浅谈古浪县水源地水资源量计算与评价

闫威YAN Wei

（甘肃省地质矿产勘查开发局水文地质工程地质勘察院，张掖 734000）

0 引言

古浪县城区地下水水源地现作为城市的备用水源地，现分别计算评价其地下水天然补给量、储存量及允许开采量。古浪县城区水源地由古浪河河谷水源地和柳条河河谷水源地组成。由于上述两个水源地处于相对独立的水文地质单元，具有各自独立的地下水补给、存贮、径流和排泄系统。因而，对地下水资源量计算评价时分别进行。

1 自然地理位置

1.1 交通位置

古浪县居甘肃省中部，河西走廊东端，腾格里沙漠南缘，东西长约102km，南北宽约88km，区域总面积5103km2。地理坐标：东经103°04′24″～103°11′34″；北纬37°34′30″～37°40′30″。县内，南部是东西走向的毛毛山、乌鞘岭高山屏障，中部是由南向北、由西向东逐渐降低的低山、丘陵和山前倾斜平原，北部是腾格里沙漠南缘。构成南高北低、西高东低的地势，海拔在1550-3771m之间，地貌类型复杂多样。境内光热资源丰富、降水稀少、干旱多风、自然灾害频繁，是全国抗震设防烈度不低于9级的县份之一。

1.2 地形地貌

自喜马拉雅运动以来，新构造运动活跃，山区震荡上升，平原区间歇沉降，造就了古浪县境内山地、丘陵、盆地、平原、河谷及沙漠六种大的地貌类型。

1.3 气象水文

1.3.1 气象 本区属大陆性冷温带干旱-半干旱气候，具有日照充足、昼夜温差大、夏季炎热、冬季严寒、降水稀少、蒸发强烈等气候特征。降水除受大气环流控制外，明显地受地形影响，呈时空分布很不均匀的特点。据古浪气象站多年观测资料，古浪县城一带年平均气温5.2℃，川区年平均气温6.6℃，山区年平均气温1.3℃，气温随海拔增加而降低。县城年均降水量362mm，年均蒸发量1784mm，降水量由南向北呈逐渐减小的趋势，南部山区降水量可达450mm，至北部腾格里沙漠减小至100mm左右。与降水量变化趋势相反，年蒸发量由南向北呈逐渐增大的趋势，南部山区年蒸发量1000mm左右，北部荒漠区高达2800mm。干旱指数南部山区为2.50-2.68，中低山区2.68-4.48，农业灌溉区4.48-10.40，沙漠区大于10.40。1月最冷，月均气温-0.8℃，7-8月最热，月均气温18.4℃。多年平均风速3.6m/s，最大风速17.0m/s。勘查区一带地处腾格里沙漠南缘，年降水量仅200mm左右，蒸发量超过2000mm。

1.3.2 水文 古浪县境内常年性河流主要有古浪河和大靖河，均属内陆河流域石羊河水系。古浪河是县境内最大的一条河流，位于古浪县城东南。发源于祁连山脉乌鞘岭、毛毛山、雷公山、牛头屲山北麓，属石羊河支流。自东向西7条次级支流汇合于十八里堡后称古浪河，之后进入长约8km的峡谷河段-古浪峡，出山后与柳条河汇流，此后由南向北流经至古浪县永丰滩汇入红水河，最终汇入石羊河干流，主河道全长48km。据古浪水文站资料，古浪河多年平均径流量0.617亿m3。大靖河发源于毛毛山北麓，由大直沟、酸茨沟、条子沟、庄浪沟汇集而成。河水汇入大靖峡水库，后又经大靖峡出山进入平原区，消失于海子滩、腾格里沙漠，全长45km。据大靖峡水库水文站资料，大靖河多年平均径流量0.133亿m3。

1.4 社会经济概况

古浪县现辖12镇7乡，1个街道办事处，7个居委会，22个村委会、2030个村民小组，总人口38.9万，其中农村人口35.16万。2020年，全县国民经济发展着力优化结构，转变发展方式，突出重点，狠抓落实，取得显著成效。全年实现生产总值61.11亿元，按可比价计算，比上年增长5.9%。其中：第一产业增加值24.49亿元，增长6.6%；第二产业增加值6.04亿元，下降22.1%；第三产业增加值30.59亿元，增长2.7%。三次产业结构比为40.07∶9.88∶50.05。全年全县十大生态产业增加值23.36亿元，比上年增长20.29%，占全县生产总值的38.23%，较上年提高3.73个百分点。

2 地下水资源量评价

水源地地下水资源量评价是对地下水源地或某一地区、某个含水层的补给量、储存量、允许开采量进行计算的基础上，对所用计算方法的适宜性、水文地质参数的可靠性、资源计算结果精度、开采资源保证程度所做出的全面评价。主要包括地下水天然补给量、储存量及允许开采量。

2.1 地下水天然补给量 地下水天然补给量，指在天然状态下，通过各种途径进入含水系统或水源地开采层的可控利用的地下水量，一般包括通过下列途径进入评价区含水层的水量、地下水侧向径流的流入量、降水入渗量、地表水入渗量、越流补给量及其他途径补给水量。从多年平均角度看，就是含水系统每年可以获得补充和恢复的水量。

2.2 地下水储存资源量 地下水储存资源量指储存于含水层中的重力水体积，一般选用体积法计算，即地下水储存量为含水层给水度、平均厚度和分布面积的乘积。

2.3 地下水允许开采量 地下水允许开采量，是指在经济合理、技术可行且不发生因开采地下水而造成水位持续下降、水质恶化、地面沉降等水环境问题和不对生态环境造成不良影响的情况下，允许从含水层中取出的最大水量。水源地勘察中的水量计算，以确定允许开采量为主要目的，在地下水详查和开采阶段对地下水资源进行评价时，计算的允许开采量不得超过补给量。可见，地下水资源计算与评价在水源地勘察中的重要性。

3 古浪河水源地

3.1 评价范围 水源地位于城南1km，评价范围北起县城，南至金家湾，评价区面积1km2，见图1。

图1 古浪县城供水水源地均衡计算示意图

3.2 评价方法 采用断面法评价其地下水资源，选择边墙洼垂直河谷的Ⅰ—Ⅰ’断面。

3.3 水文地质参数的确定 根据《甘肃省城市供水水资源评价及保护对策》，水源地含水层平均厚度为20m，渗透系数为60m/d，给水度为0.2。

3.4 地下水天然资源量（Q天然）即选择断面Ⅰ—Ⅰ’处的地下水侧向径流量，利用达西公式计算：Q天然=KBIH

式中，K——渗透系数，取值为60m/d；B——断面宽度，从图上量取为450m；I——水力坡度，为20‰；H——含水层平均厚度，为20m。经计算，水源地地下水天然资源量为10800m3/d，即394.2万m3/a。

3.5 地下水储存资源量（W）地下水储存资源量计算公式为：W=μ·H·F=400万m3；式中，μ——给水度，取值为0.2；H——意义同上；F——计算区含水层分布面积1km2。经计算，地下水储存资源量为400万m3。

3.6 地下水允许开采量 水源地现有供水井4眼，井深30-40m，根据抽试验成果，单井涌水量（降深5m，井径325mm）为1500m3/d，抽水时各供水井之间无干扰。4眼供水井总出水量为6000m3/d，占天然补给量55.6%，在开采条件下能夺取地表水对地下水的增补资源量，且在枯水年份或季节还可以动用部分地下水储存资源，等到丰水年或雨季得到补给，实现以丰补歉。因此，将6000m3/d作为古浪河水源地的允许开采量是完全有保证的。

4 柳条河河水源地

4.1 水资源均衡计算

本次采用水量均衡法评价柳条河水源地地下水资源。

①均衡区。柳条河水源地位于城西1km，本次选择西起顾家台，东至古浪县的柳条河河谷地区作为地下水均衡计算的区域，面积1.07km2（图1）。②均衡期。均衡期选取2016年1月1日-2016年12月31日。③边界条件。均衡区西南部为地下水流入断面（AB断面），东北部为地下水流出断面（CD断面），河谷两侧为地下水零流量断面（BC断面、AD断面）。④地下水均衡方程。均衡区地下水主要补给来源为地下径流侧向流入、河流侧向渗入补给、渠系水及灌溉水入渗；排泄方式主要为地下径流侧向流出、人工开采及泉水溢出，由于均衡区地下水蒸发量极小，本次计算忽略不计。满足上述条件的地下水均衡方程为：

式中：Q侧入——地下水侧向流入量，万m3/a；Q渠渗——渠系水渗漏补给量，万m3/a；Q田渗——田间灌溉水入渗补给量，万m3/a；Q河补——河水侧向渗入补给量，万m3/a；Q侧出——地下水侧向流出量，万m3/a；Q开采——地下水开采量，万m3/a；Q溢出——泉水溢出量，万m3/a；ΔQ为均衡期始末地下水储量变化量，万m3/a。

⑤地下水均衡要素及计算。

1）渠系水渗漏补给量（Q渠渗）。渠系水渗漏补给量计算公式：Q渠渗＝Q渠引×q×L

式中：Q渠引——实测渠道引水量，万m3/a；q——单长渗漏率，无量纲；L——渠道长度，km。根据2016年实测引水量225万m3，单长渗漏率为0.008、渠道长度1.2km，计算得渠系水渗漏补给量约为2.16万m3/a。

2）田间灌溉水入渗补给量（Q田渗）。即田间回归水，包括支渠以下渠系（斗渠、农渠）及进入田间水量的入渗补给量。计算公式：Q田渗＝Q灌×p

式中：Q田渗——田间灌溉水入渗补给量，万m3/a；Q灌——净灌溉用水量，取值38万m3/a；p——灌溉水入渗系数，取值0.15。计算得均衡区田间灌溉水入渗补给量为5.7万m3/a。

表3柳条河水源地均衡区均衡计算结果表

3）河水侧向渗入补给量（Q河渗）。

据野外实测地下水位与柳条河河水水位相对高差，确定河水侧向渗入对地下水的补给量，利用公式：Q河补＝KBΔH2t/2L；式中：Q河补——河水侧向渗入补给量（万m3/a）；K——含水层渗透系数（m/d）；t——地表水对地下水补给时间（d）；B——补给带宽度（m）；ΔH——河水位与地下水位相抵高差（m）；L——地下水位观测井至河距离（m）。

经计算，均衡区河水侧向渗入补给量为7.5万m3/a，结果见表1。

表1柳条河水源地均衡区侧向渗入补给量计算结果表

4）地下水侧向径流量（Q侧）。

式中：Q侧——地下水侧向径流量，m3/d；Ki——i段含水层渗透系数，m/d；Ii——i段地下水水力坡度，根据等水位线图量测，‰；Li——计算断面宽度，m，依据；Mi——i段含水层厚度，依据钻孔资料，m；θi——i段计算断面与地下水流向间夹角。计算得均衡区地下水侧向径流补给量为1724万m3/a，侧向排泄量为1445.4万m3/a（表2）。

表2柳条河水源地均衡区地下水侧向径流量计算结果表

5）泉水溢出量。均衡区泉水溢出主要发生在下游巴家湖一带，即龙泉公园，根据公园内泉流量多年观测资料，平均流量为0.042m3/s，即泉水溢出量为132.45万m3/a。

6）地下水开采量（Q开）。根据调查结果，均衡区现有供水井2眼，农灌井5眼，其中供水井开采量（应急供水）为32.00万m3/a，农灌井开采量为43.00万m3/a，合计开采量为75.00万m3/a。

⑥地下水均衡计算结果。

根据均衡计算结果，均衡区地下水补给量为1558.05万m3/a，其中地下水侧向径流量占均衡区地下水总补给量的99.01%，河水侧向渗漏、渠系水及田间灌溉水入渗量占0.99%；均衡区地下水排泄量为1548.78万m3/a，其中地下水侧向径流量占均衡区地下水总排泄量的86.61%，地下水开采量占4.84%，泉水溢出量占8.55%。计算结果表明，均衡差为+9.27万m3/a，地下水呈正均衡，近似处于采补平衡状态（表3）。根据周边地下水多年观测资料，2012年以来，均衡区地下水呈稳中略有上升的趋势，上升幅度约0.1～0.3m/a，这与均衡计算结果保持一致，说明地下水均衡计算结果符合实际。

4.2 地下水天然资源

均衡区地下水天然资源量包括侧向径流和河流渗漏补给量，根据均衡计算结果，地下水天然资源量总计为1550.19万m3/a。

4.3 地下水储存资源

均衡区潜水储存量计算公式：W=μFM

式中：W——地下水储存量，万m3/a；μ——给水度，取经验值0.2；F——含水层分布面积，即均衡区面积1.07km2；H——含水层厚度，取平均值50m。经计算，均衡区内地下水储存资源量为1070万m3。

4.4 允许开采量

柳条河水源地现有供水井2眼，井深30-40m，根据抽试验成果，单井涌水量（降深5m，井径325mm）为2000m3/d，抽水时供水井相互之间无干扰，水源地设计出水量4000m3/d。将设计开采量作为水源地允许开采量，即水源地允许开采量为146.00万m3/a，仅占地下水天然资源量的9.42%，且水源地在开采时，可以夺取地表水的入渗补给增量和上游侧向径流的补给增量。可以看出，柳条河水源地146.00万m3/a（4000m3/d）的允许开采量是完全有保证的。

5 结束语

地下水资源计算与评价，主要是对地下水补给量及排泄量的计算。其中，地下水补给来源（结合民勤县水源地）一般包括地下径流侧向流入、红崖山水库渗漏补给、染系水及灌溉水入渗、降水凝结水入渗补给；地下水排泄途径（结合民勤县水源地）主要有地下径流向流出、人工开采和潜水蒸发等方式。所选择的水源地，必须保证该水源地处于正均衡状态，故补给量宜大于或等于排泄量。在古浪县补给来源主要有地下径流侧向流入、河流侧向渗入补给、渠系水及灌溉水入渗等；排泄途径主要有地下径流侧向流出、人工开采及泉水溢出等。综上所述，地下水资源量的计算，直接影响资源评价中允许开采量的精度。加强地下水资源量的计算，有利于提高水源地勘察报告的质量，有利于提高资源评价的精度。