乌海市巴音陶亥镇地下水资源评价

陈国友+杨正廷

摘要：为了解决乌海市巴音陶亥镇当地居民的生产生活用水问题，需对巴音陶亥镇地下水资源进行评价，以便提出地下水开发利用方案。本文主要采用法水均衡法对研究区的地下水资源的储存量、补给量、排泄量进行研究，并应用开采系数法、开采模数法计算了研究区地下水允许开采量，计算结果满足规划地下水开采量，存在一定的开发前景。

关键词：乌海市；巴音陶亥镇；地下水资源评价；水均衡法

地下水是我国重要的供水水源，尤其在干旱半干旱地区，地下水甚至是唯一的生活和工农业生产生活供水水源[1]。地下水资源的评价主要是为合理的可持续利用地下水资源做出分析与评估[2]，在满足一定水质的要求下，开采地下水。

1.研究区概括

1.1地理位置

巴音陶亥镇位于乌海市海南区西南部，全镇辖区总面积791.85km2，下辖8个行政村，设37个村民小组，总人口2.2万人。研究区位于巴音陶亥镇沿黄河一带，西自黄河，东至巴音陶亥镇东约4km，北至四道泉，南到都思兔河。研究区总面积为60km2。

1.2水文地质条件

研究区位于黄河东岸及山前台地西侧，区内主要分布有古近系渐新统裂隙-孔隙承压水和第四系松散层孔隙潜水。

（1）第四系松散层孔隙潜水：第四系松散层含水层主要由全新统（Q4）含水层组成，岩性以中、细砂为主，从钻孔揭露地层状况发现，研究区大部分区域全新统地层多以单一岩性覆盖于地表，厚度分布不均匀，最大厚度为10m，最小厚度接近于0m，含水层储水有限。

（2）古近系碎屑岩类裂隙—孔隙承压水：依据水文地质资料分析发现，研究区中部钻孔所控制区域，水量贫弱，渗透性差，因此以中部钻孔所控制区作为隔水区域，根据水文地质条件将研究区古近系渐新统裂隙—孔隙承压水划分为两个地下水系统，即北部系统和南部系统。a.北部系统：该区域位于研究区的北部，基本处于同一个水文地质单元中，但由于受地形、地貌以及含水层结构空间分布的不同，其水文地质条件仍存在一定的差异。含水层岩性以砂砾岩、粗砂岩为主，隔水层岩性以泥岩、粉砂质泥岩为主，隔水效果好，与含水层之间形成较为稳定的统一承压水体，含水层厚度在36.64m～43.91m，基本比较稳定。b.南部系统：该区域位于研究区南部，基本处于同一个水文地质单元中，含水层、隔水层岩性与北部系统基本一致，隔水层与含水层之间形成较为稳定的统一承压水体。含水层厚度在28.99m～51.53m，由西向东含水层厚度逐渐变薄。

2.水文地质条件概化

2.1计算范围确定

本次地下水资源评价范围确定为南、北两个区域。评价区面积分别为北部22.97km2、南部38.44km2。

2.2边界条件概化

根据水文地質条件将研究区中部区域概化为隔水区域，以该区域为界将研究区划分为南、北两个地下水系统。本次计算评价的目的层是南、北两个地下水系统古近系承压含水层。评价区的上部边界为隔水顶板。评价区的下部为稳定隔水层，概化为隔水边界。a.北部系统：根据区域水文地质资料可知，北部地下水系统的南边界与中部隔水区域相邻，因此将南边界概化为隔水边界。其西边界虽然与黄河界限一致，但是由于区内地下水与黄河无明显水力联系，区内地下水直接向西部下游排泄，因此将西边界概化为无限变边界。北部系统其余边界均与研究区外地下水形成较好的水力联系，因此将其余边界概化为无限边界。b.南部系统：南部地下水系统北边界与中部隔水区域相邻，因此将北边界概化为隔水边界。南部系统其余边界均与研究区外地下水形成较好的水力联系，因此将其余边界概化为无限边界。评价中，对承压含水层视为均质各向同性介质，地下水流为平面二维流，服从达西定律。

3.参数的选取

本次计算涉及的水文地质参数主要有：渗透系数（K）、导水系数（Τ）、弹性释水系数（μ*）、影响半径（R）等。为确保参数的准确性，首先利用前期工作施工的钻孔抽水试验资料。

4.地下水资源量计算与评价

4.1地下水储存量的计算

（1）容积储量：地下水的容积储量采用以下公式计算：Q=μFH

（2）弹性储量：地下水的弹性储量采用以下公式计算：Q=μ*Fh

研究区南、北部系统地下水的储存量、容积储量、弹性储量的计算结果见表1。

4.2地下水水均衡计算

分析研究区水文地质条件，确定将整个研究区分为南、北两个均衡区分别进行均衡计算，面积分别为北部22.97km2、南部38.44km2。均衡区内主要为古近系承压水，隔水顶板隔水良好，且隔水顶板埋深大，因此不考虑大气降水入渗补给及蒸发排泄。均衡区内主要接受东部台地地下水侧向补给。主要排泄有地下水侧向流出与人工开采。均衡计算选取一个水文年作为均衡期。

（1）地下水侧向径流补给量

地下水侧向补给量按达西断面法分段进行计算，其计算公式为：Q径入=KLMJsinα

式中：Q径入为地下水侧向径流流入量；K为渗透系数（m/d）；M为承压含水层平均厚度（m）；L为断面长度（m）；J为水力坡度α为断面线与地下水流向之间的夹角（°）。

经计算，地下水补给量北部系统为123.11×104m3/a；南部系统为62.71×104m3/a。

（2）地下水侧向径流排泄量

地下水侧向排泄量同样按达西断面法分段进行计算。经计算，均衡期地下水总排泄量北部系统为122.76×104m3/a，南部系统为81.36×104m3/a。

（3）人工开采

经过调查，均衡区范围内农业生产主要依靠黄河灌溉，人、畜饮用水主要是利用西北部沟谷中一处截流工程进行供水，地下水开采量较少。经调查北部均衡区地下水开采量为5.5×104m3/a。南部均衡区地下水开采量为1.1×104m3/a。

（4）均衡分析

根据以上计算结果分析，均衡期南、北部系统的地下水侧向径流补给量是该均衡区的主要补给项，占总补给量的100%。均衡期北部系统地下水的侧向流出为主要的排泄项，约各占总排泄项95.50%，人工开采地下水量仅占排泄总量的4.50%左右。南部系统地下水的侧向流出为主要的排泄项，约各占总排泄项98.65%，人工开采地下水量仅占排泄总量的1.35%左右。

根据公式ΔQ=Q补-Q排，计算可得均衡期内北部系统ΔQ= 0.35×104m3/a，南部系统ΔQ=0.33×104m3/a

根据公式ΔQ=μ*F（ΔH/Δt），根据均衡期内观测资料分析计算出均衡期内含水层水位变幅北部系统0.065m、南部系统0.005m。計算可得北部系统ΔQ=0.26×104m3/a、南部系统ΔQ=0.49×104m3/a。

两者计算结果基本吻合，考虑到计算误差，说明研究区南、北两个地下水系统多年平均补给量与排泄量基本平衡，结果符合实际情况。

5.允许开采量的计算

（1）开采系数法：内蒙古河套灌区，对于矿化度>3g/L的区域，宜选用较小的可开采系数，一般不大于0.5，为了既能提高地下水资源利用率又能防止土壤积盐，开采系数宜选用0.5[3]。研究区地下水矿化度>3g/L，故开采系数宜选用0.5，因而研究区北部区域地下水允许开采量为：123.11×104m3/a×0.5= 61.56×104m3/a；南部区域地下水允许开采量为：81.69×104m3/a×0.5=40.35×104m3/a。（2）开采模数法：研究区北部区域地下水开采量5.5×104m3/a，根据等水位线图计算得开采地下水影响面积2.09km2，地下水开采模数为2.62×104m3/km2，故研究区北部区域地下水允许开采量为60.23×104m3/a；南部区域地下水开采量1.1×104m3/a，根据等水位线图计算得开采地下水影响面积1.08km2地下水开采模数为1.012×104m3/ km2，故研究区南部区域地下水允许开采量为38.95×104m3/a。

6.结论

（1）分析地下水水均衡计算结果，考虑到计算误差，说明研究区南、北两个地下水系统多年平均补给量与排泄量基本平衡，结果符合实际情况。（2）应用开采系数法与开采模数法计算得到的地下水允许开采量结果相差不大，建议取最小值，则研究区北部区域地下水允许开采量为60.23×104m3/a，南部为38.95×104m3/a，共计99.18×104m3，规划开采量73×104m3/a，因此拟建水源地开采保证度较高，存在一定的开发前景。

参考文献：

[1]国务院.全国地下水污染防治规划（2011—2020年），国函[2011]119号.北京：环境保护部，2011.

[2]朱学愚.地下水资源评价[M].南京大学出版社， 1987.

[3]岳卫峰，贾书惠，高鸿永，等.内蒙古河套灌区地下水合理开采系数分析[J].北京师范大学学报（自然科学版）， 2013， 49（z1）：239-242.