山丘区地下水资源量分析计算

刘英学

(河北省邢台水文水资源勘测局，河北邢台054000)

0 引言

埋藏在地表以下岩土孔隙、裂隙及溶隙(包括溶洞等)的水称为地下水。地下水在国民经济中占有极及重要在的位置。

随着社会的发展，需水量日益增加，许多地区出现严重超采地下水的状况，不同程度存在区域性地下水位持续下降、单井出水量衰减、水质恶化和地面沉降等不良现象。因此，合理地开发利用地下水资源是亟待解决的问题，地下水资源计算是合理开发利用水资源的前提。

1 一般山丘区地下水资源计算

山丘区地下水的总补给量为大气降水入渗补给量。由于山丘区地下水的分布具有不均匀性、方向性和分带、分段性，受研究程度和资料的限制，直接计(估)算地下水的补给量存在一定的困难。

但是，由于山丘区地形起伏，高差悬殊，河床深切，同时含水层较薄，调蓄性较差，接受大气降水入渗补给后，形成地下径流，经过相对较短的径流途径以泉或潜流形式排入河流，排泄机制较为简单。故按地下水均衡原理，可以用各项排泄量之和近似代表山丘区的地下水资源量。

基岩山丘区地下水总排泄量包括:河川基流量、山前侧向流出量、未计入河川径流量的山前泉水出露量、地下水实际开采净消耗量、潜水蒸发量等。山丘区地下水资源计算公式为:

式中:Q总排为地下水总排泄量，104m3/a;Rg为河川基流量，104m3/a;Q侧为山前侧向排出量，104m3/a;Q泉为未计入河川径流量的山前泉水出露量，104m3/a;Q采为地下水实际开采净耗量，104m3/a;ε为潜水蒸发量，104m3/a［1］。

1.1 河川基流量计算

河川基流量是山丘区地下水的主要排泄项。可通过分割逐日河川径流量过程线的方法计算。

所选用分割基流的水文站有如下要求:

1)水文站具有比较完整、连续的逐日河川径流量观测资料。

2)水文站所控制的流域闭合，地表水与地下水的分水岭基本一致。

3)按地形地貌、水文气象、植被和水文地质条件，选择各种有代表性的水文站。

4)水文站的控制流域内受人类活动影响较少。

分割基流常用的方法为直线斜割法。

对有水文站控制，但受各种因素的影响无法分割基流量的计算分区，根据地形地貌、水文气象、植被和水文地质条件相类似计算单元的基流比，计算分区基流量。

对没有水文站控制的计算分区，根据地形地貌、水文气象、植被、水文地质条件相类似区域逐年的河川基流模数，按照类比法原则，确定计算分区的河川基流模数，计算分区的河川基流量［2］。

根据上述条件，选取西台峪、临城水库水文站共52站年径流资料进行基流分割，然后对评价计算区1980—2005年的基流量进行汇总，建立汇总分区的河川径流量与河川基流量相关关系 R～Rg。以1980—2005年为现状条件，对1956—1979年基流量系列做出系列一致性修正，得出1956—2005年现状条件下的分区基流量系列。经计算多年平均基流量为2 961.6万 m3。

1.2 山前侧向流出量

山前侧向流出量是指山丘区地下水以地下潜流形式向平原区排泄的水量，采用剖面法计算。采用达西计算公式为:

式中:K为渗透系数;M为含水层厚度;I为水力坡度;L为断面长度。

1.3 山前未控泉水出露总量

山前泉水出露量是指出露于山丘区与平原区交界处且未计入河川径流量的泉水水量之和［3］。

1.4 地下水开采净消耗量

山丘区地下水开采量，主要为山丘区人畜用水及河谷地带的工业、生活和农业用水。近年来山区地下水开采量的不断增加，使得地下水开采净消耗量成为山区地下水的重要排泄项［4］。一般采用开采净消耗系数法计算。计算公式为:

式中:Q净耗为开采净消耗量，104m3/a;W采为地下水开采量;ρ为开采净消耗系数。

根据已有资料确定山区地下水灌溉回归系数β，(1-β)即为农业开采净消耗系数，取值范围在0.75～0.85。以山区工业用水的多年平均耗水率作为工业开采净消耗系数，取值范围在0.25～0.40。

1.5 潜水蒸发量

潜水蒸发量采用系数法计算公式为:

式中:E为潜水蒸发量，万m3;E0为水面蒸发量，mm，采用E601型蒸发器的观测值或换算成E601型蒸发器的蒸发量;C为潜水蒸发系数(无因次);F为计算面积，km2。

2 岩溶山丘区地下水资源计算

岩溶山丘区地下水资源量计算采用补给量法，用排泄量法校核。水文地质参数，本次计算主要根据《河北省邯邢基地区域水文地质勘察报告》和《河北地下水》中的水文地质参数。大气降水在岩溶裸露区的入渗系数a1=0.20;大气降水在岩溶浅埋区的入渗系数a2=0.10。

降雨入渗补给量是指降水通过裸露灰岩的渗入量和渗入到浅埋区土壤并在重力作用下渗透补给岩溶地下水量。年降水入渗补给量的计算公式为:

式中:Q为年降水入渗补给量，104m3/a;P为年降水量，104m3/a，α1α2为年降水入渗补给系数，104m3/a。

3 结语

不同评价类型区地下水的入渗条件和补给水源差别较大，资源量的年际变化也因之而异:

1)山丘区地下水主要由降水入渗补给，排泄条件好，但受入渗能力的限制，丰水年份与枯水年份的补给量相差不大，山丘区Cv值变化在0.40～0.62，极值比为6～8，小于同期降水量的极值比4.0～6.7。

2)平原区地下水资源量中，降水入渗补给量占70%以上，是地下水资源量的主要补给来源［5］。地下水资源量中除降水入渗补给量外，还有不稳定的地表水体补给量，故其年际变化较大。

由1980—2005年的系列进行频率分析可知其Cv值变化在0.58～0.72，极值比在9～14.5，均大于降水量的年际变化。

［1］丁炳坤.工程水文学［M］.北京:中国水利水电出版社，1994.

［2］胡春歧，刘惠霞，胡军波.紫荆关以上流域下垫面条件变化对产汇流影响分析［J］.南水北调与水利科技，2008，5(01):50-52，2006，(6):245-246.

［3］赵琳琳，肖长来，陈昌亮.杨家杖子经济开发区地下水资源评价［J］.节水灌溉，2013(06):8-10.

［4］王柏强，孙德利，王大勇.凤鸣山截潜工程地下水资源计算及分析［J］. 黑龙江水利科技，2010，38(06):150-151.

［5］臧红飞，宁显林，陈军锋，金芳义.交口县岩溶地下水资源量估算［J］. 地下水，2010，32(04):66-67.