任媛媛

(遼寧省朝陽(yáng)水文局，遼寧 朝陽(yáng) 122000)

1 概 述

我國(guó)幅員遼闊，半干旱地區(qū)約占35%，在半干旱地區(qū)開發(fā)水源，研究這一課題具有廣泛的意義，研究成果具有一定的科學(xué)意義。遼寧西部建平縣屬于干旱半干旱地區(qū)，降雨量少，蒸發(fā)量大，水資源匱乏，工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活用水普遍存在著水危機(jī)。同樣的供水需求量，在濕潤(rùn)地區(qū)很容易就地找到滿足要求的水源，而在干旱半干旱地區(qū)，找到水源并正確的評(píng)估它的水資源量，顯得難度較大且更為重要。文章針對(duì)建平縣擬在青峰山鄉(xiāng)西大杖子村礦業(yè)公司的附近創(chuàng)建水源地的要求，在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)勘探和抽水試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，計(jì)算相關(guān)參數(shù)，確定均衡區(qū)，計(jì)算該水源的地下水儲(chǔ)存量和補(bǔ)給量。

2 地下水儲(chǔ)存量計(jì)算

2.1 參數(shù)計(jì)算

2.1.1 降水入滲系數(shù)(α)

降水入滲系數(shù)是表示大氣降水滲入地下的量，數(shù)值上等于大氣降水滲入量與降水量的比值[1]。降雨入滲系數(shù)的計(jì)算采用下列公式：

Rd

(1)

式中：α為降雨入滲系數(shù)；Rd為流域地下徑流深，mm；F為流域面積，km2；F入為流域入滲區(qū)面積，km2；>10-1為流域多年平均降雨量，mm。

根據(jù)本流域1957-2003年實(shí)測(cè)降雨量資料，計(jì)算出流域多年平均降雨量>10-1=466.0mm。依據(jù)臨近葉柏壽水文站的歷年實(shí)測(cè)流量資料，采用直線斜割法求得P為50%的地下徑流深Rd=25.2mm。在基巖區(qū)中從水文地質(zhì)圖可知層狀巖類裂隙水和碳酸鹽類裂隙巖溶水基本不存在?；鶐r區(qū)不屬于入滲區(qū)面積，其降雨產(chǎn)生了地表的徑流，量算流域入滲區(qū)面積F入=223.6km2。將以上數(shù)值代入公式>10-1，求得流域多年平均降雨入滲系數(shù)為0.16。

2.1.2 滲透系數(shù)(k)

為了了解第四紀(jì)松散沉積物地區(qū)含水層的透水性，常利用民井作簡(jiǎn)易抽水試驗(yàn)。根據(jù)滲流量Q與抽水井的水位降深Sω之間的關(guān)系，通過計(jì)算獲取淺層地下含水層的滲透系數(shù)K值。按抽水試驗(yàn)成果數(shù)據(jù)計(jì)算為準(zhǔn)。距離抽水試驗(yàn)的民井最近的勘探孔是ZK3，從探孔表看從地面到第一弱隔水層深5.4m，抽水試驗(yàn)的民井深是4.7m，井深達(dá)不到底板，所以它屬于不完整井。

按照抽水試驗(yàn)的成果資料。穩(wěn)定降深1.4m之后，水位由急劇下降變成穩(wěn)定，所有供水全部是由井的周邊及底部滲透供水。滲透系數(shù)的計(jì)算采用佛爾赫格依麥爾潛水不完整井計(jì)算公式：

(2)

式中：K為滲透系數(shù)，m/d；Q為涌水量，m3/d；rω為抽水井半徑，m；Sω為抽水井最大降深，m。

根據(jù)抽水試驗(yàn)資料，Q=888m3/d， Sω=1.40m，rω=1.00 m。將以上數(shù)據(jù)代入公式得：

(3)

建平縣三水源勘察抽水試驗(yàn)孔在平安地的抽水試驗(yàn)的民井上游1.9km，按其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算的K值平均為182m/d。

2.1.3 地下水力坡度(I)

在研究區(qū)內(nèi)，水利坡度的確定用實(shí)測(cè)法，在知道地下水的流向的情況下，兩井的距離確定為423m。地下水利坡度按公式3計(jì)算，式中的數(shù)據(jù)來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資料。

(4)

式中：△H為兩井水位之差，m；L為兩井距離，m。

水力坡度計(jì)算見表1。

表1 水力坡度計(jì)算表

探孔礫石的粒徑范圍應(yīng)為0.2cm-6cm之間，平均粒徑為3.1cm，查松散巖石分類表屬于粗砂、礫砂。查松散巖石的給水度表，粗砂、礫砂給水度應(yīng)取0.30。查孔隙度β持水度Wr給水度μ關(guān)系圖，給水度的分布曲線是非直線方程，查取得給水度μ=0.25。

2.2 確立均衡區(qū)

根據(jù)抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)S水位降深值1.4m，滲透系數(shù)Κ取值158.57m/d，按照公式(5)計(jì)算得影響半徑R為179.9m。

(5)

式中：R為影響半徑，m；S為水位降深值，m；k為滲透系數(shù)，m/s。

水源地的影響范圍根據(jù)有關(guān)地下水動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型實(shí)驗(yàn)所取得的數(shù)據(jù)，在長(zhǎng)期開采的條件下，地下水流場(chǎng)，降深為零的邊界是單井抽水試驗(yàn)求得的影響半徑的5-10倍[2]。如果文章采用影響半徑5倍，影響的范圍應(yīng)該是東西900m、南北900m。本開采區(qū)河谷狹窄，兩側(cè)為基巖區(qū)，由于邊界的限制，均衡沉降區(qū)不再是漏斗狀的圓形。東西斷面寬為800m，南北為河道。從而確定均衡區(qū)采用南北為1000m，東西為802m。均衡區(qū)面積0.802km2。

2.3 儲(chǔ)存量

儲(chǔ)存量是指開采區(qū)，即均衡區(qū)即均衡區(qū)的儲(chǔ)存于含水層內(nèi)重力水的體積。

(6)

式中：Q儲(chǔ)為儲(chǔ)存量，m3；μ為給水度，取經(jīng)驗(yàn)數(shù)值0.28；V為含水層體積，m3；Q儲(chǔ)=0.28×1000×802×10.5=235.8萬(wàn)m3。

式(6)是均衡區(qū)含水層體積能自由排出的水資源量，即儲(chǔ)存量為235.8萬(wàn)m3/a。

3 地下水補(bǔ)給量計(jì)算

3.1 地下水徑流量計(jì)算

確定的流速158.57m/d，大于100m/d，認(rèn)定為混合流。n的選擇范圍在(1

(7)

Hicp=HGXi/XG

(8)

式中：Qi徑為地下水徑流量，萬(wàn)m3/a；Hicp為i典型年枯水期過水?dāng)嗝婧畬悠骄穸龋琺；B為含水層斷面寬度，802m；I為地下水水力坡度(0.00456)；Kcp為滲透系數(shù)，158.57m/d；1/n為地下水水力坡度指數(shù)0.91，由1/n=1/1.1=0.91算得；HG為2003年枯水期含水層平均厚度，m，由河谷斷面水文地質(zhì)剖面圖計(jì)算得含水層面積8436m2，斷面寬802m，得含水層平均厚度為10.5m；XG為控制2003年枯水期地下水位的降雨量406.8mm；Xi為i典型年降雨量328.9mm。按公式(8)列表計(jì)算得表2。

表2 忙牛河河谷A—A'斷面地下水徑流補(bǔ)給量成果表

3.2 降水補(bǔ)給量計(jì)算

開采區(qū)的降水補(bǔ)給是根據(jù)降水和地下水的聯(lián)系，通過水文分析法計(jì)算的天然補(bǔ)給量。計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 降雨量入滲計(jì)算表

Xi

(9)

式中：α為降水入滲系數(shù)0.16；F為降水面積0.802km2；Xi為i年平均降雨量，m。巖性：據(jù)勘探孔表土深0.0-0.5m為亞黏土。

3.3 地下水消耗量

地下水消耗量途徑主要是農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活用水及蒸發(fā)。實(shí)地調(diào)查土井14眼，經(jīng)測(cè)量統(tǒng)一連標(biāo)為黃?；娓叱?，計(jì)算水面埋深在1.2-28.05m，但地下水埋深最小為1.1m，考慮地下水變幅(若取值1.5 m)，地下水埋藏深度達(dá)2.6 m，蒸發(fā)能力已經(jīng)很弱，故對(duì)地下水的蒸發(fā)不做考慮。根據(jù)用水調(diào)查，該區(qū)農(nóng)業(yè)以大田作物為主，灌溉水量為19.6萬(wàn)m3/，生活用水量約2.61萬(wàn)m3/a，工業(yè)用水2.7萬(wàn)m3/a。合計(jì)24.91萬(wàn)m3/a。

3.4 地下水均衡計(jì)算

地下水均衡計(jì)算表按式(10)計(jì)算：

ΔQi=(Qi徑+Q降)-Q耗

(10)

式中：ΔQi為i典型年地下水補(bǔ)給量與地下水消耗量均衡差，萬(wàn)m3/a；Qi徑為i典型年地下水徑流補(bǔ)給量，萬(wàn)m3/a；Qi降為i典型年降雨入滲補(bǔ)給量，萬(wàn)m3/a；Qi耗為現(xiàn)狀年地下水消耗量，萬(wàn)m3/a；Qi補(bǔ)為i典型年地下水綜合補(bǔ)給量，萬(wàn)m3/a。

從表4看出，區(qū)內(nèi)地下水為正均衡關(guān)系。P=50%的均衡余量為381.4萬(wàn)m3/a；P=75%的均衡余量為322.9萬(wàn)m3/a； P=95%的均衡余量為264.3萬(wàn)m3/a。

表4 計(jì)算區(qū)地下水均衡計(jì)算表

4 結(jié) 論

2)通過對(duì)該開采區(qū)50%、75%和95%保證率下地下水徑流量、降水補(bǔ)給量、地下水消耗量的計(jì)算，采用水均衡法，計(jì)算得到由低到高三種不同保證率下的地下水補(bǔ)給量分別為406.3萬(wàn)m3/a、347.8萬(wàn)m3/a、289.2萬(wàn)m3/a，均衡差分別為381.4萬(wàn)m3/a、322.9萬(wàn)m3/a、264.3萬(wàn)m3/a。