地下水资源计算及评价研究

3.1.1　调查区地下水资源计算与评价

1.均衡区及均衡方程

根据调查区地下水流网特征，选取黑河（干流）与山丹河之间、新墩镇—尉家河湾以北地段作为地下水均衡范围，面积159.85 km2。

调查区地下水以侧向径流、河水入渗、引灌系统入渗及降水、凝结水入渗补给，以泉水溢出、人工开采、蒸发蒸腾和地下侧向流出的方式排泄。均衡方程为：

（Q侧入+Q河Q渠+Q田+Q降凝）-（Q蒸+Q泉+Q开+Q侧出）=△Q

式中

Q侧入——侧向流入量（104m3/a）；

Q河—黑河河道入渗量（104m3/a）

Q渠——渠系水入渗量（104m3/a）；

Q田——田间水入渗量（104m3/a）；

Q降凝——降水及凝结水入渗量（104m3/a）；

Q蒸——潜水蒸发及植物蒸腾量（104m3/a）；

Q泉——泉水溢出量（104m3/a）；

Q开——人工开采量（104m3/a）；

Q侧出——侧向流出量（104m3/a）；

△Q——均衡期始末地下水储量变化量（104m3/a）。

2.均衡期

2007年1月1日至2007年12月31日。

3.均衡要素分析及计算

（1）侧向流入量（Q侧入）

均衡区AB、BC、CD、DE、JA为侧向流入边界，利用达西定律计算该边界侧向流入量。计算公式：

Q=365·T·I·L·Sinα

式中

Q—侧向流入量（104m3/a）；

T—导水系数（m2/d）；

I—水力坡度（无量纲）；

L—计算断面长度（m）；

α—地下水流向与地下水径流断面之间的夹角（°）。

经计算，地下水侧向流入量为11403.09×104 m3/a（表4-13）。

表4-13　调查区地下水侧向流入量计算表

（2）黑河河道入渗量（Q河）

黑河自草滩庄以北即呈散流状，大量渗漏补给地下水，据我院历次勘察资料，草滩庄至312国道黑河桥之间23 km黑河河床，其单长渗漏率依据前人研究成果取1.24％/km。

草滩庄至计算区边界河道长15.8 km，计算区内黑河入渗段河道长度7.2 km。根据莺落峡黑河来水量资料，扣除莺落峡至草滩庄狭长河道段损失量，计算草滩庄来水量。草滩庄来水量减去河道自草滩庄至计算区边界河水损失量。以此作为计算区边界过水量。

Q河=Q边·［1-（1-C）L］·β

式中

Q河—黑河河道入渗量（104m3/a）；

Q边—黑河计算区边界过水量（104m3/a）；

C—单长渗漏率（％/km）；

L—河道长度（km）；

β—入渗系数为0.9。

经计算，黑河入渗量为4441.26×104m3/a

（3）田间水入渗量（Q田）

调查区灌溉区域地下水位埋深均小于7.0 m，田间灌溉对地下水具有入渗补给。

依据甘州区水务局提供的灌溉面积、毛灌溉定额，计算田间引水量。入渗系数采用“黑河项目”观测试验成果：水位埋深小于1 m地段为28.1％，1～3m地段为35.3％，3～5 m地段为28.4％，5～7 m地段为22.3％。

高寨支渠耕地65％位于水位埋深3～5 m地段，35％位于水位埋深5～7 m地段；庚名渠系湿地保护区外耕地60％位于水位埋深1～3 m地段，20％位于水位埋深3～5 m地段。纯井灌区田间引水量为调查统计数据。

按下式计算：

Q田=S·P·a

式中

Q田——田间入渗量（104m3/a）；

S—灌溉面积（hm2）；

P—灌溉定额（m3/hm2）

a—田间灌溉入渗系数。

经计算，田间灌溉入渗补给量为1203.89×104m3/a（表4-14）。

表4-14　调查区田间灌溉水入渗量计算表

（4）渠系水入渗量（Q渠）

调查区内引水渠（水）系有新河渠（水）系、庚名渠系、阿薛渠系（含主干渠、高寨支渠、城头闸支渠、瓦窑支渠、二闸支渠、三闸支渠、关闸沟斗渠）、东泉渠系。其中，新河渠（水）系、阿薛渠系干渠段、东泉渠系为泉水与污水混合水系，属于泉水排泄沟，渠系向地下水没有入渗补给。渠系入渗只计算阿薛渠系各支渠以及庚名西干渠、庚名总干渠、元丰支渠向地下水的补给量。

依据甘肃地矿局水勘院“黑河项目”实测单长渗漏率资料，渠道损失水量中扣除包气带岩性及水面蒸发消耗10％，其余90％全部入渗补给地下水。

计算公式：

Q渗=0.9·（Q田引/（1-β）L）·（1-（1-β）L）

式中

Q渗—渠系水入渗量（104m3/a）；

Q田引—田间引水量（104m3/a）；

β—单长渗漏率（无量纲）；

L—渠系长度（km）。

计算的渠系水入渗补给量351.27×104m3/a（表4-15）。

表4-15　调查区渠系水入渗量计算表

（5）降水及凝结水入渗量（Q降凝）

根据甘肃地矿局水勘院平原堡地渗仪观测资料，6.8m深度内均可观测到降水入渗所引起的水位上升。与降水入渗相比，凝结水入渗量要大得多，凝结水的入渗主要发生在3 m以浅地段。包括降水在内的凝结水补给强度＜1 m、1～3 m、3～5 m、5～10埋深凝结强度分别为42 mm、28 mm、25 mm、18 mm。不同水位埋深面积从1∶20000地下水位埋深图上量得，计算公式：

Q=S·E/1000

式中

Q降凝—降水及凝结水渗入量（104m3/a）；

S—面积（m2）；

E—降水、凝结水入渗强度（mm/a）。

计算降水、凝结水入渗补给量为393.81×104m3/a（表4-16）。

表4-16　调查区降水、凝结水入渗补给量

（6）潜水蒸发及植物蒸腾量（Q蒸）

据“黑河项目”，潜水蒸发蒸腾仅限于水位埋深小于10 m地段，依据相似条件的试验资料，水位埋深小于1 m、1～3 m、3～5 m、5～10 m年均蒸发强度分别为617.12 mm、327.79 mm、94.7 m、41 m、12 mm，且有植被与无植被条件下，水位埋深0.5 m、1.0 m、1.5 m、2.5 m其潜水蒸发强度两者的比值分别为2.86、1.98、1.72、2.45，计算时在有植被条件下，水位埋深小于1 m、1～3 m的蒸发强度分别取649.02 mm、162.88 mm，水位埋深大于3 m时蒸发强度同无植被一样。

计算公式：

Q蒸=1000·F·α

式中

Q蒸——潜水蒸发蒸腾量（104m3/a）；

F——不同埋深蒸发面积（km2）；

α——潜水蒸发蒸腾强度（mm/a）。

经计算得潜水蒸发蒸腾量为1746.09×104m3/a（表4-17）。

表4-17　调查区蒸发蒸腾量计算表

（7）泉水溢出量（Q泉）

依据本次（2008年8月19—21日）新河泉域、庚名泉域、阿薛泉域、东泉泉域进行瞬时溢出量资料，各泉域泉水溢出量分别为1.9014 m3/s、1.1087 m3/s、0.3927 m3/s（表4-18）。泉3长观点1992—2007年8—9月平均溢出量为101.18 L/s，多年平均值88.76 L/s的比值，推算出2007年8月新河泉域、庚名泉域、阿薛泉域年平均溢出量分别为1.6679 m3/s、0.9725 m3/s、0.3445 s。经计算区内泉水溢出量为9413.22 m3/a。

表4-18　调查区各泉域溢出量计算表

8.人工开采量（Q开）

依据甘州区水务局调查统计资料，新墩、上秦农灌区地下水开采量分别为1099.8×104 m3/a、902.5×104 m3/a，城区及东北郊生活、工业地下水开采量为3112.5×104 m3/a，调查区内地下水开采量总计5114.87×104 m3/a。

9.侧向流出量（Q侧出）

根据已编绘的地下水等水位线图，地下水径流侧向流出边界确定为黑河铁路大桥—庚名四社，其断面径流量采用达西公式计算：

Q=365·T·I·L·sinα

式中

Q—地下水侧向径流流出量（m3/d）；

T—含水层导水系数（m2/d）；

I—地下水水力坡度；

L—径流断面宽度（m）；(www.xing528.com)

α—地下水流向与地下水径流断面之间的夹角（°）；

计算得地下水侧向流出量1046.78×104m3/a（表4-19）。

表4-19　调查区地下水侧向径流流出量

4.均衡计算结果

根据各均衡要素计算结果，均衡期内地下水补给量为17793.33×104 m3/a，排泄量为17366.62×104 m3/a，地下水补给量大于排泄量，为正均衡，与地下水动态观测结果相符。计算均衡差为454.37×104 m3/a（表4-20、表4-21）。

5.储量变化量（△Q）

计算公式

△Q=±μ·F·△h

式中

△Q—地下水储量变化量（104m3/a）；

μ——含水层给水度（无量纲）；

F——含水层分布面积（km2）；

△h——均衡期始末地下水位升降值（m）。

根据调查区内动态观测资料显示，1—3、2—3、86号观测孔2007年12月底与2006年12月底相比，水位上升值取平均上升幅度值0.25 m。水位变幅带岩性为亚砂土，亚粘土，平均给水度取0.10，计算面积159.85 km2。经计算2007年地下水储量变化量为399.62×104 m3/a，均衡误差为13.7％。

表4-20　调查区地下水补给量计算表

表4-21　调查区地下水排泄量计算表

3.1.2　湿地保护区地下水资源计算与评价

1.均衡区与均衡方程

均衡计算区东起张火路，西至黑河滩，北抵兰新铁路，南大致以北环路为界，呈南窄北宽的梯形，面积49.57 km2，范围与湿地保护区基本一致，为计算方便，对边界进行了概化。其中，A′B′、B′C′、C′D′、D′E′为地下径流流入断面，E′F′、F′G′为地下径流流出断面，G′H′、H′A′为零流量断面。

均衡遵循如下方程：

（Q侧入+Q河+Q渠+Q田+Q降凝）-（Q蒸+Q泉+Q开+Q侧出）=△Q

式中各项符号意义同前。

2.均衡期

自2007年1月1日至2007年12月31日。

3.均衡要素计算

（1）黑河河道入渗量

草滩庄至计算区边界河道长18.4 km，计算区内黑河入渗段河道长度4.6 km。计算方法同前。

Q河=Q边·［1-（1-C）L］·β

式中

Q河—河水入渗量（104m3/a）；

Q边—黑河计算区南边界过水量（104m3/a）；

C—单长渗漏率（％/km）；

L—河道长度（km）；

β—入渗系数为0.9。

黑河河道入渗量为2791.26×104m3/a。

（2）地下径流侧向流入量

采用达西公式计算。

Q=365·T·I·B·Sinα

式中各项符号意义同前。

计算结果，地下水侧向流入量为9957.72×104m3/a（表4-22）。

表4-22　湿地保护区地下水侧向流入量计算表

（3）田间入渗补给量

计算方法同前。

计算结果，田间入渗补给量557.90×104m3/a（表4-23）。

表4-23　湿地保护区田间灌溉水入渗量计算表

（4）渠系入渗补给量

参数选取及计算方法同前。

计算结果，渠系入渗补给量为196.44×104m3/a（表4-24）。

表4-24　湿地保护区渠系入渗补给量计算表

（5）降凝入渗补给量

参数选取及计算方法同前。

计算结果，降凝入渗补给量145.61×104m3/a（表4-25）。

表4-25　湿地保护区降水、凝结水入渗量计算表

（6）泉水溢出量

依据本次（2008年8月19—21日）新河泉域、庚名泉域、阿薛泉域、东泉泉域瞬时溢出量资料，各泉域泉水溢出量分别为1.3227 m3/s、1.1087 m3/s、0.3927 m3/s。泉3长观点1992—2007年8—9月平均溢出量为101.18 L/s，多年平均值88.76 L/s，依其比值，推算出2007年新河泉域、庚名泉域、阿薛泉域、东泉泉域年平均溢出量分别为1.16m3/s、0.97 m3/s、0.34 m3/s。

经计算区内泉水溢出量为7812.35×104m3/a（表4-26）。

表4-26　湿地保护区各泉域溢出量计算表

（7）机井开采量

据甘州区水务局调查资料，均衡区内东北郊生活用水开采量46.0×104 m3/a，工业用水开采量732.9×104 m3/a，农业灌溉开采量375.71×104 m3/a，地下水开采总量为1154.61×104 m3/a。

（8）蒸腾蒸发量

参数选取及计算方法同前。

计算结果，蒸腾蒸发量为1106.58×104 m3/a。（表4-27）

表4-27　湿地保护区蒸发蒸腾量

（9）侧向流出量

采用达西公式计算。

Q=365·L·T·I·Sinα

式中各项符号意义同前。

计算结果，侧向流出量为3492.83×104m3/a（表4-28）。

表4-28　湿地保护区侧向流出量计算表

4.地下水均衡计算结果

综合上述计算成果，湿地保护区2007年1月1日～12月31日地下水补给量为13648.93×104 m3/a（表4-29），排泄量为13566.37×104 m3/a，计算均衡差为82.56×104 m3/a（表4-30），呈正均衡，与地下水动态观测结果相一致。

5.储量变化量（△Q）

计算方法同前。

根据湿地保护区内区内86号观测孔2007年12月底与2006年12月底相比，水位上升值为0.15 m，以该值作为区内均衡期始末地下水位变幅值，水位变幅带岩性主要为亚砂土、亚粘土，给水度取0.10。经计算，湿地保护区均衡期始末2007年地下水储量变化量为74.36×104 m3/a。均衡误差11％。

表4-29　湿地保护区地下水补给量计算表

表4-30　湿地保护区地下水排泄量计算表

6.湿地保护区地下水天然补给量

根据上述均衡计算结果，湿地保护区2007年地下水天然补给量为13648.93×104m3/a；其中地下径流流入量占72，96％，黑河河道入渗量占20.45％，渠系、田间水入渗量占5.53％，降水、凝结水入渗量仅占1.07％。湿地保护区地下水天然补给量的主体为侧向径流流入量。

7.地下水水质评价

根据2007年4月区内长观水质监测污染样分析资料以及本次调查水样简分析成果分别选择不同项化学指标，按照地下水质量分类及分级标准（表4-31）进行综合评价。其中污染样分析资料选取总硬度、矿化度、PH值、硫酸盐、氯化物、氟离子、硝酸盐、亚硝酸盐、汞、酚、总铁等11项化学指标作为评价因子；水样简分析成果选择PH值、总硬度、矿化度、硫酸盐、氯化物及氟离子6项化学指标作为评价因子。

首先以《地下水质量标准（GB/T14848—1993）》所确定的地下水质量分类指标确定各单项因子评分分值，然后按综合评价分值计算公式：

表4-31　地下水质量分类及分级评价标准

评价结果显示（表4-32、表4-33）：位于五里墩工业区的白塔五社和东北郊工业园区的东泉四社上部潜水为极差水。主要原因是白塔五社评价因子中硝酸盐、亚硝酸盐超标，东泉四社汞超标。深层承压水水质良好，说明上部潜水已经受到生活污水和工业废水污染。

表4-32　湿地保护区地下水质量综合评价成果表

表4-33　湿地保护区地下水质量综合评价成果表

续表