陳國友+楊正廷

摘要：為了解決烏海市巴音陶亥鎮(zhèn)當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活用水問題，需對巴音陶亥鎮(zhèn)地下水資源進行評價，以便提出地下水開發(fā)利用方案。本文主要采用法水均衡法對研究區(qū)的地下水資源的儲存量、補給量、排泄量進行研究，并應(yīng)用開采系數(shù)法、開采模數(shù)法計算了研究區(qū)地下水允許開采量，計算結(jié)果滿足規(guī)劃地下水開采量，存在一定的開發(fā)前景。

關(guān)鍵詞：烏海市；巴音陶亥鎮(zhèn)；地下水資源評價；水均衡法

地下水是我國重要的供水水源，尤其在干旱半干旱地區(qū)，地下水甚至是唯一的生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活供水水源[1]。地下水資源的評價主要是為合理的可持續(xù)利用地下水資源做出分析與評估[2]，在滿足一定水質(zhì)的要求下，開采地下水。

1.研究區(qū)概括

1.1地理位置

巴音陶亥鎮(zhèn)位于烏海市海南區(qū)西南部，全鎮(zhèn)轄區(qū)總面積791.85km2，下轄8個行政村，設(shè)37個村民小組，總?cè)丝?.2萬人。研究區(qū)位于巴音陶亥鎮(zhèn)沿黃河一帶，西自黃河，東至巴音陶亥鎮(zhèn)東約4km，北至四道泉，南到都思兔河。研究區(qū)總面積為60km2。

1.2水文地質(zhì)條件

研究區(qū)位于黃河?xùn)|岸及山前臺地西側(cè)，區(qū)內(nèi)主要分布有古近系漸新統(tǒng)裂隙-孔隙承壓水和第四系松散層孔隙潛水。

（1）第四系松散層孔隙潛水：第四系松散層含水層主要由全新統(tǒng)（Q4）含水層組成，巖性以中、細(xì)砂為主，從鉆孔揭露地層狀況發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)大部分區(qū)域全新統(tǒng)地層多以單一巖性覆蓋于地表，厚度分布不均勻，最大厚度為10m，最小厚度接近于0m，含水層儲水有限。

（2）古近系碎屑巖類裂隙—孔隙承壓水：依據(jù)水文地質(zhì)資料分析發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)中部鉆孔所控制區(qū)域，水量貧弱，滲透性差，因此以中部鉆孔所控制區(qū)作為隔水區(qū)域，根據(jù)水文地質(zhì)條件將研究區(qū)古近系漸新統(tǒng)裂隙—孔隙承壓水劃分為兩個地下水系統(tǒng)，即北部系統(tǒng)和南部系統(tǒng)。a.北部系統(tǒng)：該區(qū)域位于研究區(qū)的北部，基本處于同一個水文地質(zhì)單元中，但由于受地形、地貌以及含水層結(jié)構(gòu)空間分布的不同，其水文地質(zhì)條件仍存在一定的差異。含水層巖性以砂礫巖、粗砂巖為主，隔水層巖性以泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為主，隔水效果好，與含水層之間形成較為穩(wěn)定的統(tǒng)一承壓水體，含水層厚度在36.64m～43.91m，基本比較穩(wěn)定。b.南部系統(tǒng)：該區(qū)域位于研究區(qū)南部，基本處于同一個水文地質(zhì)單元中，含水層、隔水層巖性與北部系統(tǒng)基本一致，隔水層與含水層之間形成較為穩(wěn)定的統(tǒng)一承壓水體。含水層厚度在28.99m～51.53m，由西向東含水層厚度逐漸變薄。

2.水文地質(zhì)條件概化

2.1計算范圍確定

本次地下水資源評價范圍確定為南、北兩個區(qū)域。評價區(qū)面積分別為北部22.97km2、南部38.44km2。

2.2邊界條件概化

根據(jù)水文地質(zhì)條件將研究區(qū)中部區(qū)域概化為隔水區(qū)域，以該區(qū)域為界將研究區(qū)劃分為南、北兩個地下水系統(tǒng)。本次計算評價的目的層是南、北兩個地下水系統(tǒng)古近系承壓含水層。評價區(qū)的上部邊界為隔水頂板。評價區(qū)的下部為穩(wěn)定隔水層，概化為隔水邊界。a.北部系統(tǒng)：根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料可知，北部地下水系統(tǒng)的南邊界與中部隔水區(qū)域相鄰，因此將南邊界概化為隔水邊界。其西邊界雖然與黃河界限一致，但是由于區(qū)內(nèi)地下水與黃河無明顯水力聯(lián)系，區(qū)內(nèi)地下水直接向西部下游排泄，因此將西邊界概化為無限變邊界。北部系統(tǒng)其余邊界均與研究區(qū)外地下水形成較好的水力聯(lián)系，因此將其余邊界概化為無限邊界。b.南部系統(tǒng)：南部地下水系統(tǒng)北邊界與中部隔水區(qū)域相鄰，因此將北邊界概化為隔水邊界。南部系統(tǒng)其余邊界均與研究區(qū)外地下水形成較好的水力聯(lián)系，因此將其余邊界概化為無限邊界。評價中，對承壓含水層視為均質(zhì)各向同性介質(zhì)，地下水流為平面二維流，服從達西定律。

3.參數(shù)的選取

本次計算涉及的水文地質(zhì)參數(shù)主要有：滲透系數(shù)（K）、導(dǎo)水系數(shù)（Τ）、彈性釋水系數(shù)（μ*）、影響半徑（R）等。為確保參數(shù)的準(zhǔn)確性，首先利用前期工作施工的鉆孔抽水試驗資料。

4.地下水資源量計算與評價

4.1地下水儲存量的計算

（1）容積儲量：地下水的容積儲量采用以下公式計算：Q=μFH

（2）彈性儲量：地下水的彈性儲量采用以下公式計算：Q=μ*Fh

研究區(qū)南、北部系統(tǒng)地下水的儲存量、容積儲量、彈性儲量的計算結(jié)果見表1。

4.2地下水水均衡計算

分析研究區(qū)水文地質(zhì)條件，確定將整個研究區(qū)分為南、北兩個均衡區(qū)分別進行均衡計算，面積分別為北部22.97km2、南部38.44km2。均衡區(qū)內(nèi)主要為古近系承壓水，隔水頂板隔水良好，且隔水頂板埋深大，因此不考慮大氣降水入滲補給及蒸發(fā)排泄。均衡區(qū)內(nèi)主要接受東部臺地地下水側(cè)向補給。主要排泄有地下水側(cè)向流出與人工開采。均衡計算選取一個水文年作為均衡期。

（1）地下水側(cè)向徑流補給量

地下水側(cè)向補給量按達西斷面法分段進行計算，其計算公式為：Q徑入=KLMJsinα

式中：Q徑入為地下水側(cè)向徑流流入量；K為滲透系數(shù)（m/d）；M為承壓含水層平均厚度（m）；L為斷面長度（m）；J為水力坡度α為斷面線與地下水流向之間的夾角（°）。

經(jīng)計算，地下水補給量北部系統(tǒng)為123.11×104m3/a；南部系統(tǒng)為62.71×104m3/a。

（2）地下水側(cè)向徑流排泄量

地下水側(cè)向排泄量同樣按達西斷面法分段進行計算。經(jīng)計算，均衡期地下水總排泄量北部系統(tǒng)為122.76×104m3/a，南部系統(tǒng)為81.36×104m3/a。

（3）人工開采

經(jīng)過調(diào)查，均衡區(qū)范圍內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要依靠黃河灌溉，人、畜飲用水主要是利用西北部溝谷中一處截流工程進行供水，地下水開采量較少。經(jīng)調(diào)查北部均衡區(qū)地下水開采量為5.5×104m3/a。南部均衡區(qū)地下水開采量為1.1×104m3/a。

（4）均衡分析

根據(jù)以上計算結(jié)果分析，均衡期南、北部系統(tǒng)的地下水側(cè)向徑流補給量是該均衡區(qū)的主要補給項，占總補給量的100%。均衡期北部系統(tǒng)地下水的側(cè)向流出為主要的排泄項，約各占總排泄項95.50%，人工開采地下水量僅占排泄總量的4.50%左右。南部系統(tǒng)地下水的側(cè)向流出為主要的排泄項，約各占總排泄項98.65%，人工開采地下水量僅占排泄總量的1.35%左右。

根據(jù)公式ΔQ=Q補-Q排，計算可得均衡期內(nèi)北部系統(tǒng)ΔQ= 0.35×104m3/a，南部系統(tǒng)ΔQ=0.33×104m3/a

根據(jù)公式ΔQ=μ*F（ΔH/Δt），根據(jù)均衡期內(nèi)觀測資料分析計算出均衡期內(nèi)含水層水位變幅北部系統(tǒng)0.065m、南部系統(tǒng)0.005m。計算可得北部系統(tǒng)ΔQ=0.26×104m3/a、南部系統(tǒng)ΔQ=0.49×104m3/a。

兩者計算結(jié)果基本吻合，考慮到計算誤差，說明研究區(qū)南、北兩個地下水系統(tǒng)多年平均補給量與排泄量基本平衡，結(jié)果符合實際情況。

5.允許開采量的計算

（1）開采系數(shù)法：內(nèi)蒙古河套灌區(qū)，對于礦化度>3g/L的區(qū)域，宜選用較小的可開采系數(shù)，一般不大于0.5，為了既能提高地下水資源利用率又能防止土壤積鹽，開采系數(shù)宜選用0.5[3]。研究區(qū)地下水礦化度>3g/L，故開采系數(shù)宜選用0.5，因而研究區(qū)北部區(qū)域地下水允許開采量為：123.11×104m3/a×0.5= 61.56×104m3/a；南部區(qū)域地下水允許開采量為：81.69×104m3/a×0.5=40.35×104m3/a。（2）開采模數(shù)法：研究區(qū)北部區(qū)域地下水開采量5.5×104m3/a，根據(jù)等水位線圖計算得開采地下水影響面積2.09km2，地下水開采模數(shù)為2.62×104m3/km2，故研究區(qū)北部區(qū)域地下水允許開采量為60.23×104m3/a；南部區(qū)域地下水開采量1.1×104m3/a，根據(jù)等水位線圖計算得開采地下水影響面積1.08km2地下水開采模數(shù)為1.012×104m3/ km2，故研究區(qū)南部區(qū)域地下水允許開采量為38.95×104m3/a。

6.結(jié)論

（1）分析地下水水均衡計算結(jié)果，考慮到計算誤差，說明研究區(qū)南、北兩個地下水系統(tǒng)多年平均補給量與排泄量基本平衡，結(jié)果符合實際情況。（2）應(yīng)用開采系數(shù)法與開采模數(shù)法計算得到的地下水允許開采量結(jié)果相差不大，建議取最小值，則研究區(qū)北部區(qū)域地下水允許開采量為60.23×104m3/a，南部為38.95×104m3/a，共計99.18×104m3，規(guī)劃開采量73×104m3/a，因此擬建水源地開采保證度較高，存在一定的開發(fā)前景。

參考文獻：

[1]國務(wù)院.全國地下水污染防治規(guī)劃（2011—2020年），國函[2011]119號.北京：環(huán)境保護部，2011.

[2]朱學(xué)愚.地下水資源評價[M].南京大學(xué)出版社， 1987.

[3]岳衛(wèi)峰，賈書惠，高鴻永，等.內(nèi)蒙古河套灌區(qū)地下水合理開采系數(shù)分析[J].北京師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2013， 49（z1）：239-242.