节水增粮取水水源供水量计算与可靠性分析

常英明

（辽宁省葠窝水库管理局有限责任公司，辽宁 辽阳）

凌源市节水增粮行动项目共实施节水改造灌溉21.93 万亩，涉及20 个乡镇、66 个片区，结合区域的水文与地质情况，将片区共划为24 个单元，采用滴灌形式，将区域1462 眼改造井作为节水增粮灌溉水源。目前灌溉采用漫灌的灌溉方式，实际灌溉用水量为2741 万m3，节水灌溉实施后，总取水量为1323.5 万m3，将比现状年减少1417.5 万m3。本次以论证单元（一）为例，计算可供水量，分析该单元节水增粮取水水源可靠性。

1 基本概况

论证单元（一）主要分布在青龙河沿岸，为季节性河流，区域内无大蓄水工程。涉及刀尔登镇的南营子村和北营子村，总面积56.01 km2，其中论证单元面积9.264 km2。论证区现有机电井51眼，改造机电井40 眼。现状年论证单元总灌溉面积6000 亩，种植的玉米作物灌溉定额125 m3/亩，则年灌溉用水量75 万m3，采用漫灌，灌溉时间为4 月～9 月。项目实施后灌溉方式为膜下滴灌，项目片区用水量为36.21 万m3。

区域多年平均降雨量531 mm，地质主要为第四系全新统冲洪积层，上部为亚粘土，下部为砂软砾石，颗粒成分变化较大，砾石多呈棱角状、浑圆状，有石英砂岩、页岩侵入体。含水层厚度5 m～10 m，地下水埋深4 m～8 m，渗透系数20 m/d～40 m/d，涌水量700 m3/d～900 m3/d。

2 论证区规划2020 年需水量预测

结合区域用水量调查，通过分析与计算，现状总用水量169.7 万m3，全部为地下水开采，其中居民生活用水量为28.7 万m3，工业用水量20.0 万m3，农业用水量121.0 万m3。考虑社会经济及节水，预测规划2020 年总需水量为138.2 万m3，其中规划年本项目需水为36.21 万m3；项目实施后较现状年节水38.79 万m3。论证区域规划年需水预测情况见表1。

表1 论证区域规划年需水预测情况表 单位：万m3

3 地下水资源量计算与分析方法

关于源汇项的处理，本区域的源汇项主要包括河流侧渗补给量、大气降水入渗补给量、山前侧渗补给量、人工开采量、河道排泄量和侧向潜流量。

3.1 补给量计算方法

（1）河流侧渗补给量

根据勘察资料及地下水动态观测资料，在天然条件下，区域内补给地下水。利用下式计算侧渗补给量：

式中：Q 河补为河流侧渗补给量，m3/d；K 为计算断面含水层的渗透系数，m/d；H 为计算时段河水位至含水层底板厚度，m；B为河水补给带宽度，m；I 为断面处水力坡度。

（2）大气降水入渗补给量

降水入渗量的多少，主要受地层岩性等地质条件的影响。区域内地下水水为上底层主要为亚粘土和砂软砾石。降水补给地下水较少。采用下面的公式计算降水入渗补给量：

式中：Q 降为大气降水入渗补给量，m3/d；α 降为降水入渗系

数；P 为多年平均有效降雨量，mm；F 为降水入渗面积，km2。

（3）山前侧渗补给量

采用统计论证区边界汇水面积，将汇水区的大气降水入渗补给量作为山前侧渗补给量。

式中：Q 山补为山前侧渗补给量，m3/d；S 为汇水区面积，km2。

3.2 排泄量计算方法

区域内潜水排泄量主要包括以下几个方面：（1）人工开采量

根据当地水利部门提供的资料，并参考对当地调查，整个区域生活、工业及农业用水全部为地下水。按照用水定额及社会经济指标计算区域开采量。

（2）河道排泄量

当河道水位低于两岸地下水位时，地下水向河道排泄水量，本次河道排泄量按照下式计算：

式中：Q山补为河道的排泄量，m3/d；F 为降水入渗面积，km2；M基为河道基流模数，万m3/（d·km2）。

（3）侧向潜流量

侧向潜流量发生在山前河谷平原，以潜流方式流出。利用下式计算侧向潜流量：

式中：Q潜流为侧向潜流量，m3/d；K 为计算断面含水层的渗透系数，m/d；H 为计算时段河水位至含水层底板厚度，m；C 为河水潜流带宽度，m；I 为断面处水力坡度。

3.3 地下水开采量计算方法

单个潜水完整井出水量计算采用裘布依公式：

式中：Q 为大口井出水量，m3/d；K 为含水层的渗透系数，m/d；H为含水层厚度，m；S 为潜水完整井设计水位降深，m；R 为影响半径，m；r 为大口井半径，m。

3.4 水文地质参数选取

根据抽水试验及区域水文地质资料等成果，确定论证单元各项计算参数如表2 所示。

表2 计算参数成果表

4 地下水可开采量计算结果与分析

4.1 补给量与排泄量平衡分析

选取论证区域1980 年～2011 年共32 年长系列降水资料，根据上述计算方法，计算论证单元补给量与排泄量，计算结果如表3 所示。

表3 1980年～2011 年多年补给量与排泄量平衡计算结果 单位：万m3

表3 续

根据上述计算结果，论证区域多年平均地下水补给量、排泄量分别为300 万m3、283.5 万m3，两者差值为16.5 万m3，可以认为补给量与排泄量基本达到平衡，地下水开采后能够得到及时补充。节水增粮项目实施后，规划2020 年项目论证单元地下水开采量194.4 万m3，占地下水量的65%，地下水供水能够满足论证单元需水要求。

4.2 地下水可供水量计算分析

4.2.1 85%保证率下供水量

对表2 中1980 年～2011 年32 年补给量作P-Ⅲ型频率曲线，根据85%设计灌溉保证率要求，采用典型年方法，选取85%频率下的典型年为1981 年，在节水增粮项目实施前后两种情况下，对典型年1981 年进行逐月地下水供给调节计算，地下水初蓄水量为857.4 万m3，计算结果详见表4。

表4 典型年地下水供给调节计算结果 单位：万m3

通过典型年分析计算，本论证单元设计保证率条件下，通过动用51.4 万m3的地下水储存量可保证规划水平年的供水需求。动用的地下水储存量占年初地下水总储量的6.0%。

4.2.2 连续枯水年供水分析

根据1980 年～2011 年32 年补给量频率曲线和降雨量分析，选定1980 年～1982 年作为连续3 年枯水年，在节水增粮项目实施前后两种情况下，对连枯年份进行逐月地下水供给调节计算，计算结果见表5。

表5 连枯年份地下水供给调节计算结果 单位：万m3

年份 月份 节水增粮项目实施前 节水增粮项目实施后蓄水量 补给量 开采量 排泄量 开采量 排泄量 蓄水量1981年1 月 794.4 12.3 3.4 18.8 9.4 18.8 794.2 2 月 787.2 11.5 3.4 18.7 9.4 18.7 787.0 3 月 779.1 16.8 3.4 24.9 9.4 24.9 778.9 4 月 773.6 15.2 5.7 20.7 14.4 20.7 773.4 5 月 765.4 15.3 12.4 23.5 23.7 23.7 765.0 6 月 757.9 15.2 12.2 22.7 24.6 24.6 755.6 7 月 755.2 26.3 17.3 29.0 29.8 29.8 752.2 8 月 756.5 24.3 11.8 23.0 21.3 23.0 753.5 9 月 762.9 23.8 6.9 17.4 17.6 17.6 759.6 10 月 761.0 15.1 6.4 17.0 16.3 17.0 757.7 11 月 760.3 12.7 3.4 13.4 9.4 13.4 757.0 12 月 759.1 12.2 3.4 13.4 9.4 13.4 755.8 1982年1 月 759.2 13.7 3.7 13.6 9.4 13.6 755.9 2 月 758.5 12.4 3.7 13.1 9.4 13.1 755.2 3 月 756.9 14.5 3.7 16.1 9.4 16.1 753.6 4 月 758.6 17.5 5.9 15.8 14.4 15.8 755.3 5 月 758.5 22.0 11.9 22.1 23.7 23.7 753.6 6 月 762.6 25.6 11.8 21.5 24.6 24.6 754.6 7 月 766.5 29.7 16.2 25.8 29.8 29.8 754.6 8 月 785.8 40.2 11.3 20.9 21.3 21.3 773.5 9 月 784.5 14.1 7.1 15.4 17.6 17.6 769.9 10 月 785.9 16.5 6.5 15.1 16.3 16.3 770.2 11 月 787.7 13.8 3.7 12.0 9.4 12.0 772.0 12 月 789.0 13.6 3.7 12.3 9.4 12.3 773.3

根据表5 计算结果，本项目论证单位开采152 万m3地下水量可以满足规划2020 年需水量要求，开采量仅占初蓄水量的17%。

通过典型年和连枯年的地下水调节计算，地下水量完全能够满足本项目规划年需水量，同时在上述两种情况下开采的地下水量能够在丰水年和平水年得到补充，不会出现地下水补给不足问题。

5 结语

通过节水增粮取水水源可供水量计算与分析，本次从85%保证率典型年和连枯年的地下水调节计算来看，论证单元多年平均补给量大于规划年开采量，而且在丰、平年份能够及时补充地下水量，得到恢复，水量是有保证的，与实际基本符合。在以后的运行期间，建议建立水资源统一管理制度，加强地下水水位的动态监测，严格控制地下水超采。