冲积平原水源地资源量计算

冯 斌

(河南省地质矿产勘查开发局第十一地质队，河南 商丘 476000)

水源地勘察中的水量计算，以确定允许开采量为主要目的。为了预测地面沉降、地面开裂、水质恶化等环境地质问题，在地下水详查和开采阶段对地下水资源进行评价时，计算的允许开采量不得超过补给量。对于某个水源地而言，地下水的补给来源主要有：大气降水入渗补给、地表水侧渗补给、农灌回渗补给、地下水侧向径流补给、越流补给及人工补给等。排泄方式主要有：地下水蒸发、地下水侧向径流排泄、地表水侧渗排泄及人工开采等。可见，地下水资源计算与评价在水源地勘察中的重要性。

对于冲积平原(我国冲积平原面积约为9.4×105km2，占全国领土总面积的1/10)来说，由于地势低平、视野开阔、地下水水力坡度平缓、地下水侧向径流补给微弱，地下水补给主要以大气降水入渗补给及地表水侧渗补给为主。下面结合河南省永城市新城水厂小李庄水源地，介绍浅层地下水资源量计算的内容及重要性。

1 冲积平原地区地下水资源量计算的内容

1.1 地下水补给量的计算参数

地下水补给量(结合小李庄水源地详查)主要包括大气降水入渗补给量、农灌水回渗补给量、地下水侧向径流补给量。

1)大气降水入渗补给量的计算参数：多年平均及各种频率(一般包括频率为20%、50%、90%)的降水量(P)的选取，大气降水入渗系数(α)的选取，补给区面积(F)的选取。

2)农灌水回渗补给量的计算参数：水浇地面积(F)及水利化程度的选取，灌溉定额(q)的选取、灌溉回渗系数(α′)的选取。

3)地下水侧向径流补给量的计算参数：地下水补给带宽度(B)的选取、地下水水力坡度(I)的选取、浅层地下水导水系数(T)的选取。

1.2 地下水排泄量的计算参数

地下水排泄量(结合小李庄水源地详查)主要包括人工开采量、地下水蒸发量，地表水侧渗排泄量及地下水侧向径流排泄量。

1)人工开采量的计算参数：工农业开采量的选取，人畜用水量的选取。

2)地下水蒸发量的计算参数：蒸发面积(F)的选取，年蒸发时间(t)的选取，多年平均蒸发强度(ε0)的选取，水位埋深平均值(h)的选取，蒸发极限深度(L)的选取及与土质有关的指数(n)的选取。

3)地表水侧渗透排泄量的计算参数：地表水侧渗排泄长度(L)的选取，地下水导水系数(T)的选取，水力坡度(I)的选取。

4)地下水侧向径流排泄量的计算参数：地下水侧向排泄宽度(B)的选取、地下水水力坡度(I)的选取、地下水导水系统(T)的选取。

2 小李庄水源地实例分析

2.1 小李庄水源地自然地理概况

河南省商丘市新城水厂小李庄水源地选择在永宿公路北，沱河两侧，张小楼-小李庄-七里店-东大营-腾庙一带，勘察面积33km2，区内多年平均降水量为836.3mm，年最大降水量为1518.6mm，年最小降水量为235.4mm；多年平均蒸发量为1656.1mm，最大蒸发量为2087mm，最小蒸发量为1349.1mm；多年平均气温为14.2℃。区内主要河流有沱河、大清沟等，均属季节性河流，除沱河部分时段有水外，其余河流基本常年无水。沱河下切深度一般为0.5m，河流水位一般低于浅层地下水水位，形成排泄地下水的水道，只有在洪水期间对地下水有短暂补给。

区内浅层地下水赋存于第四系全新统和更新统上部冲积层中，底界深度60m左右，含水层平均厚度28m左右，岩性为松散粉细砂，单井出水量(换算成10m降深)为1020～1552.8m3/d。

2.2 地下水补给量的计算

2.2.1 大气降水入渗补给量

大气降水入渗补给量计算公式：

Q入渗=1000·α·P·Pt·F

(1)

式中：Q入渗为大气降水入渗补给量(m3/a)；α为降水入渗系数；P为年降水量(mm)；Pt为有效降水系数；F为分区面积(km2)。

根据式(1)计算各典型年份大气降水入渗补给量(表1)。

2.2.2 农业井灌回渗补给量

农业井灌回渗补给量计算公式：

Q回渗=α′·Q农开

(2)

式中：Q回渗为农业井灌回渗补给量(m3/a)；α′为回渗系数；Q农开为农业井灌开采量(m3/α)。

根据式(2)计算农业井灌回渗补给量为21.74×104m3/a。

2.2.3 地下水侧向径流补给量。

地下水侧向径流补给量计算公式：

Q径补=B·I·T

(3)

式中：Q径补为地下水侧向径流补给量(m3/a)；B为补给断面长度(m)；I为地下水水力坡度；T为导水系数(m2/d)。

根据式(3)计算地下水侧向径流补给量为57.64×104m3/a。

表1 各典型年份浅层水的总补给量(×104m3/a)及排泄量(×104m3/a)计算表

2.3 地下水排泄量的计算

2.3.1 地下水蒸发量

地下水蒸发量计算公式：

Q蒸发=F·t·ε

(4)

(5)

式中：Q蒸发为地下水蒸发量(m3/a)；F为蒸发面积(km2)；t为蒸发时间(d)；ε为水面蒸发强度(mm)；ε0为地下水蒸发强度(mm)；h为计算区地下水水位埋深平均值(m)；L为蒸发极限深度(m)；n为与土质有关的指数。

根据式(4)、式(5)，计算(2000年3月～2001年2月)地下水蒸发量为439.78×104m3/a。

2.3.2 地下水开采量

对勘察区内的农用机井井数、开采时间、单井出水量及人畜定额进行精确的实地调查，计算(2000年3月～2001年2月)人工开采量为187.02×104m3/a。

2.3.3 地下水侧向径流排泄量。

地下水侧向径流排泄量计算公式：

Q径排=B·T·I

(6)

式中：Q径排为地下水侧向径流排泄量(m3/a)；B为排泄断面长度(m)；T为导水系数(m2/d)；I为地下水水力坡度。

根据式(6)计算地下水侧向径流排泄量为39.99×104m3/a。

2.3.4 地表水侧渗排泄量

地表水侧渗排泄量计算公式：

Q河排=L·T·I

(7)

式中：Q河排为地下水侧渗排泄量(m3/a)；L为河流排泄长度(m)；T为导水系数(m2/a)；I为河流两侧地下水平均水力坡度。

根据式(7)计算地表水侧渗排泄量为54.32×104m3/a。

2.4 各典型年份浅层地下水均衡计算

由于2000年前缺乏地下水长期观测及实际开采量资料，各典型年份除进行大气降水入渗补给量及丰水年农业开采量，比现状条件下少一次灌溉量外，其余浅层水的补给和排泄采用2000年资料计算各典型年份的补给量、排泄量及水位变幅，计算结果见表1。

3 结束语

1)地下水资源计算与评价，主要是对地下水补给量及排泄量的计算。其中，地下水补给来源(结合小李庄水源地)一般包括大气降水、农业井灌回渗及地下水侧向径流补给；地下水排泄途径(结合小李庄水源地)主要有地下水蒸发、地下水侧向径流排泄、地表水侧渗排泄及人工开采等方式。

2)所选择的水源地，必须保证该水源地处于正均衡状态，故补给量宜大于或等于排泄量。在冲积平原补给来源主要有大气降水入渗补给、地表水补给、农业灌溉回渗补给、地下水径流补给等；排泄途径主要有地下水蒸发、人工开采、地表水排泄、地下水排泄等。

综上所述，地下水资源量的计算，直接影响资源评价中允许开采量的精度。加强地下水资源量的计算，有利于提高水源地勘察报告的质量，有利于提高资源评价的精度。

[1] 王大纯，张人权，史毅虹，等. 水文地质学基础[M].北京：地质出版社，1991.

[2] 陈岳.A Course in Basic English for Hydrogeologists and Engineering Geologists[D].成都：成都理工学院，1993.

[3] 冯斌，郭新体.豫东平原上第三系深层地下水若干水文地质参数探讨[J].河南地质，2000(1)：44- 47.