2015年丹东地下水资源分析计算

'2015年丹东市地下水资源分析计算于玥（辽宁省丹东水文局，丹东，118000）摘要：丹东市位于辽宁省东南部,是我国最大的边境城市。随着城市快速发展，人们对水资源的需求不断增加，地下水盲目开采现象严重，供需平衡及采补平衡的矛盾依然很突出，亟需开展地下水资源研究工作。因此开展丹东市地下水资源量分析计算工作，对全面掌握丹东市地下水资源的基本情况具有重要意义。为了准确计算出出丹东地区地下水资源总体水量，在研究区内设多个站点进行资料搜集与现场勘测调查，熟悉丹东市水文站网条件，利用水均衡法对丹东市地下水资源量进行计算，通过计算得出：2015年全市地下水资源量10.68亿立方米，其中，山丘区地下水资源量8.278亿立方米，平原区地下水资源量2.709亿立方米。关键词：丹东市，地下水资源，地下水资源量1.自然地理概况1.1自然地理丹东市地理坐标范围为东经123°23′～125°43′[1]，北纬39°44′～41°09′，东西长195.9公里，南北宽160.2公里。全市总行政面积15290km2；扣除鸭绿江公共水面后，水资源计算面积为14973km2。丹东境内河流分属鸭绿江流域和黄海岸流域，鸭绿江流域的较大河流有鸭绿江干流及其支流、浑江、爱河、蒲石河等，黄海岸流域主要有大洋河、龙态河、双岔河等。1.2气象水文丹东市地处辽东山地南坡，地势呈南低北高的阶梯状抬升之势，依次为平原、丘陵、中低山分布[2]。山地丘陵约面积占总面积的75％，平原谷地面积占15％，其余占10％。黄海沿岸的冲海积平原区，海拔为2～5米，主要分布在东港市和振兴区，总面积约960km2；丘陵区分布于鸭绿江沿江和东港、凤城两市的局部地区；海拔300－500米的低山区，主要分布在凤城市、宽甸县中北部；海拔500米以上的中山区，主要分布于宽甸县北部及凤城市东北部，山势险峻，河流下切较强烈，属中等切割。2.计算方法选择地下水资源量是指与大气降水、地表水体有直接补给或排泄关系的动态地下水量，即参与现代水循环而且不断更新的地下水量[3]。地下水可分为浅层地下水和深层地下水[4]。本次计算的主要内容是与大气降水和地表水体有直接关系的浅层地下水，评价重点为水量。计算地下水资源量的方法有：地下水动力学法、四大储量法（静储量、动储量、调节储量和开采储量）、水均衡法和数理统计法，其中水均衡法为区域水资源评价常用的计算方法。因山丘区与平原区地下水的补排机制差异较大，山丘区地下水以排泄方式为主，且其各排泄项易于推求，而平原地下水以补给方式为主，且其各补给项易于推求，故按地下水均衡原理，分别采用不同方法对这两种类型区的地下水进行评价：山丘区地下水资源量用其各项排泄量之和（近似）计算，即W山丘区地下水=W河川基流+W潜水蒸发+W山前测向流出 ；平原区地下水资源量用其各项补给量之和（近似）计算，即W平原区地下水=W降水入渗+W灌溉入渗+W山前测向流入+W山前井灌回归。3地下水资源量计算3.1平原区地下水资源量3.1.1平原区地下水补排机制模型丹东市平原区面积相对较小，地质结构差异不大，可概化为统一的地下水资源模型系统，即地下水补、排关系符合以下模拟结构如图1：图1丹东市平原区地下水补、排关系模拟模型结构通过水量平衡原理可知，对某均衡区而言，在一定时段内含水层中地下水的收入量（补给量）减去支出量（排泄量）等于该时段内含水层中水体的变化量。对于较长时段而言，可认为补给量之和等于排泄量之和。因此，可以采用水均衡法将平原区地下水资源量的计算概化为各项补给量之和。即：Qg＝Q降水+Q灌+Q侧+Q河+Q井式中：Qg—平原区总补给量Q降水—降水入渗补给量Q灌—灌溉入渗及渠系渗漏补给量Q侧—山前侧渗补给量Q河—河道渗漏补给量 Q井—井灌回归补给量（地下水的重复量）3.1.2计算参数的确定正确计算各种水文和水文地质参数是准确评价区域地下水资源的基础。本次评价对区域内各项水文和水文地质参数进行了分析计算，计算结果见表1。表1丹东市平原区水文地质分区水文地质分区水文地质特征表层岩性一级类型区亚区块段含水层单井涌水量（吨/日）水位埋深（m）岩性厚度（m）平原区鸭绿江冲海积平原鸭干平原区粗砂、砂砾石3-201000-3000局部＜10002-3淤泥质亚黏土为主辽东沿海冲海积平原鸭大平原区粗砂、砾石4-20100-1000局部＜1001-3亚粘土-粘质沙壤土大洋河平原区砂卵石、砾石4-20100-10002-4.5亚粘土-粘质沙壤土大碧平原区粗砂、砾石4-1500-1000局部＜1001-3亚粘土-粘质沙壤土（1）潜水变幅带给水度μμ是含水层给水和储蓄水量能力的指标，即单位饱和岩体在重力作用下排出的水体积与饱和岩体体积的比值。给水度μ值得大小主要受地下水变幅带岩性及地下水埋深等因素的影响。本次评价分区给水度μ值采用辽宁省《第二次水资源评价》根据阿维里扬诺夫公式分析计算的已有资料。各分区数值如表2。表2分区给水度μ值分析结果分区鸭干平原区鸭大平原区大洋河平原区大碧平原区μ0.0260.0340.0400.036（2）降水入渗补给系数αα指降水入渗补给的地下水量与降水量的比值，α值的大小与地下水埋深、包气带岩性、降水量大小的因素有关。本次降水入渗补给系数的评价采用地下水动态分析法。根据丹东市平原区4个代表性观测井2015年地下水位观测资料，逐站统计因降水造成的地下水水位累计升幅∑△h、分区变幅带给水度μ、累积降水量∑P，然后用公式α＝μ*∑△h/∑P，逐站计算本年的降水入渗补给系数α值。（3）灌溉入渗补给系数β灌灌溉入渗补给系数β灌是指灌溉入渗补给地下水的水量与田间灌水量的比值。影响β灌 的因素比较复杂，有地下水埋深、岩性、灌溉定额等，短期试验无法取得确切数据，本次计算参考水利部门多年灌溉试验资料，取综合值β灌＝0.20。（4）渠系渗漏补给系数m渠系渗漏补给系数m是渠系渗漏补给地下水的水量与渠首引水量的比值。计算公式为：m＝r（1－η）式中r—修正系数η—渠系有效利用系数经分析，本次计算取干、支渠综合渠系渗漏系数m＝0.145。（4）渗透系数K渗透系数K为地下水力坡度等于1时的渗透速度。影响渗透系数的因素很多，它决定于介质特性和液体特性两个方面，包括土壤颗粒组成、孔隙度、孔隙大小等。根据本地区平原区含水层岩性，确定各分区K取值范围为19～33米/日之间。（5）地下水力坡度I水力坡度I是沿渗透路径水头损失与相应渗透长度的比值。根据本年地下水位等值线分析确定I＝0.00019。3.1.3平原区地下水资源量计算（1）降水入渗补给量的计算降水入渗补给量是指降水（包括填洼水和地表坡面漫流）入渗到土壤中并在重力作用下渗透补给地下水的水量。Q降＝P*α*F式中：Q降—大气降水入渗量P—时段内降水量α—时段内平均降水入渗系数F—接受大气降水入渗补给的计算面积（2）灌溉入渗补给量①田间入渗补给量田间入渗补给量是指渠灌水进入田间（包括田间渠道）后，经过包气带渗入补给地下水的水量。计算公式：Q田间入渗＝β*Q渠田式中：Q田间入渗—田间入渗补给量β—入渗系数Q渠田—进入田间的水量本次计算中，渠灌进入田间的水量由渠首引水量*渠系有效利用系数而得。 ②渠系渗漏补给量渠系渗漏补给量是指由于灌溉渠道水位高于地下水位而补给地下水的水量。计算公式：Q渠系＝m*Q渠首引式中：Q渠系—渠系渗漏补给量m—渗漏补给系数Q渠首引—渠首引水量③灌溉入渗补给量灌溉入渗补给量既为田间入渗补给量与渠系渗漏补给量之和，由于本次评价工作中矿化度＞2g/L的咸水区不参加评价，故需将灌溉入渗量的咸水部分扣除。（3）山前侧渗补给量山前侧渗补给量是指山丘区的山前地下径流补给平原区浅层地下水的水量。计算方法为沿补给边界切割剖面，分段按达西公式进行计算。计算公式：Q侧补＝K*I*B*H*T式中：Q侧补—山前侧渗补给量K—渗透系数I—地下水力坡度B—计算断面宽度H—含水层厚度T—补给时间本次计算，沿山前切割剖面长206.75Km，含水层厚度由水文地质图查得，补给时间确定为1年。（4）井灌回归量由于研究区内平原区井灌极少，本次评价井灌回归补给忽略不计。综上所述，丹东市平原淡水区（矿化度＜2g/L）2015年地下水总补给量为2.709亿m³。3.2山丘区地下水资源量 山丘区水文地质条件复杂，岩性、风化作用不同导致含水层的各种水文及水文地质参数存在很大差异，而且由于地形地貌、地质结构的影响，同一含水层（组）的不同地区甚至不同部位的富水性也不同，由于受到实验资料缺乏和研究程度低的限制，直接计算其地下水的补给量非常困难。然而，由于山丘区地形高差悬殊，河床深切，含水层较薄，调蓄性差，因此地下水的排泄方式相对简单。降水中仅有小部分耗于蒸散发（尤其是裸露山区），大部分入渗形成地下径流（一般地区可达90%左右），以河川基流和泉流的形式排出。通过地下水均衡原理得知，总排泄量等于总补给量，所以用山丘区地下水各项排泄量之和近似代替研究区域地下水资源量。虽然本次工作并未对山丘区内小型山间河谷平原作为平原区单独评价，按补给量计算其地下水资源量，但考虑其具有平原区地下水的补排特征，地下水的排泄除了以径流方式排入河道外，有相当一部分耗于潜水蒸发，因此，在计算山丘区地下水排泄量中应包含山间河谷平原区的潜水蒸发量。3.2.1河川基流量河川基流量是山丘区地下水的主要排泄量。2015年分区河川基流量的评价采用基流模数分区法，需要先选择一定数量的有代表性的水文站，以分割逐日平均流量过程线的方法求得求得各站的基流模，然后供类似区域借用或综合。根据各代表站河川基流分割成果，计算单站基流模数，计算公式为：Moi＝Rg/fi式中Moi——单站基流模数Rg——河川基流量Fi——水文站集水面积利用模数分区法计算分区河川基流量就是根据地形地貌、植被、地质等条件，把评价区划分为若干个均衡计算区，每个均衡计算区都有一个或多个基流分割代表站，利用代表站代表面积加权法推求均衡计算区内的平均基流模数。＝∑Moi.fi/∑fi对于无代表站控制的均衡计算区可根据其下垫面因素、水文气象因素采用类比法借用邻区资料推求平均基流模数。分区河川基流量等于各均衡计算区的河川基流量之和，即：Rg＝∑Rgi＝∑（Moi*Fi）3.2.2小型河谷平原区潜水蒸发量潜水蒸发量是河谷平原区地下水的主要排泄量之一，它是指潜水在毛细管引力的作用下，向上运动，形成的蒸发量。（1）潜水蒸发系数C潜水蒸发系数C是潜水蒸发量和水面蒸发量的比值。C值一般采用地下水动态分析法计算，但在本区域短时间内尚无法确定由潜水蒸发引起的年地下水总降幅∑Δh值，所以本次计算是根据计算区的含水层岩性和地下水埋深利用综合分析法确定C值。表3丹东市小型河谷平原区潜水蒸发系数分析结果 系数分区所在流域V级区多年平均潜水埋深（m）潜水位变幅带岩性潜水蒸发系数1鸭干3.10亚粘土～细砂0.0382鸭干3.10亚粘土～细砂0.0383鸭干3.59亚粘土～细砂0.0354浑江6.09亚粘土～细砂0.0255爱河3.10亚粘土0.0356爱河4.73亚粘土0.0257爱河4.30亚粘土0.0288大洋河4.09亚粘土～亚砂土0.0229大洋河4.09亚粘土～亚砂土0.02210大～碧1.03亚粘土～亚砂土0.050（2）潜水蒸发量的计算利用1：100000地形图量算各计算区内小型河谷平原区的面积，按下式计算：Q蒸＝∑E0*C*F式中：Q蒸——潜水蒸发量E0——水面蒸发量C——潜水蒸发系数F——计算区面积。3.2.3山前侧向流出量山丘区地下水的山前侧向流出量是指在山丘区与平原区交界带处，由山丘区补给平原区的地下水量，这部分水量即是平原区山前侧向补给量，此处不再重复。综上所述，山丘区地下水资源量为地下水各项排泄量之和。通过计算得出，2015年丹东市山丘区地下水资源量为8.278亿m³。3.3分区域地下水资源量地下水资源量＝山丘区地下水资源量+平原区地下水资源量－二者重复计算量。2015年全市地下水资源量10.68亿立方米，比多年均值偏少30.9%，比上年偏多0.5%。其中，山丘区地下水资源量8.278亿立方米，平原区地下水资源量2.709亿立方米，山丘区与平原区地下水重复计算量0.3094亿立方米。 图2地下水资源组成图3.3.1按流域分区地下水资源量与多年均值相比，2015年地下水资源量除鸭～大1.478亿立方米，偏多7.0%以外，其余普遍偏少。具体情况是：浑江1.680亿立方米，偏少40.6%；爱河2.936亿立方米，偏少37.1%；太子河0.0274亿立方米，偏少33.7%；蒲石河0.8317亿立方米，偏少33.0%；鸭干1.975亿立方米，偏少32.3%；大洋河1.406亿立方米，偏少26.9%；大～碧0.3441亿立方米，偏少23.1%。图3流域分区地下水资源分布图3.3.2按行政分区地下水资源量与正常年份相比，2015年地下水资源量普遍偏少，按幅度依次是：宽甸4.200亿立方米，偏少38.5%；振安0.3502亿立方米，偏少34.8%；凤城2.963亿立方米，偏少34.7%；元宝0.0513亿立方米，偏少34.0%；大孤山0.4813亿立方米，偏少26.7%；振兴0.1852亿立方米，偏少16.4%；东港2.446亿立方米，偏少5.5%。 图4行政分区地下水资源分布图4.结论本次计算工作是在充分搜集2015年资料的基础上，利用水均衡发对研究区内地下水资源量进行计算，计算过程精确、参数选取合理，保证计算结果的准确。通过分析计算得出，2015年丹东市地下水资源总量为10.68亿m³。计算结果为丹东市地下水资源合理开发利用与保护提供科学依据。参考文献[1]刘宏燕，赵福江.丹东市土壤污染成因及变化趋势分析.科学时代.2012（10）：16-17[2]崔磊，迟道才，赵宏兴.1951-2006年丹东地区旱涝特征初步分析.中国农村水利水电.2009（7）：58-60[3]张彦增.衡水市地下水资源分析探讨.地下水.28（2）：20-22[4]万玉玉，苏小四，董维红，侯光才.鄂尔多斯白垩系地下水盆地中深层地下水可更新速率.吉林大学学报（地球科学版）.40（3）：623-630 于玥联系电话：18241559889电子邮箱：shiliuye1986@163.com'