石嘴山市地下水资源开采量计算研究

根据水文地质条件和研究程度，本书采用不同方法对贺兰山前冲洪积平原、石嘴山盆地单一潜水区、黄河平原潜水及承压水分别进行计算。

计算区：潜水按地下水天然资源计算分区进行；承压水只计算黄河平原的黄河西区与黄河平原的黄河东区。

1.单一潜水区开采资源计算

石嘴山盆地、贺兰山前洪积斜平原单一潜水区，含水岩组主要岩性为碎石、卵砾石、砂砾石、粗砂、细砂，局部夹有黏性土透镜体，含水层厚度达百米以上，富水性强，水质好，水位埋深大，为很好的生活饮水水源。

开采条件为统一换算口径为305 mm，区域水位降深10 m，开采范围确定在石嘴山盆地与贺兰山前洪积倾斜平原区水位埋深小于50 m的地段。采用平均布井法计算其开采资源量。

开采资源计算，分别以均衡区为单位，按第Ⅰ含水岩组水文地质图上富水性划分计算段，将换算成统一口径、统一降深的单井涌水量，作为平均布井单井涌水量，因考虑到长期开采，因此以单井影响半径的2.5 倍作为平均布井的布井间距，影响半径采用非稳定流抽水试验计算值，平均布井法计算公式：

式中：

Q 开——地下水开采资源量（亿m3/a）；

Q——单井涌水量（m3/d）；

F——计算区面积（km2）；

R——影响半径（m）。

2.上覆潜水（第Ⅰ含水岩组） 开采资源计算

该区主要分布于黄河冲湖积平原，地下水位埋藏浅，补给量充沛，开采方便，目前开采该层地下水主要用于农业灌溉。

采用开采状态下的水均衡方程式计算其开采资源量。开采状态下水均衡计算是以天然状态下水均衡计算为基础，在天然补给量不变的情况下进行，潜水位埋深在灌期控制在2 m，非灌期控制在3 m，计算公式：

Q开=W 减+Q 排减+V 疏

式中：

Q 开——地下水开采资源量（亿m3/a）；

W 减——开采地下水时，因水位下降而袭夺的蒸发量减量（亿m3/a）；

Q 排减——开采地下水时，水位下降而袭夺排水沟排泄量的减量（亿m3/a）；

V 疏——非灌期地下水位下降2m 时的疏干量（亿m3/a）。

（1） 蒸发量的减量

由于开采地下水，非灌期地下水位降至地面以下2 m，潜水蒸发量的减量等于天然状态下非灌期潜水蒸发量减去潜水位降至地面以下2 m的蒸发量。

（2） 排水沟排泄地下水的减量

研究区内排水沟分主干沟和支沟，主干沟开挖深度一般在地面以下3 m，天然状态下，排水沟既排地表水同时又排地下水。当开采地下水时，水位降至地面以下2 m，此时排水沟仍然具有排泄地下水能力，只不过排泄地下水的能力相对要减少，根据前人资料，排水能力减少20%，以此计算排水沟排泄地下水的减量。

（3） 疏干量

计算公式：

Q 疏=F·△H·μ·10-2

式中：

F——计算区面积（km2）；

△H——计算区水位平均下降值（m）；

μ——平均给水度。

（4） 计算结果

潜水开采资源量为1.00 亿m3/a。

3.第Ⅱ含水岩组开采资源量计算

石嘴山市黄河平原是银川平原的一部分，平原内沉积了巨厚的松散沉积物，利于地下水的聚集，成为良好的储水场所，平原西部为单一潜水含水层，向东逐渐过渡到潜水—承压水多层结构区，含水岩组呈南北向延伸。由于平原西部细粒带黏性土增加含水层厚度较薄，东部第三系隆起，导致承压水含水岩组尖灭，区域上，第Ⅱ含水岩组隔水顶板厚度变化较大，而且不稳定、连续性较差。

在天然状态下承压水的补给，来源于黄河平原周边的地下水侧向径流补给、贺兰山东麓洪积平原单一潜水补给及潜水垂直越流补给。承压水排泄途径主要为垂向越流、开采和侧向流出。承压水含水岩组以储存资源为其特征，但在开采条件下，水动力条件改变，同时改变了天然条件的平衡。由于开采地下水使得地下水位大幅度下降，形成水位降落漏斗，则产生了开采条件下的地下水激发补给量。在激发补给量中，以越流补给量为主。

第Ⅱ含水岩组开采资源量计算是根据本地区水文地质条件，以水位下降15 m（水位降深不超过第Ⅱ含水岩组顶板埋深），采用开采条件下水均衡法、平均布井法计算开采资源量。

（1） 开采条件下水均衡法

根据水均衡原理，将未来的开采量作为地下水消耗的排泄量考虑，开采条件下水均衡方程式如下：

Q 开=（Q 侧入-Q 侧出） +Q 弹+Q 越

式中：

Q 开——开采条件下补给量之和（亿m3/a）；

Q 侧入——侧向流入计算区的水量（亿m3/a）；

Q 侧出——侧向流出计算区的水量（亿m3/a）；(www.xing528.com)

Q 弹——含水岩组弹性释放量（亿m3/a）；

Q 越——越流补给量（亿m3/a）。

在开采条件下，承压含水岩组补给量包括侧向径流补给量、第Ⅰ含水岩组越流补给量和含水岩组弹性释放量。

①侧向流入、流出量计算

根据水文地质条件与第Ⅱ含水岩组地下水流场图，确定侧向流入与流出边界。由于区域地下水同时开采，地下水水力坡度基本保持不变，开采条件下水力坡度仍采用天然状态下水力坡度，侧向流入量与流出量采用达西公式计算。

Q 侧=K·H·L·I

式中：

Q 侧排——地下水的侧向径流补给量（m3）；

K——渗透系数（m/d）；

H——含水层厚度（m）；

L——计算断面长度（m）；

I——水力坡度。

②越流补给量

黄河平原多层结构区上覆第Ⅰ含水岩组是第Ⅱ含水岩组地下水的主要补给来源，在开采条件下，地下水位下降，形成水位下降漏斗，第Ⅰ含水岩组与第Ⅱ含水岩组水力梯度增大，在重力作用下，通过越流方式补给第Ⅱ含水岩组，越流补给量计算公式：

式中：

F——计算面积（km2）；

K′——第Ⅱ含水岩组隔水顶板的垂向渗透系数（m/d）；

m′——隔水顶板平均厚度（m）；

△H——第Ⅰ、第Ⅱ含水岩组水头差（m）。

③弹性释放水量计算

在开采条件下，承压含水岩组水位下降，含水层的弹性压力减小造成水的弹性膨胀，从含水层中释放出弹性释放水量。弹性释放水量取决于水位降低程度、开采时间长短及含水层弹性释水系数。计算公式如下：

式中：

Q 弹——弹性释放水量（亿m3/a）；

F——计算面积（km2）；

S——水位下降值（m）；

S※——弹性释水系数。

（2） 平均布井法

以计算区为基础，统一换算为305 mm口径，降深15 m的平均单井涌水量，作为平均布井的单井涌水量，影响半径采用本次非稳定流抽水试验计算的平均值，因考虑长期开采，以单井影响半径的2.5 倍为平均布井间距，按下列公式计算：

式中：

Q 开——地下水开采资源量（亿m3/a）；

Q——单井涌水量（m3/d）；

F——计算区面积（km2）；

R——影响半径（m）。

经计算，开采条件下水均衡法计算结果为3.39 亿m3/a，平均布井法计算结果为3.26 亿m3/a。从上述第Ⅱ含水岩组开采资源量计算结果看，两种方法计算结果较为接近，因此选用开采条件下水均衡法计算结果作为第Ⅱ含水岩组开采资源量。

4.第Ⅲ含水岩组开采资源量

第Ⅲ含水岩组以弹性储存量作为开采资源量，计算公式为：

式中:

Q 弹——含水岩组弹性储存量（亿m3/a）；

F——计算面积（km2）；

S——水位下降值（m）；

S※——弹性释水系数。

计算区面积从地形图上量取，水位下降值取15 m，评价开采期为20 年，弹性释水系数取本次各非稳定流抽水试验计算平均值。经计算，第Ⅲ含水岩组开采资源量为0.01 亿m3/a。