江苏省地下水资源计算简介

江苏省地下水资源计算简介陆小明，严锋，朱道军（江苏省水文水资源勘测局，江苏南京210029）摘要：根据水利部水规总院的统一部署，从江苏省的实际出发，对主要的水文地质参数进行了率定，并以此为基础，把江苏省分为南北两片分别计算，对江苏省的地下水资源量作了全面评价。关键词：地下水；资源；计算为实现水资源永续利用和做主经济、社会可持续发展，根据水利部水利水电规划设计总院统一部署下，我省进行了地下水资源量的全面评价。本次评价的地下水资源量是指全省地下水体中参与水循环且可以逐年更新的动态水量，是对近期下垫面条件下以1980～2000年平均值代表多年平均地下水资源量。1参数的确定水文地质参数是各项补给量、排泄量以及地下水蓄变量计算的重要依据，由于水文地质参数与水文地质条件、地形地貌、气候、水系、土壤岩性存在密切关系，因此根据近期地下水测井动态资料，对主要参数给水度μ、降雨入渗补给系数α、潜水蒸发系数C进行了分析、率定。1.1给水度μ给水度μ是浅层地下水资源评价的主要参数，指饱和岩土在重力作用下自由排出的重力水的体积与该饱和岩土体积的比值。μ值大小主要与岩性及其结构特征有关，根据本省主要的5种不同包气带岩性，在每种岩性上分别取资料质量较好的长观井，用地下水动态分析法计算μ值，把计算结果与我省的实验结果相比较，综合分析对比合理取值后，确定了我省不同岩性的给水度μ，见表1。表1江苏省北方片平原区不同岩性给水度μ值表岩性粘土粘土亚粘互层亚粘土亚砂亚粘互层亚砂土μ值0.0200.0250.0300.0350.0401.2降水入渗补给系数α降水入渗补给系数α值，是指降水入渗补给量与相应降水量的比值，主要受包气带岩性、地下水埋深、降水量大小和强度、土壤前期含水量、微地形地貌、植被等因素的影响。本次α值在原计算μ值的基础上，计算出不同埋深、不同降水量下的α值，见表2。表2江苏省平原区不同岩性、不同岩生降水入渗补给系数α取值表岩性不同埋深降水入渗系数α值0～1m1m～2m2m～3m3m～4m粘土0.06～0.120.07～0.150.12～0.180.16～0.22粘土亚粘互层0.1～0.130.8～0.16亚粘土0.1～0.150.09～0.180.15～0.220.15～0.2亚砂亚粘互层0.10～0.220.19～0.270.16～0.24亚砂土0.12～0.240.14～0.251.3潜水蒸发系数C潜水蒸发系数C是指计算时段内潜水蒸发量与相应时段的水面蒸发量的比值，主要受水面蒸发量、包气带岩性、地下水埋深、植被状况的影响。我省根据地下水动态资料及水面蒸发量，推求不同岩性的埋深Z～潜水蒸发系数C关系曲线，取值详见表3。表3江苏省平原区潜水蒸发系数C取值表岩性地下水埋深（m）＜0.50.5～1.01.0～1.51.5～2.02.0～2.52.5～3.03～4粘土0.25～0.60.1～0.250.01～0.10.005～0.01粘土亚粘互层0.35～0.660.2～0.450.09～0.280.04～0.160.01～0.080.01～0.040.01～0.02亚粘土0.3～0.650.13～0.450.05～0.250.01～0.05亚砂亚粘互层0.33～0.670.154～0.330.044～0.150.02～0.04亚砂土0.4～0.860.2～0.730.15～0.410.09～0.300.03～0.200.01～0.101.4灌溉入渗补给系数β灌溉入渗补给系数β是田间灌渠入渗补给量与进入田间的灌水量的比值，影响β值大小的因素主要是包气带岩性，地下水埋深、灌溉定额及耕地的平整程度。我省根据历次研究资料，推求出不同的β值，不同岩性、地区取值见表4。表4江苏省平原区灌溉入渗补给系数β取值表岩性淮河流域长江、太湖流域粘土0．10～0.120.10粘土亚粘互层0.13～0.15亚粘土亚粘亚砂互层亚砂土0.140.151.5渗透率φ渗透率φ是指水稻田生长期，每天入渗补给地下水的水量，主要影响因素是耕植层土壤的岩性及水稻泡田期在耕植层地表面以下“稳渗层”的厚度。我省曾在全省各地以不同水稻品种、不同灌水深度、不同植株密度，进行了水稻需水量试验，求得一系列水稻淹灌期水田渗漏量，根据试验结果，结合各地情况确定φ值，具体取用值见表5。表5江苏省平原区渗透率φ取值表岩性粘土粘土亚粘互层亚粘土亚砂亚粘互层亚砂土φ值1.1～1.42.01.6渗透系数K渗透系数K为地下水水力坡降等于1时的渗流速度，影响其大小的主要因素是岩性及其结构特征。我省根据以往历年抽水试验成果进行分析，其采用值见表6。表6江苏省渗透系数K值采用值表岩性粘土粘土亚粘互层亚粘土亚砂亚粘互层亚砂土K值0.01～0.090.1～0.1690.23～0.330.34～0.40.56～0.592地下水资源量2.1平原区浅层地下水资源量2.1.1平原区浅层地下水各项补给量根据水均衡原理，平原区地下水资源量是以水量均衡原理为理论依据，现状实际资料和参数试验分析成果为基础数据进行计算的。平原区浅层地下水各项补给量首先按均衡计算区进行计算，然后按不同矿化度分区面积，分别计算出各均衡计算区内不同矿化度（矿化度的单位均为g/l）的水资源量，最后分别汇总出行政区与水资源分区的水资源量。（1）降水入渗补给量降水入渗补给量指降水（包括坡面流和填洼水）渗入到土壤中并在重力作用下渗透补给地下水的水量。采用公式以下公式进行计算：Pr=10-1*P*α*F式中：Pr──降水入渗补给量（万m3）；P──降水量（mm）；α──降水入渗补给系数（无因次）；F──均衡计算区计算面积（km2）。降水入渗补给系数α值，采用本次分析成果按各计算区包气带主要岩性、相应补给期地下水平埋深、平均年雨量选取；年降雨量P为80～2000年同步系列观测值；计算面积为我省开发利用调查基础上减去水面面积与城镇建设用地，全省平原区降水入渗补给量为1006665万m3/a，其中矿化度≤2g/l的为785450万m3/a，2～5的为46830m3/a，大于5的为174385万m3/a（矿化度单位为g/l，下同）。（2）河道、湖库渗漏补给量当河道、湖库水位高于两岸地下水位时，地表水渗漏补给地下水。我省灌溉总渠以北计算了此量的多年均值，采用地下水动力学法进行计算，公式如下：Q河补=10-4*K*I*A*L*t式中：Q河湖库补──渗漏补给量（万m3）；K──渗透系数（m/d）；I──垂直于剖面的水力坡降；A──单位长度垂直于地下水流向的剖面面积（m2/m）；L──河道或湖库长度（m）；t──河道或湖库过水（或渗漏）时间（d）。全省河道及湖库对地下水的补给量为3750万m3/a，其中矿化度≤2的为3384万m3，2～5的为54万m3/a，大于5的为312万m3/a。（3）渠系渗漏补给量渠系水位一般均高于其岸边的地下水水位，故渠系水一役均补给地下水。本次评价只计算干、支两级渠道的渗漏补给量，我省灌溉总渠以北进行了此项量的多年均值计算，采用系数法进行计算，公式为：Q渠系＝m·Q渠首引式中：Q渠系──渠系渗漏补给量（万m3）；Q渠首引──渠首引水量（万m3）；m──渠系渗漏补给系数（无因次）。全省北方片的渠系渗漏补给量为11200万m3/a，其中矿化度≤2g/l的为9531万m3/a，2～5的为259万m3/a，大于5的为1410万m3/a。（4）渠灌田间入渗补给量渠灌田间入渗补给量是指渠灌水进入田间后，入渗补给地下水的水量。我省这次评价将斗、农、毛三级渠道的渗漏补给量纳入渠灌田间入渗补给量，并将本水资源一级区河川基流量形成的渠灌田间入渗补给量单独列出，此量根据地表水体中河川基流占河川径流量的比例而定。渠灌田间入渗补给量只计算多年均值，采用公式为：Q渠灌＝β渠·Q渠田式中：Q渠灌──渠灌田间入渗补给量（万m3）；β渠──渠灌田间入渗补给系数（无因次）；Q渠田──渠灌水进入田间的水量（万m3）。全省的渠灌田间入渗补给量为281046万m3/a，矿化度≤2g/l的补给量为233663万m3/a，2～5的为11067万m3/a，大于5的为36317万m3/a。其中矿化度≤2g/l的渠灌田间入渗补给量中由河川基流形成的为24048万m3/a。（5）井灌回归补给量井灌回归补给量指井灌浅层地下水进入田间后，入渗补给地下水的水量，井灌回归补给包括井灌水输水渠道的渗漏补给量，我省对北方片有开发利用地区进行了井灌回归补给量多年均值的计算，计算结果为4500万m3/a。2.1.2平原区浅层地下水总补给量、水资源量以上各项补给量之和为平原区浅层地下水总补给量，扣除井灌回归补给量后为平原区浅层地下水水资源量。我省平原区浅层总补给量为1307161万m3/a，资源量为1302661万m3/a，其中地下水矿化度≤2g/l总补给量为1036528万m3/a，水资源量为1032028万m3/a，2～5的资源量为58209万m3/a，大于5的资源量为212423万m3/a。2.2山丘区浅层地下水资源量山丘区浅层地下水资源量采用排泄法计算，根据我省的具体情况，除河川基流量外，其它各项排泄量非常小，可以忽略不计，即河川基流量为山丘区地下水资源量。河川基流量是指河川径流量中由地下水渗漏补给河水的部分，即河道对地下水的排泄量。通过分割河川径流量过程线的方法计算，由于我省基本没有天然径流站，有的小区域径流站受水利工程和人为因素影响较大，不具备割基流的条件，所以我省借用与邻省具有相近水文地质条件山丘区的基流成果，采用模数类比法进行我省1956-2000年河川基流量的计算。我省多年平均河川基流量为108882万m3，总排泄量也为108882万m3。因此我省山丘区浅层地下水资源量为108882万m3/a,矿化度全部小于2g/l。2.3全省浅层地下水资源量山丘区与平原区地下水资源量间存在着相互转化关系，在确定地下水资源量时，需要扣除山丘区与平原区地下水资源量的重复计算量，才能较准确地反映全省的地下水资源量。2.3.1重复计算量平原区河道渗漏，渠系渗漏和渠灌田间回归补给均由河川径流量而补给，其中部分补给量来自山丘区河川基流，而基流量已计入山丘区地下水资源量中。因此，在确定全省地下水资源量时应扣除重复部分。根据地表水体中河川基流占河川径流量的比例，算出渠系及田间入渗补给量中由基流形成的补给量，作为其重复计算量。全省平原区与山丘区之间地下水资源重复计算量为24048万m3/a。分流域见表7。2.3.2全省地下水资源量全省地下水资源量为山丘区与平原区水资源量之和扣除重复计算量。全省山丘区地下水资源量为108882万m3/a,平原区水资源量为1302661万m3/a，重复计算量为246577万m3，则多年平均地下水资源量为1387495万m3。。其中矿化度≤2g/l的为1116862万m3，2～5的为58209万m3，5的为212423万m3。全省地下水资源量分流域成果见表7，分矿化度分布见图1。表7江苏省流域分区地下水资源量成果表单位：万m3/a流域山丘区平原区平原区与山丘区重复计算量分区地下水资源量淮河3025889164514633.5907269长江521891984143227.04247376太湖264352126026187.51232849总计1088821302661240481387495