白城市洮儿河冲洪积扇地下蓄水空间研究
2017-12-20，
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(1.吉林省水文水资源局白城分局，吉林 白城 137000；2.吉林省白城市水资源管理中心，吉林 白城 137000)
白城市洮儿河冲洪积扇地下蓄水空间研究
付晓忠1，董小辉2
(1.吉林省水文水资源局白城分局，吉林 白城 137000；2.吉林省白城市水资源管理中心，吉林 白城 137000)
白城市是嫩江西岸广大区域的商业中心城市，战略地位十分重要。利用洮儿河冲洪积扇地区巨大的地下水蓄水空间，解决该地区工农业发展及生态建设对水资源的需求。根据含水层厚度和参数的变化，采用含水层体积法和水层厚度法计算地下水库的总库容，计算表明洮儿河扇形地是一个天然的大型地下水库，只要有充足水源补给和相应的工程措施，可以实现地下水库的调蓄作用，缓解该地区水资源供需矛盾和控制地下水下降。
白城市；洮儿河冲洪积扇；地下水库；蓄水
洮儿河冲积扇地区是白城市政治、经济、文化的中心，且交通便利，北邻黑龙江、内蒙，可以说白城市是嫩江西岸广大区域的商业中心城市，战略地位十分重要。洮儿河冲积扇面积2 838 km2，含水层为砂砾石和卵砾石，厚度10～40 m，地下蓄水库容在 100亿 m3以上。如果有充分的江河水补给，每年至少可增加十几个亿 m3的供水水源，这对白城市工业生产的发展和城市周边地区农业生产及大泌它拉草原生态环境的改善将起到决定性的作用。
该区地下水的补给资源量为 6.34亿 m3/a，可开采资源量为 5.54亿 m3/a，目前实际开采量已突破7亿 m3/a。70 年代以来，该区地下水位持续下降，多年累计降幅已超过4 m，特别是1998 年大洪水以后，由于连续干旱，洮儿河水断流，一方面地下水的补给量大量减少，一方面开采量迅速增加，使地下水位每年以0.5～1.0 m的速度下降，个别年份有些地段水位下降甚至超过1.5 m。如果不尽快采取有效措施，不仅白城市的城市建设和工业发展将受到制约，而且将直接威胁到该区人类的生存。为解决该区工农业发展及生态建设对水资源的需求，我们只有利用洮儿河冲积扇巨大的地下蓄水空间，引江河水补充地下水。近期可考虑利用洮儿河洪水，通过改造白城运河向地下引渗，远期可考虑在嫩江引水，进入洮儿河冲积扇。
1 地下水库蓄水基础条件分析
1.1 巨大的地下库容
白城市已经开展过 1：20 万区域水文地质普查及 1：5万供水水文地质勘查等工作，并提交了勘查报告，均已通过吉林省地矿厅(局)审查认定。白城市水利部门从二十世纪 70 年代以来多次在这一地区，开展专项水资源调查评价和地下水监测工作，位于洮儿河冲积扇之上的洮蛟两河均有水文观测站。此外，长春地质学院、中国地理研究所等单位也先后在这一地区做了大量的工作，积累了详实的资料。
白城地下水库位于洮儿河冲洪积扇形地区，分布范围较广，面积2 838 km2性能较好，降水入渗系数一般在0.35～0.40之间，渗透系数一般。含水层主要为第四纪冲洪积的砂砾石、卵砾石，厚10～40 m，渗透为100～200 m/d，给水度为0.2左右，局部可达0.3以上，单井涌水量每小时可达200 m3以上，天然库容超过100亿 m3，具有巨大的蓄水空间，是一个特大型的地下水库，因此，应充分发挥其蓄水作用。
1.2 地下水库之上有剩余过境洪水
洮儿河从地下水库的上面通过，据白城地下水库上游镇西水文站资料，多年平均径流量为 12.99亿 m3，历史最大年径流量为 51.38亿 m3(1998 年)；下游洮南水文站多年观测资料，历史最大年径流量为60.76亿 m3(1998年)，多年平均径流量为 13.05亿 m3。镇西站汛期(6— 9月)多年平均径流量为 9.29亿 m3，保证率分别为 75 %、50 %、25 %时汛期径流量分别为 3.34、6.97、12.72亿 m3。按照保证率为40%的汛期径流量引其中的20%时计算，平均每两年半可引4.48亿 m3洪水，当引渗率达到70%时，平均每年可增加地下水的补给量1.25亿 m3，这对缓解该区水资源供需矛盾和控制地下水位下降，将起到巨大的作用。
1.3 有可利用的明渠渗漏补给
该区地表为亚粘土亚砂土，厚度小，在洮儿河中上部仅0.3～1.0m，其下便为砂砾石层，垂直渗漏补给条件好。1958年开挖建成的白城运河，全长109 km，设计引水量为 20 m3/s。由于河床下的砂砾石层严重漏水，引水未能成功。 1982年7月在运河上曾作过渗漏试验，由建政屯至棉纺厂， 35 km河段上渗漏量为 5 m3/s(43.2万 m3/d)，据此推算运河渗漏量可达130万 m3/d。如每年的放水引渗期为80 d，可蓄水 1亿 m3以上。这是运河废置多年后的渗漏量，如提高设计引水量在扩建清淤清障后，其渗漏量还会增加，是良好的引水渗水补给地下水库的通道。
2 冲洪积扇地下水库总库容计算
根据含水层厚度和参数的变化，采用含水层体积法和水层厚度法计算地下水库的总库容。
2.1 含水层体积法
根据钻孔取样分析资料、区域含水层厚度和参数的分布状况对含水层进行剖分，采用 Simpson’s法则计算得研究区含水层体积，其公式为：
(1)
(2)
式中：Δx为剖分网格的列宽(m)；Δy为剖分网格的行宽(m)；Gij为第i行第j列节点处的含水层厚度值(m)；Ai为第i行网格的面积(m2)；Va为含水层体积(m3)；n为剖分的网格数。
每个钻孔的给水度选取厚度加权平均值，公式如下：
(3)
地下水水库总库容为：
(4)
式中：Vt为地下水库总库容(m3)；μi为第i分区的含水层给水度；Vai为第i分区的含水层体积(m3)。
利用上述方法求得分区含水层体积和分区给水度，两者分别相乘再求和，便得到地下水库的总库容(地下储存空间)，为97.7×108m3/a(见表1)。
表1 地下水储存量计算成果表
2.2 水层厚度法
利用每个井孔揭露的含水层厚度和相应的给水度，可求得每个钻孔的地下水层高度，公式为：
(5)
参照水位资料，可求得地下水储存量为99.56×108m3。
上述两种计算方法理论上可行、资料可靠、计算的结果也相差不大，故采用二者的平均值98.63×108m3作为洮儿河扇形地地下水库的库容比较符合实际。按水利行业标准《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)，库容大于10×108m3为大(1)型水库，计算结果表明洮儿河扇形地地下水库库容相当于大(1)型水库。
3 地下水库可利用库容计算
上述计算表明洮儿河扇形地是一个天然的大型地下水库。据地下水长期观测资料分析，1980～1998年扇形地地下水位基本上随降水量与上游河流来水量的大小变化而变化，呈现出较明显的自然变化特点。自1999年以来，由于气候连续干旱，地下水开采量迅猛增加，在地下水的大量开发利用下，扇形地地下水位出现了较大幅度的下降，地下水库应相应出现了较大的可利用库容。这部分可利用库容正是进行地表水与地下水联合利用的可利用库容。
(6)
式中：Vr为地下水库的可利用库容(m3)；μi为第i分区的含水层给水度；ΔHi为时段起始、终止时刻第i分区的地下水位下降值 (m)；Fi为第i分区的计算面积(m2)。
计算结果表明，1999年至今，由于开采地下水而导致地下水库可利用库容为19.361 9亿 m3(见表2)，从而为地下水的补给提供了巨大的可用空间。
表2 地下水库可利用库容计算结果
表3 地下水库调蓄能力计算
4 地下水库调蓄能力计算
该区雨季降水集中，汛期一般集中在7、8月份，在无工程措施条件下，对地下水库补给时间短，补给量不足，建议应适当修建人工回灌补给工程，以便将丰水年份、丰水期来不及利用的雨洪水资源储存于该地下水库中，增大地下含水层的调蓄能力，实现水资源可持续利用的目的。
本次研究采用体积法按分区进行地下水库调节能力的计算，地下水库调节能力根据地下水位变化幅度、含水层分布面积及其给水度确定。最大水位埋深充分考虑植被和作物生长情况且不产生土地沙化，最小水位埋深考虑土地不产生盐渍化等环境问题，此外要考虑地下水循环特征和实际水位变化情况分析，经综合分析后确定计算所用的地下水位埋深。计算结果表明(见表3)，当本区地下水位平均变化为3 m时，含水层可调蓄水量为17.422 7×108m3，相当于一个特大型的地下水库；当调蓄水位上升0.5 m时，可增加调蓄水量为2.521 0×108m3，占现有地下水补给量的50%以上。
5 结语
综上所述，计算结果表明，洮儿河冲洪积扇区具有良好的地下储存空间，地下水库的总库容(地下储存空间)为97.7×108m3/a，可利用库容为19.36×108m3/a，含水层可调蓄水量为17.422 7×108m3，可以蓄存大量的过境洪水，可达到以丰补欠，地表水和地下水联合调度的目的。并且洮儿河(嫩江右岸的一大支流)从白城市镇西入境穿过冲洪积扇，据镇西水文站资料，多年平均径流量为12.99亿 m3，历史最大径流量51.38亿 m3(1998)。同时，洮儿河冲洪积扇中上部地区(引渗区)地表为亚砂土，厚度小，一般小于0.5 m，局部地区砂砾石直接裸露。该区的砂砾石层是冲洪积扇上渗透性最好的岩层，渗透系数一般在100～300 m/d，垂直渗漏补给条件好，适合采用河道、渠系、渗水井或砂坑引渗洪水。如果利用现有引洮入向工程、白城运河、满州代枢纽工程，加上洮儿河河道就可引洪水回灌补充地下水，将缓解该区水资源供需矛盾和控制地下水下降。
P641.7
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1004-1184(2017)05-0046-02
2017-05-02
付晓忠(1968-)，男，吉林白城人，高级工程师，主要从事水文水资源工作。
