白龜山南灌區淺層地下水水量平衡分析

2012-12-08 07:19:18左惠玲河南省平頂山水文水資源勘測局

河南水利與南水北調 2012年5期

□左惠玲 □彭博（河南省平頂山水文水資源勘測局）

1.問題提出

通常情況下，在渠灌區范圍內，由于長期灌溉補源和地下水開采利用的相互作用，地下水的補給與消耗會達到一個新的平衡。當灌溉補源、天然來水補源之和大于地下水的消耗總量時，地下水會實現容余平衡，地下水位會處于較高的狀態；反之，灌區地下水位會逐漸下降，尋找新的平衡，當地下水的補給與消耗基本相等時，地下水位實現基本穩定。

白龜山南灌區位于沙河和灰河之間，1966年開工建設，1967年竣工，設計灌溉面積2.03萬hm2。2011年實際灌溉面積2.22萬hm2，其中井灌區面積大約占到總灌溉面積的1/5。在灌區控制范圍內，有地下水機電井3000多眼，主要用于農業灌溉。白龜山南灌區建成以來，灌區控制范圍之內淺層地下水動態變化情況如何，地下水潛在開采量有多少，目前還沒有作過分析研究。解決這一問題，對今后白龜山南灌區改造、保護地下水資源以及淺層地下水合理開發利用等都具有指導作用。

2.計算方法

地下水資源量是在地下水不斷補給、儲存和消耗的循環過程中形成的。不同季節，不同年份，地下水的補給強度、開發利用強度以及其他消耗強度的不同，造成地下水總處于動態變化過程中。本文主要對多年地下水均衡趨勢進行分析研究，計算其補給量、消耗量以及可開采量。

根據地下水均衡原理，一個區域的含水層，在一個時段內的補給和消耗循環過程中，含水層（體）水體積的變化量等于這一時段內補給量和消耗量之差，用公式表達為：

式中：Q總補-Q總消—時段內含水層（體）水體積變化量（m3）；

Q總補—時段內各補給項補給量之和（m3）；

Q總消—時段內各消耗項消耗量之和（m3）；

μ—含水層水位變動帶平均給水度（無量綱）；

Δt—時段長度（a）；

Δh—時段內地下水位變化幅度（上升為正，下降為負）（m）；

F—含水層（組）分布面積（m2）。

通過對灌區內自然條件、水文地質條件以及人為因素的分析，灌區內地下水主要補給項為：側向補給（Q側補）、降雨入滲補給(Q雨補)、井灌回歸補給(Q井補)、水庫滲漏補給(Q庫)、渠系滲漏補給(Q渠系)、渠灌田間入滲補給（Q渠灌），主要消耗量有：潛水蒸發消耗（Q蒸發）、河道排泄消耗（Q側排）、人工開采消耗（Q開采）。由此：

式中：

a、C、β井、β渠、m—降雨入滲系數、潛水蒸發系數、井灌回歸補給系數、渠灌入滲補給系數、渠系補給系數（無量綱）;

P、E0—降雨量、水面蒸發量（mm）;

K側補—側向流入斷面的地下水滲透系數（m/d）；

J側補—側向流入斷面的地下水平均水力坡度（無量綱）；

B側補—側向流入斷面過水斷面面積（m2）；

Q井田—井灌開采量（m3）；

Q渠田—渠灌進入斗渠渠首水量（m3）;

Q渠引—渠首引水量（m3）;

K庫補—水庫流入灌區斷面處地下水滲透系數（m/d）;

K側排—側向排泄斷面處地下水滲透系數（m/d）;

J庫補—水庫流入灌區斷面處地下水平均水力坡度（無量綱）;

J側排—地下水側向排泄斷面處地下水平均水力坡度（無量綱）;

B庫補、B側排—分別為水庫流入、地下水側向排泄過水斷面面積（m2）

Q開采—人工開采量（m3）;

Vi—其他忽略因素引起的地下水體積變化量（m3）。

3.分析計算

3.1 資料的選取

在分析計算過程中，選取了1980年至2008年區域內地下水井的觀測資料以及淺層地下水開發利用調查資料。資料連續，系列長，代表性好。

3.2 計算區域水文地質條件

灌區內自然地貌、地層和水文地質條件比較單一，灌區地表覆蓋層多是亞砂土和亞粘土，含水層巖性是亞砂土、中砂和少量的砂礫石互層，厚度和顆粒均勻，補給和排泄邊界清楚，均衡要素易于確定，故把整個灌區看成是一個均質，各向同性的獨立水文地質單元進行計算評價較為合理可行。

3.3 參數計算與選擇

根據灌區內歷史資料分析計算，結合2005年出版的《河南省水資源調查評價》中各類參數取值范圍，確定了各計算參數的取值。疏干給水度（μ）為0.054；降雨入滲系數（α）值為0.22；渠系滲漏補給系數（m）取0.18；渠灌田間入滲補給系數(β渠)為0.21；井灌回歸補給系數(β井)為 0.17；滲透系數（K）分別為：K側補=30、K庫補=50、K側排=35；潛水蒸發系數（C）為 0.12；水力坡度（I）在現狀條件下分別為：J側補=0.00167、J庫補=0.002、J側排=0.0026，在合理水位埋深條件下，分別為：J＇側補=0.00192、J＇庫補=0.003。