白龟山南灌区浅层地下水水量平衡分析

2012-12-08左惠玲河南省平顶山水文水资源勘测局

河南水利与南水北调 2012年5期

□左惠玲 □彭博（河南省平顶山水文水资源勘测局）

1.问题提出

通常情况下，在渠灌区范围内，由于长期灌溉补源和地下水开采利用的相互作用，地下水的补给与消耗会达到一个新的平衡。当灌溉补源、天然来水补源之和大于地下水的消耗总量时，地下水会实现容余平衡，地下水位会处于较高的状态；反之，灌区地下水位会逐渐下降，寻找新的平衡，当地下水的补给与消耗基本相等时，地下水位实现基本稳定。

白龟山南灌区位于沙河和灰河之间，1966年开工建设，1967年竣工，设计灌溉面积2.03万hm2。2011年实际灌溉面积2.22万hm2，其中井灌区面积大约占到总灌溉面积的1/5。在灌区控制范围内，有地下水机电井3000多眼，主要用于农业灌溉。白龟山南灌区建成以来，灌区控制范围之内浅层地下水动态变化情况如何，地下水潜在开采量有多少，目前还没有作过分析研究。解决这一问题，对今后白龟山南灌区改造、保护地下水资源以及浅层地下水合理开发利用等都具有指导作用。

2.计算方法

地下水资源量是在地下水不断补给、储存和消耗的循环过程中形成的。不同季节，不同年份，地下水的补给强度、开发利用强度以及其他消耗强度的不同，造成地下水总处于动态变化过程中。本文主要对多年地下水均衡趋势进行分析研究，计算其补给量、消耗量以及可开采量。

根据地下水均衡原理，一个区域的含水层，在一个时段内的补给和消耗循环过程中，含水层（体）水体积的变化量等于这一时段内补给量和消耗量之差，用公式表达为：

式中：Q总补-Q总消—时段内含水层（体）水体积变化量（m3）；

Q总补—时段内各补给项补给量之和（m3）；

Q总消—时段内各消耗项消耗量之和（m3）；

μ—含水层水位变动带平均给水度（无量纲）；

Δt—时段长度（a）；

Δh—时段内地下水位变化幅度（上升为正，下降为负）（m）；

F—含水层（组）分布面积（m2）。

通过对灌区内自然条件、水文地质条件以及人为因素的分析，灌区内地下水主要补给项为：侧向补给（Q侧补）、降雨入渗补给(Q雨补)、井灌回归补给(Q井补)、水库渗漏补给(Q库)、渠系渗漏补给(Q渠系)、渠灌田间入渗补给（Q渠灌），主要消耗量有：潜水蒸发消耗（Q蒸发）、河道排泄消耗（Q侧排）、人工开采消耗（Q开采）。由此：

式中：

a、C、β井、β渠、m—降雨入渗系数、潜水蒸发系数、井灌回归补给系数、渠灌入渗补给系数、渠系补给系数（无量纲）;

P、E0—降雨量、水面蒸发量（mm）;

K侧补—侧向流入断面的地下水渗透系数（m/d）；

J侧补—侧向流入断面的地下水平均水力坡度（无量纲）；

B侧补—侧向流入断面过水断面面积（m2）；

Q井田—井灌开采量（m3）；

Q渠田—渠灌进入斗渠渠首水量（m3）;

Q渠引—渠首引水量（m3）;

K库补—水库流入灌区断面处地下水渗透系数（m/d）;

K侧排—侧向排泄断面处地下水渗透系数（m/d）;

J库补—水库流入灌区断面处地下水平均水力坡度（无量纲）;

J侧排—地下水侧向排泄断面处地下水平均水力坡度（无量纲）;

B库补、B侧排—分别为水库流入、地下水侧向排泄过水断面面积（m2）

Q开采—人工开采量（m3）;

Vi—其他忽略因素引起的地下水体积变化量（m3）。

3.分析计算

3.1 资料的选取

在分析计算过程中，选取了1980年至2008年区域内地下水井的观测资料以及浅层地下水开发利用调查资料。资料连续，系列长，代表性好。

3.2 计算区域水文地质条件

灌区内自然地貌、地层和水文地质条件比较单一，灌区地表覆盖层多是亚砂土和亚粘土，含水层岩性是亚砂土、中砂和少量的砂砾石互层，厚度和颗粒均匀，补给和排泄边界清楚，均衡要素易于确定，故把整个灌区看成是一个均质，各向同性的独立水文地质单元进行计算评价较为合理可行。

3.3 参数计算与选择

根据灌区内历史资料分析计算，结合2005年出版的《河南省水资源调查评价》中各类参数取值范围，确定了各计算参数的取值。疏干给水度（μ）为0.054；降雨入渗系数（α）值为0.22；渠系渗漏补给系数（m）取0.18；渠灌田间入渗补给系数(β渠)为0.21；井灌回归补给系数(β井)为 0.17；渗透系数（K）分别为：K侧补=30、K库补=50、K侧排=35；潜水蒸发系数（C）为 0.12；水力坡度（I）在现状条件下分别为：J侧补=0.00167、J库补=0.002、J侧排=0.0026，在合理水位埋深条件下，分别为：J＇侧补=0.00192、J＇库补=0.003。