截潜工程在计算山前侧向补给量中的应用

韩明超，李鸿娟

(长安大学 环境科学与工程学院，陕西 西安 710054)

截潜工程在计算山前侧向补给量中的应用

韩明超，李鸿娟

(长安大学 环境科学与工程学院，陕西 西安 710054)

在计算山前侧向补给量的方法中，最常用的就是达西断面法，但达西断面法需要获取较多的参数，对于山前无钻孔或只有少量钻孔且水文地质研究程度较低的区域，很难采用达西断面法来计算得到山前侧向补给量。对于无法运用达西断面法但存在完整式截潜工程的山丘区，可以结合完整式截潜工程的截潜量利用水量均衡法计算山前侧向补给量。

山前侧向补给量;截潜工程;降水入渗系数;水量均衡

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［1］。对于平原区来说，山前侧向补给量是平原区地下水的侧向补给量，相对而言，它也是山丘区地下水的侧向排泄量，山前侧向补给量是平原区地下水补给的重要来源，也是地下水资源评价中重要内容之一。金满娥［1］等以三江平原西北部区域为例利用水均衡法计算出了山前侧向补给量，束龙仓［2］等分析了水文地质参数不确定性对地下水补给量计算结果的影响。

1 研究背景

山前侧向补给量的计算方法有好几种，其中，达西断面法是计算山前侧向补给量中最常用的方法，我们采用达西断面法计算山前侧向补给量的公式如下:

式中:Q山前为山前侧向径流补给量;K为断面处含水层渗透系数;J为垂直于断面的水力梯度;A为侧向径流过水断面面积;H为断面处含水层厚度;L为断面的长度;T为径流补给时间。

采用达西断面法计算山前侧向补给量时要求计算断面尽可能靠近山丘与平原区交界线。但大多数地区计算断面附近只有少数钻孔或无钻孔，地下水位观测井点(即控制点)不足，无法控制整个断面，而且近山前地带的水文地质研究程度相对较低，水文地质条件模糊不清，地下水位动态资料不足，达西公式中水力坡度J、含水层厚度H等计算参数难以获取。利用不完整的数据资料进行参数计算，必然会产生较大的误差，从而使得整个山前侧向补给量计算失真，因此，在资料缺乏地区应用达西断面法计算山前侧向补给量是难以实现的。

但在拥有完整式截潜工程的山丘区，如果无法控制山前侧向径流断面，我们可以利用完整式截潜工程的截潜量，把山前侧向补给量的来源作为出发点，以山丘区作为研究区域，利用水量均衡法计算出山前侧向补给量。水量平衡法是地下水资源评价中常用的一种方法，可以清楚的反映水量的补给、排泄和蓄水之间的数量平衡关系。

2 完整式截潜工程的应用方法

在总结前人研究的基础上，针对难以获取达西公式中参数，但存在完整式截潜工程的山丘区，通过山丘区水量均衡法计算山前侧向补给量:

我们知道，山丘区的大气降水是山前侧向补给量的主要来源。在大气降水后，一部分渗入地下形成地下水径流，侧向补给山前地下水系统，而在有截潜工程时，地下水径流还将有一部分被截潜工程拦截并加以利用;大气降水的另一部分渗入量则转化为泉水从山丘区沟谷排出。在截潜工程比较完整的山丘区，地下水径流会被截潜工程引入集水井等取水工程为人所用。因此，存在完整式截潜工程的山丘区山前侧向补给量的计算问题可以利用水量均衡法，通过计算山丘区水文系统的补给与排泄最终求得山前侧向补给量，水量均衡法的计算公式:

式中:Q补给为水量均衡区地下水补给量(1×104m3/a);Q排泄为水量均衡区地下水排泄量(1×104m3/a)。

在山丘区，补给来源主要是大气降水入渗补给，排泄方式则以截潜工程截流和泉水排泄为主，因此，通过山前侧向径流断面的山前侧向补给量可以采用水量均衡法计算获得，即山前侧向补给量为山丘区的大气降水入渗补给量减去在侧向径流断面以外的山丘区截潜工程截流量及泉水排泄量，山前侧向补给量计算公式如下:

式中:Q侧补为山前侧向径流补给量(1×104m3/a);Q降补为山丘区降水入渗补给量(1×104m3/a);Q截为山丘区截潜工程截流量(1×104m3/a);Q泉为山丘区泉水排泄量(1×104m3/a);S为山丘区计算面积(km2);a为山丘区降水入渗补给系数(无量纲);P为山丘区降水量(mm)。

均衡域内的侧向补给量大小取决于山丘区降水入渗补给量的大小，而后者又取决于降水入渗补给系数，山丘区降水量及计算面积［3］。其中，山丘区的计算面积比较容易获取，只需要计算出降水入渗系数a降即可。

影响大气降水补给地下水的因素比较复杂，主要有年降水总量、降水特征、包气带的岩性和厚度、地形、植被等［4］。因此，山丘区基岩岩性、降水特征等都会对大气降水入渗补给地下水的总量产生影响，降水入渗系数计算公式:

式中:a降为大气降水入渗系数(无量纲);Q降补为大气降水入渗补给量(1×104m3/a);Q降为大气降水总量(1×104m3/a)。

由上式可知，大气降水入渗系数的大小由降水入渗补给量与降水总量的比值大小决定，而降水入渗补给量又受到众多因素的影响，因此，降水入渗系数需要根据山丘区基岩岩性、降水特征等不同进行水文地质分区计算。

由于山丘区水文地质研究程度一般较低，且降水入渗系数受基岩岩性等因素的影响比较大，所以不能直接依照大气降水入渗系数计算公式求得降水入渗补给系数。在缺少长期观测资料的情况下，选用截潜工程比较彻底的典型流域，用下式计算不同岩性的地层降水入渗系数［3］:

式中:a降为山丘区降水入渗补给系数(无量纲);Q截为完整式截潜工程的截流量(1×104m3/a);Q泉为山丘区泉水排泄量(1×104m3/a);t为计算时间为一水文年;P为典型流域的平均降水量(mm);S为典型流域的汇水面积(km2)。

山丘区的降水量可以根据不同水文地质分区的平均降水量P平均是根据降水量等值线图，利用面积加权求得，公式如下:

式中:P平均为平均降水量(mm);Pi为第 i分区的降水量(mm);Si为第 i分区的面积(km2)。

在得到降水入渗补给系数a降和山丘区平均降水量P平均后，便可求得山丘区降水入渗补给量，再利用水量均衡法:Q补给=Q排泄，即通过径流断面向山前地下水系统的侧向补给量应等于山区的降水入渗补给量减去在计算断面以外被消耗的地下水量(主要为山丘区截潜工程截流量及泉水排泄量)，即:

最后，由上式计算得到山前侧向径流断面上的山前侧向补给量。

3 结语

本文在总结前人研究的基础上，通过水量均衡法在存在完整式截潜工程的山丘区的应用，解决了截潜工程比较完整但水文地质条件未知，研究程度较低的山丘区无法应用达西断面法计算山前侧向补给量的问题。此方法适用于水文地质资料短缺，水文地质研究程度较低区域的山前侧向补给量计算，为研究山前侧向补给量提供研究思路。同时，该方法也存在缺陷，比如，降水入渗系数的获取存在一定难度，因为在基岩山区，由于岩性的不同，降水入渗系数也不同，所以，考虑到计算结果的精确性，就需要根据基岩岩性不同而进行水文地质分区并计算;再者，这种方法只适合应用于存在完整式截潜工程的山丘区，具有一定的地域局限性。

［1］金满娥，李龙辉，赵孟芹.利用水均衡法计算山前侧向补给量［J］.黑龙江水利科技.2005，33(3):033 －034.

［2］束龙仓，陶玉飞，刘佩贵.考虑水文地质参数不确定性的地下水补给量可靠度计算［J］.水利学报.2008，39(3):346 －350.

［3］苑莲菊，武胜忠.干旱区地下水系统［M］.地质出版社.北京:1996.

［4］王大纯，张人权等.水文地质学基础［M］.地质出版社.北京:1995.

Application of the Undertow－interception Works in the Calculation of the Lateral Recharge in the Piedmont Region

HAN Ming－chao，LI Hong－juan
(Environment Science and Engineering Colleage，Chang’an University，Xi’an 710054，Shaanxi)

In the calculation methods of the lateral recharge in the piedmont region，the method of Darcy Section is the most commonly used，but the method of Darcy Section need more parameters. The region where without drilling or with a small amount of piedmont drilling and have a low level of hydrological and geological research，is unable to adopt the method of Darcy Section to calculate the lateral recharge in the piedmont region.In this condition，if there are some complete undertow－interception works in the area，we can use the yield of water of undertow－interception works to calculate the lateral recharge in the piedmont region.

The lateral recharge in the piedmont region;undertow－interception works;coefficient of precipitation infiltration and water balance

TV131.4

A

1004－1184(2012)05－0012－02

2012－04－27

韩明超(1986－)，男，河北石家庄人，在读硕士研究生，研究方向:地下水科学与工程。