水资源论证工作中山丘区地下水资源量计算方法

摘 要：地下水资源量的计算是水资源论证工作中地下水取水水源论证一节的重要工作。本文以河北某山丘区河流为例，通过调查分析当地的水文地质条件和资料，采用1956年至2010年的水文资料分析计算位于河口附近水源地的浅层地下水可开采量。

关键词：地下水 潜流量 基流量 达西公式 开采量

1.基本情况简介

地下水资源量的计算是水资源论证工作中地下取水水源论证一节的重要工作。因水文地质条件和资料的丰富程度，以及对计算成果不同的精度要求，常用的方法有水均衡法、数值法、概率统计分析法等。地下水的类型一般分为浅层孔隙水、深层孔隙承压水、裂隙水和岩溶水。本文主要采用河北某山丘区河流的水文资料分析计算位于河口附近水源地的浅层地下水可开采量。

2.理论与应用实例

天然条件下地下水的补给来源主要有：①河谷两侧支沟的侧向径流补给；②河谷上游潜水径流补给；③河谷区域上降水入渗补给。排泄项有：①河谷向下游的潜水径流；②向河道的径流排泄，补给河道地表水；③潜水蒸发；④人工开采排泄。随着开采量的增加，地下水的补给、径流、排泄条件在一定区段会产生变化，在开采量较大的地区，由地下水补给河道地表水，转变成河道地表水渗漏补给地下水。

根据《水资源评价导则》（SL T238-1999），山丘区地下水资源数量评价可只进行排泄量计算。山丘区地下水排泄量包括河川基流量、山前泉水出流量、山前侧向流出量、河床潜流量、潜水蒸发量和地下水实际开采净消耗量。一般在论证范围内，由于山前泉水出流量、山前侧向流出量和潜水蒸发量所占比重较小，可以忽略不计，所以，区域地下水资源量可简化为河川基流量、河床潜流量和地下水开采净消耗量之和。

2. 1水源地水文地质条件及参数

（1）水源地水文地质勘察

1995年，河北省地勘局第三水文地质工程地质大队在冀北地区进行了水文地质普查，并编制了《中华人民共和国区域水文地质普查报告（冀北地区）》，通过普查，基本查明了冀北地区地下水形成条件、赋存规律及其分布特点。松散岩类孔隙水是本区有开采价值的主要地下水资源，赋水段主要分布于近河谷地带，根据现场勘察资料，水源地所在区域水文地质条件简单、构造不发育，属现代地质构造活动的较稳定区。

该流域地下水类型为潜水，含水层岩性以砂卵砾石为主，厚度为2.0～10.0m，包气带岩性主要为亚砂土及细砂，厚度为0.4～6m，含水层渗透系数 30～300m/d，透水性较强。水化学类型为HCO3-Ca型，矿化度一般小于0.7g/L。上游断面的侧向径流补给及大气降水入渗是水源地地下水的主要补给来源，下游地下径流或人工开采为主要排泄途径。

（2）水源地水文地质参数确定

本次论证考虑水源地位于一较小支流上，结合附近调查资料，从偏于安全的角度最终确定K=100m/d。参考以上地质勘察资料，确定含水层平均厚度H=4.0m。过水断面宽度B=200m。地下水水力坡度I参考《中华人民共和国区域水文地质普查报告（冀北地区）》和实际勘测数据，最终确定I=0.0036。

2.2河床潜流量分析

河床潜流量采用达西公式计算：Qq=K・H・B・I・T，计算结果详见表1。式中：

Qq―河床潜流量（万m3/年）

K―含水层渗透系数（m/d）

H―含水层平均厚度（m）

B―过水断面宽度（m）

I―地下水水力坡度

T―时间（d）

2.3评价范围河川基流量

基流量的计算可采用附近水文站资料，经切割基流，求得水文站基流、径流比值，采用典型年法确定不同频率的基径比，乘以评价范围不同频率地表来水量（该数值为扣除现状水平年评价范围内用水净消耗量后的径流量），求得评价范围河川基流量。经分析，评价范围多年平均河川基流量为1020.3万m3，95%频率河川基流量为289.8万m3。详见表2。

2.4评价范围地下水资源总量

评价范围地下水资源总量为河川基流量与河床潜流量之和。本区域地下水长期处于动态均衡状态，从年际变化来看，地下水水位没有明显系统变化，年平均地下水位相对稳定，因此，本区域不同保证率的潜流量可以看作是一个稳定的数值。经计算，评价范围多年平均地下水资源量为1030.8万m3，95%频率地下水资源量为300.3万m3。详见表3。

2.5评价范围地下水资源可开采量

地下水资源可开采量是指在技术条件上可行、经济上合理，在整个开采期内动水位不超过允许值，水质、水量不超过允许范围，不发生危害性环境地质现象和影响已建水源地的正常运行，在此基础上的地下水开采量。

本次论证根据区域水文地质条件、地下水开采情况等确定地下水的允许开采量计算采用可开采系数法，

Q资源量―地下水资源总量

ρ―可开采系数

ρ是表征地下水可开采条件的参数，需根据含水层岩性、厚度、地下水埋深和单井出水量等因素来确定。根据《全国水资源综合规划技术细则（2002年）》的补充细则《地下水资源量及可开采量补充细则（试行）》，“含水层颗粒粗、厚度大、调节能力强的地区，ρ可取0.8～1.0；含水层颗粒细、厚度小、开采条件较差的区域，ρ可取0.6～0.7。”本次分析根据水源地的水文地质条件和本区域的水资源特点，不同频率的可开采系数率均取0.7，经计算，评价范围多年平均地下水资源可开采量为721.6万m3，95%频率地下水资源可开采量为210.2万m3。详见表4。

3.结语

区域内地表水和地下水的补排关系为：绝大部分河流排泄地下水，局部地段河流有地表水入渗补给地下水现象，但入渗补给量和大气降水入渗量相比较，所占比例很小，可忽略不计。所以山区垂向补给量主要为大气降水入渗补给量和地表水灌溉入渗补给量，大气降水入渗补给量采用大气降水入渗系数法计算。侧向补给量仅指工作区外流入系统内的地下水量。系统之间的相互补给为系统内地下水的相互转化，不影响整个系统的天然资源量变化，所以不予以计算。其侧向补给量可采用达西公式计算。可开采量计算的常用方法有水均衡法、数值法和概率统计分析法。在多年平均地下水资源量计算成果和水文地质勘察成果的基础上，采用实际开采量法、可开采系数法、平均布井法，以均衡计算区为单元，以此进行山丘地下水可开采量的计算。

参考文献：

[1]中华人民共和国区域水文地质普查报告（冀北地区）[S]，河北省地勘局第三水文地质工程地质大队，1995年.

[2]建设项目水资源论证培训教材（水利部水资源司）[Z].

[3]张元禧、施鑫源.地下水水文学[J].中国水利水电出版社，1998.

[4]河北省地下水（1999年）[Z].