浅析沙湾市巴音沟河洼地地下水资源量计算

李天雪

(塔城水文勘测局,新疆 塔城 834700)

巴音沟河洼地位于沙湾市安吉海镇南部浅山丘陵地带,该区域内的地下水,主要接受巴音沟河西侧伊林哈比尔尕山山前大断裂边界处的地下水径流补给及其下游巴音沟河河水(冲沙水)的悬河下渗补给,此外还有少量的金河西侧渠道与农田灌溉水的渗漏补给等。洼地内地下水在接受补给的同时,以6‰～7‰的水力坡度往北东方向径流,除了由安集海河谷径流排入山前倾斜平原外,还有部分地下水以8‰～10‰的水力坡度转向东流,进入金河洼地。

1 地下水资源量计算

该区域地下水埋藏深达60 m以上,除独山子第四水源地年开采0.3×108m3/a和巴河水管处在冬季开采0.018×108m3/a之外,再无其他开采单位。在现状年多年平均意义下,洼地内地下水总补给量与总排泄量大致是持平的[1]。

1.1 均衡区的确定

根据《独山子第四水源地勘察报告》,其主影响区的西界为地表水地下水的分水岭,东界则以巴音沟河与金沟河之间的地表水分水岭,南北二侧以第三系隔水层为界,西边界与南边界的交点在黑山头水文站上游7 km处,该区域的面积约160 km2,见图1。

图1 巴音沟河洼地地下水水均衡区示意图

巴音沟河洼地与窝瓦特洼地由于巴音沟冲洪积扇的作用,在扇顶部位存在明确的地表分水岭和沿流线延伸的零流量边界—地下分水岭,因此均衡区的西部边界以此分水岭为界;同样,在金沟河冲洪积扇的中上部也存在类似的沿流线延伸的零流量边界[2]。

1.2 均衡方程与水均衡分析

1.2.1 水均衡方程

该区内的水均衡方程式可概括为:

Q入-Q出=ΔQ

Q地入=Q地出

式中:Q入为进入均衡区的水量;Q出为从均衡区流出的水量;ΔQ为在均衡区蒸发的水量;Q地入为地下水收入项;Q地出为地下水支出项。

1.2.2 进入均衡区的水量(Q入)

1)地表水进区

在本区内包括地表水流入量Q表入和降水量Q雨二项,即:

Q入=Q表入+Q雨

Q表入:从巴音沟河水文站可知,二道沟水文多年平均径流量3.996×108m3,黑山头水文站48年的多年平均径流量3.327×108m3,二道沟站—黑山头站间22 km的河段地表水多年平均渗漏损失量为0.669×108m3。二道沟至黑山头水文站22 km河段区间产流0.056×108m3/a。二道沟站至本均衡区河道长度约15 km,应扣除巴音沟河在该河段的渗漏量后即为进入均衡区的地表水。从二道沟至黑山头间距22 km,多年平均损失量为0.669×108m3/a,折合每km损失为0.030 4×108m3/a,二道沟至均衡区边界渗失水量为0.456 1×108m3/a,即入境地表水量:

Q表入=(3.996+0.056-0.4561)= 3.596× 108m3/a。

2)降水进区

区内平均降水量Q雨为212 mm,面积160 km2,降水总量为0.339×108m3/a。

Q入=(3.596+0.339)×108=3.935×108m3/a

1.2.3 在均衡区蒸发的水量ΔQ

包括黑山头以上至边界处河道的水面蒸发ΔQ1及黑山头以下至安集海谷间的河道水面蒸发ΔQ2;降水的蒸发量ΔQ3。

ΔQ1:水面宽按0.1 km,长7 km,总水面蒸发面积0.7 km2,按黑山头实测水面蒸发量 1 266.2 mm/a计算ΔQ1=0.009×108m3/a;

ΔQ2:根据遥感图象解析,在该段水面面积为2.86 km2,也按黑山头水面蒸发计算ΔQ2=0.036×108m3/a;

ΔQ3:降水形成洪流后部分渗入地下形成地下水补给,部分形成水面蒸发。按黑山头降水资料计算总降水量为:160 km×0.212=0.339×108(m3/a)。降水形成洪流对地下水的补给入渗量为0.020×108m3/a,见表1。则ΔQ3=(0.339-0.020)×108=0.319×108(m3/a)。

表1 均衡区降水入渗量计算表

则均衡区水面蒸发量为:

ΔQ=(0.009+0.03+0.319)×108=0.365×108(m3/a)

1.2.4 均衡区流出的水量

根据前述均衡方程Q出=Q入-ΔQ=(3.935-0.365)×108=3.57×108(m3/a)。

从均衡区流出的水量Q出应包括:从渠道在黑山头引走的水量Q出1;沿河道下放冲砂水出区水量Q出2;巴管处抽取的调温水量井Q出3;沙湾渗管引水工程引水量Q出4,从本区侧渗出区的水量Q出5。

Q出1:根据巴管处提供资料多年平均值为2.235×108m3/a;

Q出2:从黑山头下放的冲砂水,扣除蒸发水量和下渗补给地下水量后即是从安集海河谷出流的水量。

根据实测资料当下放流量8～23 m3/s时渗漏比率为76%～66%,当小于2 m3/s时则为100%,由于冲砂水多是在汛期发生,流量都较大,参考上述试验值取50%下渗,则有50%为Q出2。据黑山头水文资料,黑山头多年平均径流量为3.327×108m3/a,则:

Q出2=(3.327-2.235-0.037)×108×0.50=0.528×108(m3/a);

Q出3=0.018×108m3/a;

Q出4=6×365=2 190×108m3/a;

Q出5:从前述方程可估算出:Q出5=Q出-Q出1-Q出2-Q出3-Q出4=(3.57-2.235-0.528-0.018-0.219)×108=0.458 5×108(m3/a)

1.2.5 地下水收入项Q地入

包括从黑山头以上至西边界河道的渗漏量Q地入1;从黑山头下放的冲砂渗入补给地下水的水量Q地入2;区内暴雨洪流形成的下渗补给地下水量Q地入3。需要说明的是,巴音沟河管理站引水渠自黑山头引走的2.235×108m3/a在区内的下渗量基于渠道将进行进一步的防渗处理,从安全可靠的角度,此量暂时不计。

Q地入1:从西部边界处入界时河水量为3.596×108m3/a,黑山头水文站测得多年平均径流量为3.327×108m3/a,则在该段河道损失水量为0.268 9×108m3/a,扣除在该段得河水水面蒸发量0.009×108m3/a,即为该段河道的渗漏补给地下水量:

Q地入1=(0.268 9-0.009)×108=0.26×108(m3/a)

Q地入2:从黑山头下放的冲砂水0.873×108m3/a,扣除水面蒸发0.037×108m3/a后取50%,

Q地入2=(0.873-0.037)×108×0.50=0.418×108(m3/a)

Q地入3:暴雨洪流形成一定径流深时可形成一定量的地下水补给其计算见表5-3;

Q地入3=0.02×108m3/a

Q地入=(0.221+0.418+0.020)×108= 0.659×108(m3/a)

1.2.6 地下水支出项Q地出

在本区内地下水的支出有三项,其一是独山子第四水源地年开采地下水0.3×108m3/a和巴河处开采的调温水Q地出1每年约为0.018×108m3/a;其二是从北部安集海河谷侧渗出水量Q地出2;其三是从东部边界侧渗出水量Q地出3[3],该处由于地下水埋藏较深无垂直蒸发损失,也无泉水溢出,见图2。

图2 安集海河谷水文地质剖面图

Q地出2:根据《独山子第三水源地供水水文地质勘察报告》的河谷实测资料,河谷宽1 470 m,含水层厚度70 m,又椐G4 G3统测水位,河谷段水力坡度为0.67%,该处含水层为分选性好的沙砾石,渗透系数取100 m/d估算,按达西公式:

Q地出2=365×K×I×B×H=365×100×0.006 7×1 470×70=0.252×108m3/a。

Q地出3:由于在该处无实测地质剖面,现按差减法求得,由Q地入=Q地出

即Q地出3=Q地入-Q地出1-Q地出2=(0.659-0.3-0.018-0.252)×108=0.089×108m3/a

Q地出=(0.018+0.252++0.3+0.089)×108=0.659

上述水均衡分析成果列于见图3。

图3 水均衡分析框图

1.3 地下水资源均衡分析

根据以上计算,地下水均衡计算见表2。

表2 巴音沟河洼地计算区现状多年平均地下水均衡分析表

由表中计算数据,巴音沟河洼地均衡区地下水多年均总补给量为0.659×108m3/a。地下水补给主要以冲砂水渗漏和河道渗漏为主,分别占地下水总补给量的64%和34%。区内地下水排泄主要以侧渗出区和地下水开采为主,分别占地下水总排泄量的52%和48%。

2 地下水储存量(静储量)计算

论证区处于巴音沟河洼地区域,区内第四系堆积层巨厚,地表水补给条件相对较好,地下水储存空间大[4]。论证开采区地下水含水层主要以砂砾石为主,含水层给水度u=0.17,区内面积F=160 km2,含水层厚度按H=40 m计。则巴音沟河洼地区域地下水静储存量=uFH= 10.88×108m3,区内地下水位每下降1 m可给出0.272×108m3的水资源量。

3 结语

通过分析计算巴音沟河洼地地下水资源量,划定水均衡区,巴音沟河洼地均衡区地下水多年均总补给量为0.659×108m3/a。同时计算出该区域的地下水静储量,巴音沟河洼地区域地下水静储存量=uFH= 10.88×108m3,区内地下水位每下降1 m可给出0.272×108m3的水资源量[5]。论证区地下水静储量相对较大,可充分利用地下水静储量调节开采地下水,为后续开发利用地下水资源提供基础数据。