林甸县地下水可开采资源量评价

吴 丹,靳和平,王晨光

(林甸县水务局,黑龙江 林甸 162300)

1 水量均衡评价

1.1 均衡法原理

水量均衡法是地下水资源数量评价的基本方法。它的原理基础是质量守恒定律,实质上是在某一时间段内确定某一地下水系统的补给量和排泄量与地下水储存量变化间的关系。根据地下水资源可分为补给资源量和储存资源量两大类的原则,采用水量均衡法可计算出不同条件下地下水补给资源量,同时对地下水储存资源的可恢复性和调节功能进行分析,就可以确定出地下水的可开采量,从而达到地下水资源评价的目的。对于一个地下水含水层系统来说,任意一个时间段的补给量与排泄量之差,必然等于该时间段内地下水储存量的变化。即:

式中:Q1为均衡时段内地下水的天然补给量;Q0为均衡时段内地下水的天然排泄量;u为对潜水为给水度,对承压水为贮水系数;A为均衡区含水层的分布面积;⊿h为均衡时段内地下水位的变化量。

1.2 均衡方程式

在天然条件下,地下水的补给量和排泄量基本上是均衡的。在开采条件下,由于人为地增加了地下水的排泄量,这必然改变地下水的天然排泄条件,会形成新的均衡方程式:

式中:⊿Q1为开采条件下地下水补给量的增加量;⊿ Q0为开采条件下地下水排泄量的减少量;Q人工为地下水的人工开采量。

由于地下水多年天然补给量和天然排泄量基本相等(Q1≈Q0),因此,开采条件下水均衡式可简化为:

可见,地下水可开采量由 3个部分组成:开采条件下的补给量增量、天然排泄量的减少量及地下水储存量的减少量。

2 地下水可开采量计算

2.1 潜水补给量

潜水总补给量为垂向补给量,包括大气降水入渗补给量、地表水体渗漏补给量、农田灌溉回归量。

潜水补给量计算式为:

式中:Q降为大气降水入渗补给量;Q灌为田间灌溉入渗补给量;Q渠为渠系渗漏补给量;Q河为河道渗漏补给量;Q湖为湖泡水渗补给量。

2.2 潜水总排泄量

潜水总排泄量包括蒸发排泄量、人工开采量、向承压含水层垂向越流排量、侧向排泄量。式中:Q潜蒸为潜水蒸发量;Q侧排为河流排泄量;Q越为潜水区通过弱透水层向承压水区的排泄量;Q开采为人工开采潜水量。

2.3 承压水补给量

承压水总补给量主要包括越流补给量和侧向补给量。承压水补给量计算式为:

式中:Q侧排为承压含水层侧向径流补给量;Q越为越流补给量。承压水总排泄量主要为人工开采量和侧向排泄量。

式中:Q侧排为侧向排泄量;Q人工为人工开采消耗量。

3 林甸县潜水补、排总量评价

3.1 潜水补给总量

3.1.1 大气降水入渗补给量

式中:Q降为年大气降水渗入补给量,108m3/a;P为年降水量,m m;a为年降水入渗补给系数;F为计算面积,k m2。

3.1.2 田间灌溉入渗补给量

式中:B渠灌为田间灌溉入渗系数或井灌回归系数;Q1为渠灌净水量。

截止 2009年,全县实有耕地面积12.47万h m2,其中水田地0.51万 h m2,旱田11.96万 h m2。

根据《黑龙江省行业用水定额》中水稻田浅型节水灌溉定额表(P=75%),林甸属低平原、中等渗漏区,净灌溉定额为7 695～8 700 m3/h m2,渠系利用系数取 0.6,则毛灌溉定额为12 825～14 490 m3/h m2,取灌溉定额为13 500m3/h m2。由于“五小”工程的灌区水田灌溉用水是短距离取地表水或地下水,所以在计算灌溉入渗补给量时,不计这部分灌溉水量。

3.1.3 渠系渗漏补给量

式中:m为渠系渗漏补给系数 m=r(1—n);r为修正系数,取值范围一般在 0.3-0.8,取 0.4;n为渠系有效利用系数,取0.60;Q渠首引为渠首年引水量,其中渠系渗漏补给系数为0.16。

3.1.4 湖泡水入渗补给量

采用积水模型法建立入渗补给模型,计算公式为:

式中:K s为湖泡底泥导水率,取 2.1×10-4m/d;H为湖泡平均水深,取0.87m;Z s为潜水平均埋深,取4.60 m;F为湖泡水底面积,k m2;t为计算时段,取 365d。

林甸县湖泡水体总面积为0.48万h m2,入渗补给量为2 428万 m3/a。

3.2 潜水排泄总量评价

3.2.1 潜水蒸发量

潜水蒸发量计算评价采用如下公式:

式中:Q为潜水蒸发量,亿m3;E0为潜水接近地面时的蒸发强度,m m/a,一般用 E601型蒸发器的水面蒸发量近似代替,E0可根据蒸发器观测的水面蒸发量E20估算而得,即E0=a.E20,a为经验系数,这里取 0.53,即 E0=E20×0.53;⊿为潜水水位平均埋深,m;⊿0为潜水蒸发极限埋深,m;n为无纲量指数,与土壤质有关,一般取值范围 1≤n≤3;F为计算面积,k m2。

根据本县实际情况,利用地下水动态观测资料,按潜水蒸发经验公式分析计算,具体方法与动态观测资料分析计算给水度相同。

表 1 林甸县潜水蒸发量计算表

3.2.2 垂向越流排泄

当潜水水位高于承压水位时,潜水通过若透水层向承压水区排泄,排泄量为 0.670亿 m3/a。

3.2.3 潜水人工开采量

潜水的人工开采量主要是用于农村居民生活用水和畜牧业用水。采用定额用水计算现状年林甸县潜水人工开采量为 0.162亿 m3/a。

表 2 林甸县潜水排泄量统计表

4 承压水均衡计算

4.1 补给计算

4.1.1 侧向径流补给计算

林甸县第四系砂砾石含水层、第四系泰康组中粗砂、砂砾石含水层及白垩系明水组二段上部砂砾岩含水层均受侧向补给采用公式:

式中:K为渗透系数,m/d;M为含水层厚度,m;I为地下水水力坡度;B为含水层垂直于地下水流向的宽度,m;T为含水层的导水率,m2/d。

由于第四系林甸组砂砾石层与第四系底部泰康组中砂砾含水层之间大面积无隔水层,水力联系密切,可视为同一含水体计算其侧向补给量。根据勘测、观测数据,确定计算地下水侧向补给量所需的参数。

对第四泰康组中粗砂含水层及第四系林甸组砂砾石含水层,第四系林甸组砂砾石含水层的渗透系数为 22.5～72.9 m/d,取其平均值得47.7 m/d;断面含水层厚度根据含水层厚度等值线图取平均值,水力坡度由水位等值线图上量取。据以上参数计算含水层侧向补给量为 0.312亿 m3。

4.1.2 越流补给量

通过对该区潜水和承压水水力联系的研究,采用如下公式计算:

式中:k为弱透水层的渗透系数,m/d;b为弱透水层的厚度,m;Q越为越流补给量,m3/a;A为越流补给量;t为时间,365 d;s为弱透水层两侧的水头差值,m。

根据地下水弱透水层渗透系数已有的研究成果,计算承压含水层垂向越流量为 0.580亿 m3。

4.2 承压水排泄量计算评价

4.2.1 侧向排泄量

表 3 林甸县西部侧向排泄量计算表

4.2.2 人工开采量

承压水的开采主要是水源地和机电井的开采,据统计,现状年(2007年)林甸县地下水开采量为0.384亿 m3/a。

由以上对承压水补给量和排泄量的计算可以得到承压水均衡列表,见表 4。

表 4 林甸县承压水含水层水量均衡计算表亿m3/a

[1] 大庆市水务局.大庆市水环境研究与管理[R].大庆:大庆市水务局,1998.