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哈尼河与柏木峡谷干旱地区的水资源评价



全 文 :哈尼河与柏木峡谷干早地区的水资源评价
冶金部西安勘察公司 韩昌彬
在干旱的河谷 潜水地区建设水源地 , 往
往由于枯水季节地下水的补给不足 , 而采取
将含水层逐步疏干 , 待翌年丰水季节补充恢
复的办法来解决水源地的连续供水问题 。 水
源地的疏干性开采 , 要求含水层具有相当的
贮水和调节条件 , 业通过水源地的干扰降深
计算与丰水期可否补偿的 验 证 , 来 判 断开
采程度及其合理性 , 进而确定水源地的允许
开采量 。 本文以内蒙哈尼河与青海柏木峡供
水勘察工程为例 , 介绍一下应用潜水非稳定
理论对 疏干开采迸行井群干扰计 算 与 对 边
界 、 参数处理方面的体会 。
哈尼河属干旱的内蒙高原内陆河 , 工作
区位于河流的中上游谷地 。 区内年降水量平
均仅 2 2 2毫米 , 集中于 7 一 9 月 , 占年 降 水
量的 84 % , 且常以暴雨降泄而形成洪流 。 河
谷宽 2 0 一 4 0 米 ,两岸基岩裸露 ,裂隙发育 。
地下水赋存于第四 系砂 、 砾石及下伏风化花
岗岩裂隙带中 。 冲积层厚 3 ~ 6 米 , 含水层
平均厚度 17 米 , 谷 内河床及河漫滩较发育 ,
宽 10 ~ 80 米 , 大都为洁净的砂砾石 。
柏木峡位于青海互助县境内 , 系山前季
节性河流 。 区内降水量在上游山区为 60 3 毫
米 , 下游谷地 49 8毫米 , 集中于 6 一 9 月 , 占
年降水量的 6 8 . 6 ~ 72 % 。 区内古河道发育 ,
地下水赋存于第四系砾 、 卵石层 中 , 主要受
河水和降水入渗的补给 。含水层厚 8 ~ 1 3米 ,
区内分布不均 。 地下水坡降大 , 径流强烈 ,
当沿河谷运动至纳加一带 , 由于第三系红层
突起的阻水作用而大量溢出地表 , 旱季时测
得溢出量为 1 0 6 2 8米 “ / 日 。 河谷地下水位的
最枯期为 2 一 3 月 。
一 、 抽水试验及成果分析
基于干旱地 区地下水的补给量具间歇性
的特点 , 为便于疏干性开采计算 , 在工作 区
选择典型地段进行了一 、 二处非 稳 定 流 抽·
水试验 , 其余各孔则进行常规的稳定流抽水
试验 。 两个地区的试验孔位置见图 1 、 2 。
图 1 哈尼河
乡贫水区
图 2 柏木峡
1
。 哈尼河地 区
沿河谷 8公里长的河段内布 置 9 个 钻
孔 , 平均孔距 1公里 。 各孔的抽水试验结果
见表 1 。 在孔 7 及 8 进行抽水试验时 , 由于
抽水强度超过钻孔最大出水量 , 而出现动水
位不断下降的情况 。 如 8 号孔 ,抽水延续 1 15
小时 , 动水位仍以 0 . 6米 / 日的速率下降 , 显
然是疏干含水层的结果 。 其余各孔的稳定流
试验虽然动水位达到了一定时间 的 相 对 稳
定 , 但抽水结束后的动水位在长时间内未恢
复到原静水位 , 一般都要相差 0 . 13 一 0 . 63
米 。
表 1
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} 枯水期
{ 枯水期
一 枯水期
一仁水期
枯水期
枯水期
丰水期
枯水期
才占水期
子占水期
斗二水期
丰水期
从在丰 、 枯水季节所进行的 5 、 7 号孔
抽水试验结果看 出 , 枯水期单孔出水量为丰
水期的 6 7 . 1 0一 80 . 3 % (见表 2 ) 。 从而表明
表 3
孑: 号 、架,
表 2
孔 号 帆季节 {、熟, 。研丁){二厂{诫潇几 ”以 , 、 “ , 一 / 。 ) J `为 少 {
6 枯水期
井 5 ’ 丰水期
7 枯水期
井 7一 l 丰水期
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1 1 8
1 3 8
1 7 4
6 2
6 4
1 0 7
干早地区地下水的贮存量与年降水多少及降
水在各季节的分配密切相关 。 从表 1 还可看
出 . 5 及 7 一号孔在枯水期的渗透系数仅为丰
水期的 70 一 7 % , 平均为 7 3 . 5% 。
2
. 柏木峡地 区
在 5 . 5公里长的河谷中布置了 三条勘探
线 , 各单孔抽水试验结果见表 3 。
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1 3
1 0 6
.
0 5
3
。 不稳定流试验
斌验选择哈尼河地区的 7 、 n 号孔和柏
木峡地区的 5 号孔进行 , 主要用布尔顿法和
泰斯法进行参数计算 , 并兼 以 其 它 方法验
证 ,其结果见表 4 。
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表 4
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K (m/ d)
T (m

/ d)

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8 6 1

8 理
表 4表明 , 在哈尼河地区 , 除水位恢复
法的计算值偏大外 , 其它方法相近 , 故可采
用平均值 ; 而柏木峡地区相差较大 , 故只采
用布尔顿法的结果 。
用不稳定流和稳定流两种方法计算 K 值
的结果列于表 5 。 对比表明 , 哈 7 与柏 5 孔
的不稳定流计算结果大于用单孔稳定流完整
井公式计算的结果 ,比值分别为 2 . 38 与 1 . 6 8 。
哈 1 号孔因在雨季进行的试验而反常 。
现用表 5 中柏 5 孔的 K 不 比 K稳单 的 比
表 5
孔号 不
/
.
K K 稳 ( m / d )
2

3 8
钾 ){6甘“ . “赞 {只… ’吮户8 ` _ . .…吧 .例系数将柏木峡各孔的稳定流之 K值换算为
不稳定流的 ,见表 6 。换算中 , 距 5 号孔较近
K 不 / K稳单
哈 7
哈 1 1
的 1 、 2 、 4 号孔采用换算系数 1 . 60 ; 下游
较远的 1 1 、 E 4孔用较安全的换算系数 1 . 40 。
表 6
孔 号 K 稳 } 换 算
m / d ) { 系 数
K
( m

/ d )
孔 K稳 换 算
号 ( m / d ) 系 数
K 不
( m / d )
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二 、 地下水资源评价
1
。 哈几河地 区
工作区的设计需水量为 4 9 8 0米” / 日 , 需
沿河谷中 心设置九口管井 , 平均井距为 1公
里 (见图 3 ) 。 各点动水位的下降值采用潜
水完整井井群干扰不稳定理论公式计算 , 即
8 = ” 一办 2 一六;全: 知 ( u s ) ( 1 ) ,
~ 3 2 ~
_式中
U` 二
“— 计算点的干扰降深值 ;
H — 含水层平均厚度 ;
Q — 各井的抽水量 ;
w(
u , ) — 井函数 ;黔一并函数“ 变量 ’
r— 计算点至各井的距离 ;林— 给水度 ;t— 疏干时间 ( 日 ) ;
T = H K— 导水系数 。
I园没 1 区段
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兀区段
一一一一— 州一州一` 一图 3 哈尼河水源地井群千
扰降深计算示意图
计算中对边界 , 参数及疏干时间的处理 :
1 ) 边界 : 河谷两岸均视为平行对称的
直线不透水边界 。 据位于河谷坡脚处的 6 号
孔的资料 , 孔深 4 . 9米 , 揭露含水层 2 . 56 米
(其中基岩裂隙水为 2 米 ) 。当水位下降 0 . 89
米时 , 单井出水量为 90 米 “ / 日 。 考虑到河谷
两岸有丘陵基岩区弱透水的侧向补给 , 故把
含水层宽度由原 30 0米放宽到 5 0 米 。
2 ) 疏干时间 : 地下水在一个水文年 内
出现两个补给期 , 即 4 月的冰融期与 7 一 9
月的降水期 。 从 10 月开始地下水位下降 , 直
至翌年雨季获得新的补给为止 。 鉴于降水补
给的周期性 , 可认为井群开采在 7 ~ 9 月的
90 天内不存在疏干 , 其余 2 75 天为疏干时间 ,
而将冰融期的补给 留作后备 。
3 ) 参数的采用 : 根据含水层沿河走向
的不均匀性 , 把建井区分为三个计算区段 ,
分别采用不同参数 (表 7 ) 。 因第 I 区段无
不稳定流参数 , 故对 1 、 3 号孔的稳定流 K
表 7一一. . - 曰一 . .一 . .一 .- . - .一 .- - - ~ .一 . . . . . . . . . . . . . . . ~ - .一兰二泣’
值用变换系数 2 . 38 予以修正后采用 ; 第 n 、
l 区则分别用孔 1 1 、 7 的不稳定 流参 数 代
表 。对第 n 区段的丰水期参数 K 、 T值削 减 至
7 3
.
5%后代表枯水期 , 枯水期含水层平均厚
度采用 1 7米 。
计算时取五回次对称映射 , 即 9 口实井
及 90 口虚井 , 共 ” 口实虚井对计算井的干扰
降深 。 计算结果 , 建井中心区 1 1 、 1 0 、 12 和
5 号井的水位下降值分别为 6 . 8 4 、 7 . 7 、 6 . 80
和 6 . 80 米 ,为平均含水层厚度 ( 17 米 )的 3 8 . 4
~ 4 5
. 了% 。 说明拟建井群的布局及各井的开
采量合理 。
wt 3 3~
哈尼河河谷地 区的地下水在枯水期被疏
干 , 那未在雨季可否得 到补偿而恢复? 雨季
对地下水的补给分两种形式 , 一是降水通过
陵间洼地向河谷汇集 , 二是降雨后的河水泛
滥期 ( 2 一 5 小时 ) 及洪水后的河床表流期
( 1 一 2 天 ) , 洪水和表流水的渗入 。 在此
补给期中 , 被疏干部分 恢复所需的时间为
t : = “ ; · H : / K : + 林 B 一 s / K B ( 2 )
式中 , H 。为包气带厚度 , 采用 9 个孔的水位
埋深平均值 1 . 74 米 ; s 为降深值 , 采 用 5 、
1 0

1 1及 1 2号孔的平均值 7 . 0 5米 ; K .和 K 。
分别为包气带与含水层的渗透系数 , K .按砂
层的经验值用 5 米 / 日 , K 。采用三个区段 K
值之平均值 2 4 . 4 9米 / 日 ; 件 .和林。分别为包气
带与被疏干含水层之给水度 , 因包气带的岩
性与含水层相同 , 且水位浅 , 包气带薄 , 故
林 . = 协。 ,采用表 7 中三个区段的加权平均值 ,
即林 = 0 。 0 9 0 5 。
将上述参数值代入 ( 2 ) 式 , 得
t 。 = 1 . 3 8 (小时 )
计算结果表明 , t 。小于实际的洪水淹没
时间 ,所以含水层在疏干 性开采后 ,在雨季完
全可为河水的补给而得到恢复 。 事实上 , 除
了雨季河水渗入外 , 还有春季冰融期断面流
量 30 7米 ” / 日的渗入补给 , 对水源地的连续
供水会起补充作用 。
2
. 柏木峡地区
设计需水量为 3 0 0 0 0米 “ / 日 , 需沿河谷
线状布置 9 口取水井 , 井距一般为 7 50 ~ 9 0
米 , 平均 8 8 米 , 井群布 局见图 4 , 其 中 的 ,
10 号井表示现有地方工业用井 。
图 4 柏木峡水源地井群干扰
降深计算示意图
1 ) 补给量的计算
河谷各断面的地下水径流量计算见表 8 。
表 8
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水位动态资料对所取 H值进行削减 。 计算结
果表明三个断面的径流量相差较大 (表 8 ) 。
河水及降水渗入量的计算 。
河谷潜水的天然补给 , 主要是河水的渗
入与大气降水在流域区的渗入 。 为计算这两
部分补给量 , 选择断面 n 及纳加溢出带至上
游峡口的地段 , 业用 ( 3 ) 式进行 , 其结果
列于表 9 。
Q ,r 二 f ` + W : 一 Z

( 3 )
式中 , Q T为地下水天然补给量 , f `为河水渗入
量 , w 叹为降水渗入量 , z 。 为潜水面 蒸 发
量 。
f x = f s
·
L 一 Z ,
W
r = a 1
.
F
.
X
Z 。 = a : . B o . L . 2
三式中 , f : 为河水流失量 (米 3 / 日 · 米 ) ; L为
计算段河流量长度 ; B `为河面宽度 ; z 为平耸
~ 3 4wt
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日蒸发量 ; a : 为降水渗入系数 , F为河谷谷
地面积 ; x 为平 均日降水量 ; a : 为潜水面蒸
发系数 , B 。为潜水蒸发面宽度 。
表 9 中 , 渗入量的计算采用 五 月 末 测
得的河水流量 。 据 7 、 8 、 9 月河水的流量
资料 , 全区渗入量 (纳加段 ) 分别为 8 7 5 9 6 、
3 20 7 5及 一 。 . 02 米 ” / 日 。即丰水期由于河床下
包气带趋于饱和 , 河水渗入量减少 , 至九月
时地下水溢出地表反补给河水 。
2 ) 允许开采量
由上可知 , 柏木峡谷潜水在平 、 丰水期
时 , 河水的正常渗入补给可达 3 4 0 0 0米 “ / 日
以上 , 可 以满足设计需水量的要求 。 然而在
枯水期 , 井群连续开采势必疏干地下水 , 为
此用公式 ( 1 ) 进行了井群干扰降深计算 ,
以确定疏干后期的动水位下降值 , 检验进行
疏干性开采的可能性 。
计算中对边界 、 参数 、 疏干量 、 疏干时
间进行了如下处理 。
边界 : 河谷两岸视为不等宽的平行直线
隔水边界 。
参数 : 分为 I 、 n 、 1 区 , K值采用表
6 不稳 .定流值 。 I 区用 1 、 2号孔的平 均值 ;
1 区用 4 、 5 孔的平均值 ; 1 区 以1 号 、 E `
农灌井 的资料代表 。 ,
疏干时间 : 据地下水动态资料 , 冬早和
春 早 二 枯 水期不连续出现 , 春早介于春汛
和夏汛之间 , 易于从河水得到补充而恢复 ,
故只确定二 、 三两月为冬旱枯水期 , 即疏干
时间为 60 天 。
疏干开采量 : 鉴于计算区枯水期地 下水
的补给量尚无资料确定 ,采用纳加地段 地 下
水天然溢出量 1 0 0 0 0米 “ / 日 为枯水期的地下
水补给量 . 则疏干开采量为 2。。 o d来 ” / 日 (见
表 1 0
井 含 水 层 夹 用 参 数 _ . 总 疏数 疏 于I 区 段 n 区 段 皿 区 段 干 时
最 间宽 长 厚 K “ 10 3

s m l d K 二 2 6 3

9 7 m / d K = 1 3 6
· 4 4 m坦 ( m “ / d ) ( d )度 度 度 T = 8 2 5 . 19m “ l d T = 2 7 1o . s o m “ Id T = 1 4 3 4 。 2 1m ` l d
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表 1 0 ) 。 经计算表明 , 建井区中心的 6号井及
疏干量较大的 4 、 10 号井的水位下降值分别
为 4 . 7 8 、 3 . 6 9和 1 . 78 米 ,为含水层平均厚度的
21
.
97 ~ 5 7
.
7%
。 可 见 , 除 4 号井的干扰降
深略大于含水层平均厚度 ( 8 . 29 米 ) 的二分
之一 外 ,其余两孔均不大 。 然而实际上在 4 号
井处 , 含水层厚达 12 米 , 另外柏木峡谷枯水期
的地下水断面流量大于 1 0 0 0。米 “ /日 ,所以地
下水的干扰下降值会小于计算值 , 因此该区
地下水 的允许开采量定为 3。。 0 0米 “ /日 。
在枯水期被疏干的地下水 , 到 4 月春汛
开始时即可得到补充 , 6 月下旬到 8 月 的夏
汛期间更可得到河水的渗漏补给 。 . 7 、 8 、 两月
的河水渗入量实测平均为 5 9 8 3 5米 “ /日 ,除去
3 0 0 0 0米 ” / 日的开采量 ,还余 2 9 8 3 5米 3 / 日 。
若汛期补给时间按 6 月下旬到 9 月中旬 4 个
月计算 , 则汛期的总渗入量为 3 5 8 0 2 0 0米” ,
而枯水期的总疏干量为 1 2 0 0 0 0 0米 “ , `可见补
给量远大于疏干量 , 说明被疏干的地下水经
过春 、 夏汛的补给 , 完全可 以恢复 。
参 考 文 献
1 1 】长春地质学院 《 地下水动力学 》 , 1 9 6 4年 10 月 。
【2 】武汉水利电力学院农水系北方地下水科研 组 编 ,
《 地下水非稳定流计算及资源评价 》 , 19 78 年 8 月。
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