸縣潛水補(bǔ)、排總量評價(jià)

3.1 潛水補(bǔ)給總量

3.1.1 大氣降水入滲補(bǔ)給量

式中:Q降為年大氣降水滲入補(bǔ)給量,108m3/a;P為年降水量,m m;a為年降水入滲補(bǔ)給系數(shù);F為計(jì)算面積,k m2。

3.1.2 田間灌溉入滲補(bǔ)給量

式中:B渠灌為田間灌溉入滲系數(shù)或井灌回歸系數(shù);Q1為渠灌凈水量。

截止 2009年,全縣實(shí)有耕地面積12.47萬h m2,其中水田地0.51萬 h m2,旱田11.96萬 h m2。

根據(jù)《黑龍江省行業(yè)用水定額》中水稻田淺型節(jié)水灌溉定額表(P=75%),林甸屬低平原、中等滲漏區(qū),凈灌溉定額為7 695～8 700 m3/h m2,渠系利用系數(shù)取 0.6,則毛灌溉定額為12 825～14 490 m3/h m2,取灌溉定額為13 500m3/h m2。由于“五小”工程的灌區(qū)水田灌溉用水是短距離取地表水或地下水,所以在計(jì)算灌溉入滲補(bǔ)給量時(shí),不計(jì)這部分灌溉水量。

3.1.3 渠系滲漏補(bǔ)給量

式中:m為渠系滲漏補(bǔ)給系數(shù) m=r(1—n);r為修正系數(shù),取值范圍一般在 0.3-0.8,取 0.4;n為渠系有效利用系數(shù),取0.60;Q渠首引為渠首年引水量,其中渠系滲漏補(bǔ)給系數(shù)為0.16。

3.1.4 湖泡水入滲補(bǔ)給量

采用積水模型法建立入滲補(bǔ)給模型,計(jì)算公式為:

式中:K s為湖泡底泥導(dǎo)水率,取 2.1×10-4m/d;H為湖泡平均水深,取0.87m;Z s為潛水平均埋深,取4.60 m;F為湖泡水底面積,k m2;t為計(jì)算時(shí)段,取 365d。

林甸縣湖泡水體總面積為0.48萬h m2,入滲補(bǔ)給量為2 428萬 m3/a。

3.2 潛水排泄總量評價(jià)

3.2.1 潛水蒸發(fā)量

潛水蒸發(fā)量計(jì)算評價(jià)采用如下公式:

式中:Q為潛水蒸發(fā)量,億m3;E0為潛水接近地面時(shí)的蒸發(fā)強(qiáng)度,m m/a,一般用 E601型蒸發(fā)器的水面蒸發(fā)量近似代替,E0可根據(jù)蒸發(fā)器觀測的水面蒸發(fā)量E20估算而得,即E0=a.E20,a為經(jīng)驗(yàn)系數(shù),這里取 0.53,即 E0=E20×0.53;⊿為潛水水位平均埋深,m;⊿0為潛水蒸發(fā)極限埋深,m;n為無綱量指數(shù),與土壤質(zhì)有關(guān),一般取值范圍 1≤n≤3;F為計(jì)算面積,k m2。

根據(jù)本縣實(shí)際情況,利用地下水動(dòng)態(tài)觀測資料,按潛水蒸發(fā)經(jīng)驗(yàn)公式分析計(jì)算,具體方法與動(dòng)態(tài)觀測資料分析計(jì)算給水度相同。

表 1 林甸縣潛水蒸發(fā)量計(jì)算表

3.2.2 垂向越流排泄

當(dāng)潛水水位高于承壓水位時(shí),潛水通過若透水層向承壓水區(qū)排泄,排泄量為 0.670億 m3/a。

3.2.3 潛水人工開采量

潛水的人工開采量主要是用于農(nóng)村居民生活用水和畜牧業(yè)用水。采用定額用水計(jì)算現(xiàn)狀年林甸縣潛水人工開采量為 0.162億 m3/a。

表 2 林甸縣潛水排泄量統(tǒng)計(jì)表

4 承壓水均衡計(jì)算

4.1 補(bǔ)給計(jì)算

4.1.1 側(cè)向徑流補(bǔ)給計(jì)算

林甸縣第四系砂礫石含水層、第四系泰康組中粗砂、砂礫石含水層及白堊系明水組二段上部砂礫巖含水層均受側(cè)向補(bǔ)給采用公式:

式中:K為滲透系數(shù),m/d;M為含水層厚度,m;I為地下水水力坡度;B為含水層垂直于地下水流向的寬度,m;T為含水層的導(dǎo)水率,m2/d。

由于第四系林甸組砂礫石層與第四系底部泰康組中砂礫含水層之間大面積無隔水層,水力聯(lián)系密切,可視為同一含水體計(jì)算其側(cè)向補(bǔ)給量。根據(jù)勘測、觀測數(shù)據(jù),確定計(jì)算地下水側(cè)向補(bǔ)給量所需的參數(shù)。

對第四泰康組中粗砂含水層及第四系林甸組砂礫石含水層,第四系林甸組砂礫石含水層的滲透系數(shù)為 22.5～72.9 m/d,取其平均值得47.7 m/d;斷面含水層厚度根據(jù)含水層厚度等值線圖取平均值,水力坡度由水位等值線圖上量取。據(jù)以上參數(shù)計(jì)算含水層側(cè)向補(bǔ)給量為 0.312億 m3。

4.1.2 越流補(bǔ)給量

通過對該區(qū)潛水和承壓水水力聯(lián)系的研究,采用如下公式計(jì)算:

式中:k為弱透水層的滲透系數(shù),m/d;b為弱透水層的厚度,m;Q越為越流補(bǔ)給量,m3/a;A為越流補(bǔ)給量;t為時(shí)間,365 d;s為弱透水層兩側(cè)的水頭差值,m。

根據(jù)地下水弱透水層滲透系數(shù)已有的研究成果,計(jì)算承壓含水層垂向越流量為 0.580億 m3。

4.2 承壓水排泄量計(jì)算評價(jià)

4.2.1 側(cè)向排泄量

表 3 林甸縣西部側(cè)向排泄量計(jì)算表

4.2.2 人工開采量

承壓水的開采主要是水源地和機(jī)電井的開采,據(jù)統(tǒng)計(jì),現(xiàn)狀年(2007年)林甸縣地下水開采量為0.384億 m3/a。

由以上對承壓水補(bǔ)給量和排泄量的計(jì)算可以得到承壓水均衡列表,見表 4。

表 4 林甸縣承壓水含水層水量均衡計(jì)算表億m3/a

[1] 大慶市水務(wù)局.大慶市水環(huán)境研究與管理[R].大慶:大慶市水務(wù)局,1998.