水量均衡法在地下水资源评估中的应用分析

崔静芝

(和田水文勘测局，新疆 和田 848000)

随着经济建设社会的快速发展，需准确评估新疆和什托洛盖煤田白杨河区域地下水资源含量，进一步开展了水文地质及环境地质调查与评价工作[1-2]。结合地势地貌、构造类型、构造强度以及水文环境，基于量均衡法探究了新疆和什托洛盖煤田白杨河区域地下水的含量、分布以及组成，为和什托洛盖煤田开发规划及水资源的科学开采提供水文地质依据。

1 水文地质概况

新疆和什托洛盖煤田处于新疆西北部，地下水接受西北部吾尔喀夏尔山丰沛的降水及高海拔冰雪融水补给[3-4]。该地域地下水系统可划分为白杨河北洼地地下水系统、白杨河谷地地下水系统和乌尔禾三角洲地下水系统三个四级地下水系统[5]。

1.1 白杨河北洼地地下水系统

白杨河北洼地地下水系统为相对封闭地下水环境，地下水水质相对较好，杂质含量少[6]。且西部以白杨河为分界线，由东向西展开分布，东西长约为89 km，南北宽约为5～26 km，总面积1 978.81 km2，其中平原区面积700.20 km2。其中代表性山区基岩裂隙水流量变化如图1所示。

图1 山区基岩裂隙水流量变化

1.2 白杨河谷地地下水系统

白杨河谷地地下水系统位于东以吾尔喀夏尔山分水岭为界与塔城盆地为邻；南为扎伊尔山为界，东以哈拉阿特山的分水岭为界[7]。白杨河谷地为典型的东西向延展的谷地形态，东西长约138 km，南北约宽17～78 km，总面积6 362.51 km2，其中平原区面积2 749.40 km2。其中代表性山区基岩裂隙水流量变化如图2所示。

图2 山区基岩裂隙水流量变化

1.3 乌尔禾三角洲地下水系统

乌尔禾三角洲地下水系统中储水量较大，且分布面积较广。西部地下水范围可延伸到成吉思汗山，东部地下水可延伸至玛纳斯湖[8]。该地区东西长约为159 km，南北方向宽约为20～53 km，该区域计算面积为6 158.70 km2，其中平原区面积1 861.10 km2。其中代表性山区碎屑岩类裂隙流量变化如图3所示。

图3 碎屑岩类裂隙流量变化

2 地下水水量计算-水量均衡法

2.1 均衡计算区面积计算

水量均衡法是计算地下水含量较为常用的方法之一，其计算原理主要以水动力平衡为基础，来计算总的涌水量的一种常用方法[9]。根据新疆和什托洛盖煤田白杨河区域地下水资源的分布特征，将其划分成三个均衡计算区，各个均衡计算区面积如图4所示。

图4 均衡计算区面积

2.2 水量计算—水量均衡法

根据气象资料和实测地表径流数据研究，本次均衡时段选定在2012年9月-2013年9月，采用现状年地下水量均衡，计算时段长度为365 d[10]。计算公式可表示为：

Q总补-Q总排±ΔW=ΔX

(1)

ΔW=F·Δh·μ×102

(2)

(3)

式中：Q总补为进入地下水系统的水量，单位为万m3；Q总排为流出地下水系统的水量，单位为万m3；ΔW为储变量，单位为万m3；F为水位下降区分布面积(km2)；Δh为面积加权水位降幅值(m)；μ为储水系数值；X为绝对均衡差(万m3)；δ为相对均衡差。

2.3 地下水水量均衡结果

2.3.1 白杨河北洼地计算区

北洼地计算区地下水均衡结果如图所示，其补给量由暴雨洪流入渗量、降雨入渗补给量、地下水回归量等组成，地下水总补给量为2 549.14万 m3/a。流出项则由泉水溢出量、侧向排泄量、潜水蒸发量等组成，总排泄量为2 517.90万 m3/a。

图5 白杨河北洼地地下水水量均衡结果

2.3.2 白杨河谷地计算区

白杨河谷地计算区地下水均衡结果如图6所示，其补给量由暴山前雨洪流入渗量、河道入渗补给量、山前侧向径流量和河谷潜流量等组成，地下水总补给量为21 311.96万 m3/a。流出项则由潜水蒸发量、机井开采量、排碱沟水量等组成，总排泄量为21 544.07万 m3/a。

图6 白杨河谷地地下水水量均衡结果

2.3.3 乌尔禾计算区

乌尔禾计算区地下水均衡结果如图7所示，其补给量由上游断面侧向径流量、降水入渗补给量、河道入渗补给量等组成，计算区地下水总补给量为6 666.24万 m3/a。流出项则由机井开采量、潜水蒸发量等组成，总排泄量为6 390.23万 m3/a。

图7 乌尔禾区地下水水量均衡结果

综合上述研究结果可知，新疆和什托洛盖煤田白杨河区域地下水资源总量为27 867.07万 m3/a，其中北洼地计算区水资源量为2 538.87万 m3/a，白杨河谷地计算区水资源量为18 976.67万 m3/a，乌尔禾计算区水资源量为6 351.53万 m3/a。

3 地下水水质评价

按照地下水水质评估标准，探究新疆和什托洛盖煤田白杨河区域地下水水质变化规律，如表1所示。研究发现该区域水质分布具有明显的分带规律，自西北部的吾尔喀夏尔山—白杨河谷地—下游乌尔禾三角洲—艾里克湖，地下水质量逐级递减，由优良逐渐变差，呈现比较明显的带状分布。西北部吾尔喀夏尔山区及白杨河谷地中上部戈壁砾石带水质最佳，东南部乌尔禾三角洲水质较差，水质最差的区域主要集中在成吉思汗山。

表1 地下水水资源评价表

4 结语

本文基于水量均衡法探究了新疆和什托洛盖煤田白杨河区域地下水资源的储量及变化规律。研究结果表明白杨河谷地计算区水资源量最为丰富，北洼地计算区水资源量较少，且水质分布具有明显的分带规律。本文研究结果可为新疆和什托洛盖煤田地下水开采提供理论依据，进一步推进新疆和什托洛盖煤田白杨河区域地域工业化进程。