建平县拟建水源地地下水储存量与补给量计算

任媛媛

(辽宁省朝阳水文局，辽宁 朝阳 122000)

1 概 述

我国幅员辽阔，半干旱地区约占35%，在半干旱地区开发水源，研究这一课题具有广泛的意义，研究成果具有一定的科学意义。辽宁西部建平县属于干旱半干旱地区，降雨量少，蒸发量大，水资源匮乏，工业、农业和生活用水普遍存在着水危机。同样的供水需求量，在湿润地区很容易就地找到满足要求的水源，而在干旱半干旱地区，找到水源并正确的评估它的水资源量，显得难度较大且更为重要。文章针对建平县拟在青峰山乡西大杖子村矿业公司的附近创建水源地的要求，在对现场勘探和抽水试验的基础上，计算相关参数，确定均衡区，计算该水源的地下水储存量和补给量。

2 地下水储存量计算

2.1 参数计算

2.1.1 降水入渗系数(α)

降水入渗系数是表示大气降水渗入地下的量，数值上等于大气降水渗入量与降水量的比值[1]。降雨入渗系数的计算采用下列公式：

Rd

(1)

式中：α为降雨入渗系数；Rd为流域地下径流深，mm；F为流域面积，km2；F入为流域入渗区面积，km2；>10-1为流域多年平均降雨量，mm。

根据本流域1957-2003年实测降雨量资料，计算出流域多年平均降雨量>10-1=466.0mm。依据临近叶柏寿水文站的历年实测流量资料，采用直线斜割法求得P为50%的地下径流深Rd=25.2mm。在基岩区中从水文地质图可知层状岩类裂隙水和碳酸盐类裂隙岩溶水基本不存在。基岩区不属于入渗区面积，其降雨产生了地表的径流，量算流域入渗区面积F入=223.6km2。将以上数值代入公式>10-1，求得流域多年平均降雨入渗系数为0.16。

2.1.2 渗透系数(k)

为了了解第四纪松散沉积物地区含水层的透水性，常利用民井作简易抽水试验。根据渗流量Q与抽水井的水位降深Sω之间的关系，通过计算获取浅层地下含水层的渗透系数K值。按抽水试验成果数据计算为准。距离抽水试验的民井最近的勘探孔是ZK3，从探孔表看从地面到第一弱隔水层深5.4m，抽水试验的民井深是4.7m，井深达不到底板，所以它属于不完整井。

按照抽水试验的成果资料。稳定降深1.4m之后，水位由急剧下降变成稳定，所有供水全部是由井的周边及底部渗透供水。渗透系数的计算采用佛尔赫格依麦尔潜水不完整井计算公式：

(2)

式中：K为渗透系数，m/d；Q为涌水量，m3/d；rω为抽水井半径，m；Sω为抽水井最大降深，m。

根据抽水试验资料，Q=888m3/d， Sω=1.40m，rω=1.00 m。将以上数据代入公式得：

(3)

建平县三水源勘察抽水试验孔在平安地的抽水试验的民井上游1.9km，按其实验数据计算的K值平均为182m/d。

2.1.3 地下水力坡度(I)

在研究区内，水利坡度的确定用实测法，在知道地下水的流向的情况下，两井的距离确定为423m。地下水利坡度按公式3计算，式中的数据来自现场观测资料。

(4)

式中：△H为两井水位之差，m；L为两井距离，m。

水力坡度计算见表1。

表1 水力坡度计算表

探孔砾石的粒径范围应为0.2cm-6cm之间，平均粒径为3.1cm，查松散岩石分类表属于粗砂、砾砂。查松散岩石的给水度表，粗砂、砾砂给水度应取0.30。查孔隙度β持水度Wr给水度μ关系图，给水度的分布曲线是非直线方程，查取得给水度μ=0.25。

2.2 确立均衡区

根据抽水试验数据S水位降深值1.4m，渗透系数Κ取值158.57m/d，按照公式(5)计算得影响半径R为179.9m。

(5)

式中：R为影响半径，m；S为水位降深值，m；k为渗透系数，m/s。

水源地的影响范围根据有关地下水动力学数学模型实验所取得的数据，在长期开采的条件下，地下水流场，降深为零的边界是单井抽水试验求得的影响半径的5-10倍[2]。如果文章采用影响半径5倍，影响的范围应该是东西900m、南北900m。本开采区河谷狭窄，两侧为基岩区，由于边界的限制，均衡沉降区不再是漏斗状的圆形。东西断面宽为800m，南北为河道。从而确定均衡区采用南北为1000m，东西为802m。均衡区面积0.802km2。

2.3 储存量

储存量是指开采区，即均衡区即均衡区的储存于含水层内重力水的体积。

(6)

式中：Q储为储存量，m3；μ为给水度，取经验数值0.28；V为含水层体积，m3；Q储=0.28×1000×802×10.5=235.8万m3。

式(6)是均衡区含水层体积能自由排出的水资源量，即储存量为235.8万m3/a。

3 地下水补给量计算

3.1 地下水径流量计算

确定的流速158.57m/d，大于100m/d，认定为混合流。n的选择范围在(1

(7)

Hicp=HGXi/XG

(8)

式中：Qi径为地下水径流量，万m3/a；Hicp为i典型年枯水期过水断面含水层平均厚度，m；B为含水层断面宽度，802m；I为地下水水力坡度(0.00456)；Kcp为渗透系数，158.57m/d；1/n为地下水水力坡度指数0.91，由1/n=1/1.1=0.91算得；HG为2003年枯水期含水层平均厚度，m，由河谷断面水文地质剖面图计算得含水层面积8436m2，断面宽802m，得含水层平均厚度为10.5m；XG为控制2003年枯水期地下水位的降雨量406.8mm；Xi为i典型年降雨量328.9mm。按公式(8)列表计算得表2。

表2 忙牛河河谷A—A'断面地下水径流补给量成果表

3.2 降水补给量计算

开采区的降水补给是根据降水和地下水的联系，通过水文分析法计算的天然补给量。计算结果见表3。

表3 降雨量入渗计算表

Xi

(9)

式中：α为降水入渗系数0.16；F为降水面积0.802km2；Xi为i年平均降雨量，m。岩性：据勘探孔表土深0.0-0.5m为亚黏土。

3.3 地下水消耗量

地下水消耗量途径主要是农业、工业、生活用水及蒸发。实地调查土井14眼，经测量统一连标为黄海基面高程，计算水面埋深在1.2-28.05m，但地下水埋深最小为1.1m，考虑地下水变幅(若取值1.5 m)，地下水埋藏深度达2.6 m，蒸发能力已经很弱，故对地下水的蒸发不做考虑。根据用水调查，该区农业以大田作物为主，灌溉水量为19.6万m3/，生活用水量约2.61万m3/a，工业用水2.7万m3/a。合计24.91万m3/a。

3.4 地下水均衡计算

地下水均衡计算表按式(10)计算：

ΔQi=(Qi径+Q降)-Q耗

(10)

式中：ΔQi为i典型年地下水补给量与地下水消耗量均衡差，万m3/a；Qi径为i典型年地下水径流补给量，万m3/a；Qi降为i典型年降雨入渗补给量，万m3/a；Qi耗为现状年地下水消耗量，万m3/a；Qi补为i典型年地下水综合补给量，万m3/a。

从表4看出，区内地下水为正均衡关系。P=50%的均衡余量为381.4万m3/a；P=75%的均衡余量为322.9万m3/a； P=95%的均衡余量为264.3万m3/a。

表4 计算区地下水均衡计算表

4 结 论

2)通过对该开采区50%、75%和95%保证率下地下水径流量、降水补给量、地下水消耗量的计算，采用水均衡法，计算得到由低到高三种不同保证率下的地下水补给量分别为406.3万m3/a、347.8万m3/a、289.2万m3/a，均衡差分别为381.4万m3/a、322.9万m3/a、264.3万m3/a。