淺析沙灣市巴音溝河洼地地下水資源量計算

李天雪

(塔城水文勘測局,新疆 塔城 834700)

巴音溝河洼地位于沙灣市安吉海鎮南部淺山丘陵地帶,該區域內的地下水,主要接受巴音溝河西側伊林哈比爾尕山山前大斷裂邊界處的地下水徑流補給及其下游巴音溝河河水(沖沙水)的懸河下滲補給,此外還有少量的金河西側渠道與農田灌溉水的滲漏補給等。洼地內地下水在接受補給的同時,以6‰～7‰的水力坡度往北東方向徑流,除了由安集海河谷徑流排入山前傾斜平原外,還有部分地下水以8‰～10‰的水力坡度轉向東流,進入金河洼地。

1 地下水資源量計算

該區域地下水埋藏深達60 m以上,除獨山子第四水源地年開采0.3×108m3/a和巴河水管處在冬季開采0.018×108m3/a之外,再無其他開采單位。在現狀年多年平均意義下,洼地內地下水總補給量與總排泄量大致是持平的[1]。

1.1 均衡區的確定

根據《獨山子第四水源地勘察報告》,其主影響區的西界為地表水地下水的分水嶺,東界則以巴音溝河與金溝河之間的地表水分水嶺,南北二側以第三系隔水層為界,西邊界與南邊界的交點在黑山頭水文站上游7 km處,該區域的面積約160 km2,見圖1。

圖1 巴音溝河洼地地下水水均衡區示意圖

巴音溝河洼地與窩瓦特洼地由于巴音溝沖洪積扇的作用,在扇頂部位存在明確的地表分水嶺和沿流線延伸的零流量邊界—地下分水嶺,因此均衡區的西部邊界以此分水嶺為界;同樣,在金溝河沖洪積扇的中上部也存在類似的沿流線延伸的零流量邊界[2]。

1.2 均衡方程與水均衡分析

1.2.1 水均衡方程

該區內的水均衡方程式可概括為:

Q入-Q出=ΔQ

Q地入=Q地出

式中:Q入為進入均衡區的水量;Q出為從均衡區流出的水量;ΔQ為在均衡區蒸發的水量;Q地入為地下水收入項;Q地出為地下水支出項。

1.2.2 進入均衡區的水量(Q入)

1)地表水進區

在本區內包括地表水流入量Q表入和降水量Q雨二項,即:

Q入=Q表入+Q雨

Q表入:從巴音溝河水文站可知,二道溝水文多年平均徑流量3.996×108m3,黑山頭水文站48年的多年平均徑流量3.327×108m3,二道溝站—黑山頭站間22 km的河段地表水多年平均滲漏損失量為0.669×108m3。二道溝至黑山頭水文站22 km河段區間產流0.056×108m3/a。二道溝站至本均衡區河道長度約15 km,應扣除巴音溝河在該河段的滲漏量后即為進入均衡區的地表水。從二道溝至黑山頭間距22 km,多年平均損失量為0.669×108m3/a,折合每km損失為0.030 4×108m3/a,二道溝至均衡區邊界滲失水量為0.456 1×108m3/a,即入境地表水量:

Q表入=(3.996+0.056-0.4561)= 3.596× 108m3/a。

2)降水進區

區內平均降水量Q雨為212 mm,面積160 km2,降水總量為0.339×108m3/a。

Q入=(3.596+0.339)×108=3.935×108m3/a

1.2.3 在均衡區蒸發的水量ΔQ

包括黑山頭以上至邊界處河道的水面蒸發ΔQ1及黑山頭以下至安集海谷間的河道水面蒸發ΔQ2;降水的蒸發量ΔQ3。

ΔQ1:水面寬按0.1 km,長7 km,總水面蒸發面積0.7 km2,按黑山頭實測水面蒸發量 1 266.2 mm/a計算ΔQ1=0.009×108m3/a;

ΔQ2:根據遙感圖象解析,在該段水面面積為2.86 km2,也按黑山頭水面蒸發計算ΔQ2=0.036×108m3/a;

ΔQ3:降水形成洪流后部分滲入地下形成地下水補給,部分形成水面蒸發。按黑山頭降水資料計算總降水量為:160 km×0.212=0.339×108(m3/a)。降水形成洪流對地下水的補給入滲量為0.020×108m3/a,見表1。則ΔQ3=(0.339-0.020)×108=0.319×108(m3/a)。

表1 均衡區降水入滲量計算表

則均衡區水面蒸發量為:

ΔQ=(0.009+0.03+0.319)×108=0.365×108(m3/a)

1.2.4 均衡區流出的水量

根據前述均衡方程Q出=Q入-ΔQ=(3.935-0.365)×108=3.57×108(m3/a)。

從均衡區流出的水量Q出應包括:從渠道在黑山頭引走的水量Q出1;沿河道下放沖砂水出區水量Q出2;巴管處抽取的調溫水量井Q出3;沙灣滲管引水工程引水量Q出4,從本區側滲出區的水量Q出5。

Q出1:根據巴管處提供資料多年平均值為2.235×108m3/a;

Q出2:從黑山頭下放的沖砂水,扣除蒸發水量和下滲補給地下水量后即是從安集海河谷出流的水量。

根據實測資料當下放流量8～23 m3/s時滲漏比率為76%～66%,當小于2 m3/s時則為100%,由于沖砂水多是在汛期發生,流量都較大,參考上述試驗值取50%下滲,則有50%為Q出2。據黑山頭水文資料,黑山頭多年平均徑流量為3.327×108m3/a,則:

Q出2=(3.327-2.235-0.037)×108×0.50=0.528×108(m3/a);

Q出3=0.018×108m3/a;

Q出4=6×365=2 190×108m3/a;

Q出5:從前述方程可估算出:Q出5=Q出-Q出1-Q出2-Q出3-Q出4=(3.57-2.235-0.528-0.018-0.219)×108=0.458 5×108(m3/a)

1.2.5 地下水收入項Q地入

包括從黑山頭以上至西邊界河道的滲漏量Q地入1;從黑山頭下放的沖砂滲入補給地下水的水量Q地入2;區內暴雨洪流形成的下滲補給地下水量Q地入3。需要說明的是,巴音溝河管理站引水渠自黑山頭引走的2.235×108m3/a在區內的下滲量基于渠道將進行進一步的防滲處理,從安全可靠的角度,此量暫時不計。

Q地入1:從西部邊界處入界時河水量為3.596×108m3/a,黑山頭水文站測得多年平均徑流量為3.327×108m3/a,則在該段河道損失水量為0.268 9×108m3/a,扣除在該段得河水水面蒸發量0.009×108m3/a,即為該段河道的滲漏補給地下水量:

Q地入1=(0.268 9-0.009)×108=0.26×108(m3/a)

Q地入2:從黑山頭下放的沖砂水0.873×108m3/a,扣除水面蒸發0.037×108m3/a后取50%,

Q地入2=(0.873-0.037)×108×0.50=0.418×108(m3/a)

Q地入3:暴雨洪流形成一定徑流深時可形成一定量的地下水補給其計算見表5-3;

Q地入3=0.02×108m3/a

Q地入=(0.221+0.418+0.020)×108= 0.659×108(m3/a)

1.2.6 地下水支出項Q地出

在本區內地下水的支出有三項,其一是獨山子第四水源地年開采地下水0.3×108m3/a和巴河處開采的調溫水Q地出1每年約為0.018×108m3/a;其二是從北部安集海河谷側滲出水量Q地出2;其三是從東部邊界側滲出水量Q地出3[3],該處由于地下水埋藏較深無垂直蒸發損失,也無泉水溢出,見圖2。

圖2 安集海河谷水文地質剖面圖

Q地出2:根據《獨山子第三水源地供水水文地質勘察報告》的河谷實測資料,河谷寬1 470 m,含水層厚度70 m,又椐G4 G3統測水位,河谷段水力坡度為0.67%,該處含水層為分選性好的沙礫石,滲透系數取100 m/d估算,按達西公式:

Q地出2=365×K×I×B×H=365×100×0.006 7×1 470×70=0.252×108m3/a。

Q地出3:由于在該處無實測地質剖面,現按差減法求得,由Q地入=Q地出

即Q地出3=Q地入-Q地出1-Q地出2=(0.659-0.3-0.018-0.252)×108=0.089×108m3/a

Q地出=(0.018+0.252++0.3+0.089)×108=0.659

上述水均衡分析成果列于見圖3。

圖3 水均衡分析框圖

1.3 地下水資源均衡分析

根據以上計算,地下水均衡計算見表2。

表2 巴音溝河洼地計算區現狀多年平均地下水均衡分析表

由表中計算數據,巴音溝河洼地均衡區地下水多年均總補給量為0.659×108m3/a。地下水補給主要以沖砂水滲漏和河道滲漏為主,分別占地下水總補給量的64%和34%。區內地下水排泄主要以側滲出區和地下水開采為主,分別占地下水總排泄量的52%和48%。

2 地下水儲存量(靜儲量)計算

論證區處于巴音溝河洼地區域,區內第四系堆積層巨厚,地表水補給條件相對較好,地下水儲存空間大[4]。論證開采區地下水含水層主要以砂礫石為主,含水層給水度u=0.17,區內面積F=160 km2,含水層厚度按H=40 m計。則巴音溝河洼地區域地下水靜儲存量=uFH= 10.88×108m3,區內地下水位每下降1 m可給出0.272×108m3的水資源量。

3 結語

通過分析計算巴音溝河洼地地下水資源量,劃定水均衡區,巴音溝河洼地均衡區地下水多年均總補給量為0.659×108m3/a。同時計算出該區域的地下水靜儲量,巴音溝河洼地區域地下水靜儲存量=uFH= 10.88×108m3,區內地下水位每下降1 m可給出0.272×108m3的水資源量[5]。論證區地下水靜儲量相對較大,可充分利用地下水靜儲量調節開采地下水,為后續開發利用地下水資源提供基礎數據。