地下水资源量计算及分区侧向排泄量估算

在多年平均情况下，山丘区的地下水动态基本处于稳定状态，故其多年平均蓄变量ΔW差≈0，山丘区的补给资源量可近似认为Q补≈Q排。因此，地下水资源量可用各项排泄量表示。晋城市地下水资源排泄量主要由河川基流量、开采净耗量、地下水潜排量和蒸发量组成。

（一）水文及水文地质参数的分析确定

（1）降水入渗补给系数。参考了中国地科院岩溶所、山西省229煤田地质队的相关研究成果。

（2）灌溉入渗系数。参考山西省第二次水资源评价田间灌溉入渗专题成果。

（3）水库与河道渗漏。选用中国地科院岩溶所和山西省229煤田地质队的相关研究成果，晋城市水资源开发利用规划以及1997～2004年河流断面实测资料。

（4）潜水蒸发系数。选用山西省第二次水资源评价太谷均衡实验站专题研究成果。

（5）水面蒸发。选用全市5个气象站1956～2000年E601型蒸发皿折算值。

（6）渗透系数。主要收集各县（区）钻孔资料及野外抽水试验资料，在计算断面上选择有代表性的K值，取其平均值作为计算值。个别无资料地区，根据水文地质条件、含水层岩性选取经验值。

（7）给水度。主要根据全市地下水的动态资料，并收集部分野外试验成果进行对比确定。

（二）河川基流量的计算

河川基流量是山丘区地下水的主要排泄项。

1.单站河川基流量计算方法

单站基流量均利用还原后的1956～2000年的月平均流量过程线，采用直线斜割法分割求得，即自地表径流的起涨点至径流退水的转折点处（拐点）以直线连接，直线以下部分为河川基流量。起涨点之前或拐点之后若无明显地表径流变化，则全部作为河川基流量。由于基流切割是在月平均流量过程线上进行的，起涨点和退水拐点的选定存在一定误差，因此在基流切割过程中，要考虑基径比、类同地区基流模数以及上下游区间的基流分配比等因素，综合分析其合理性，然后确定径流过程线的拐点，并计算基流量。其中飞岭、润城和五龙口站1956～1979年现状下垫面条件下的基流量利用1980～2000年径流基流关系曲线求取。

对于水文站断面以上用水量微弱的河流，可视为天然类型，基流量采用逐月分割；对于水文断面以上用水量较大的河流，需将实测径流量进行天然还原后，逐月分割基流量；对于多峰状的径流过程，则逐峰分割；对于连续降雨形成的锯齿状径流过程，则采用最后一次峰的拐点与起涨点连接的办法求得基流量。

2.基流模数计算

单站基流模数以水文站1956～2000年逐年的基流量除以本站控制面积计算；区间基流模数为下、上游水文站1956～2000年逐年基流量之差除以区间面积而得。

3.水资源分区基流量计算

晋城市按流域可分为丹河、沁河、入黄小河、入汾小河、入沁小河（即沁河晋城段五龙口水文站以下入沁的诸小河）和卫河6个流域区。其中，丹河由任庄和山路平水文站控制，沁河由飞岭、润城和五龙口水文站控制；其余4个为未控区域。

（1）有控制站分区基流量计算。沁河的张峰分区和润城分区利用飞岭和润城站的基流差值（即飞岭站与润城站区间基流），然后按面积比计算张峰分区和润城分区基流量系列。用五龙口和润城水文站的基流差值，即五龙口与润城水文站区间基流量，加上入沁小河未控区基流量减去省界至五龙口区间基流得到阳城分区基流量系列。任庄水文站的控制区与任庄水资源分区一致，因此任庄站基流即是任庄分区的基流。山路平水文站与任庄水文站基流之差，再减去省界至山路平区间基流，即得泽州分区基流。

（2）未控区基流量计算。卫河分区采用峪河口站（558km2控制面积）的基流模数乘以卫河分区面积求得。入汾小河分区因该分区断裂较为发育，因此基流按径流的0.3倍计算。入黄小河分区选用邻近站垣曲水文站作为参证站，该分区的基流按垣曲水文站控制区的基流模数乘以该区面积求得。丹河省界至山路平区、入沁小河区以及沁河省界至五龙口区，均采用类比法，用各自的径流量乘以润城分区的基径比求得。

计算得到全市1956～2000年多年平均基流量为70744万m3/a，1980～2000年多年平均基流量为62689万m3/a。各系列各水资源分区多年平均基流量见表4-2。

表4-2　晋城市各水资源分区多年平均基流量表　单位：万m3/a

4.行政分区基流量计算

各行政分区基流量按基流模数法计算，即

式中：Ri为i行政区基流量；Mj为j水资源分区的基流模数；Fi，j为i行政区在j水资源分区的分布面积；n为i行政区内分布的水资源分区数。

各行政分区不同系列的多年平均基流量计算结果见表4-3。

表4-3　晋城市各行政分区多年平均基流量表　单位：万m3/a

（三）侧向排泄量的计算

侧向潜排量为计算区地下水通过地下径流方式向相邻区的侧向排泄量。晋城市侧向排泄量根据邻区行政归属，分为出省境潜流、向外市（临汾市）潜流两类，统称为出境潜流量。其中向外省潜流量为10100万m3/a，向外市潜流量500万m3/a，合计出境潜流量为10600万m3/a。另外，晋城市各水资源分区之间还存在侧向潜排量。

晋城市出省潜流量采用补给量法估算，内部各水资源分区之间的侧向潜排量采用断面法估算。计算断面一般选择在计算区边线附近，而且与地下水流向垂直。在计算过程中，通常根据边界水文地质条件、地貌条件把计算断面划分为若干段，依据各段参数进行叠加计算。即

式中：Q侧排为本区向相邻区域的侧向排泄量（或潜入量），m3/d；Ki为第i断面含水层渗透系数，依据断面所在位置的抽水试验资料确定，取值范围为10～35m/d；Mi为第i断面含水层平均厚度，结合区内勘探成果，含水层厚取其平均值90m；Ji为第i断面地下水水力梯度，依据地下水等水位线确定，其取值范围为1‰～4‰；Li为第i断面长度，m。

晋城市各水资源分区侧向排泄量计算结果见表4-4。

表4-4　晋城市各水资源分区地下水排泄量表　单位：万m3/a

（四）地下水开采净消耗量的计算

地下水开采净消耗量包括农业开采净耗、工业开采净耗、城镇生活用水和农村人畜吃水净耗。采用净耗系数计算，即

式中：Q净耗为地下水净消耗量；Qi为第i种用途的用水量；αi为第i种用途的用水净消耗系数；n为地下水用途数。

农业灌溉用水净耗系数取0.85、林牧渔业用水净耗系数取1.0，工业及城镇生活用水净耗系数综合取0.5，农村人畜吃水净耗系数为1.0。地下水开采量（包括泉水利用量）采用晋城市用水统计年报1990～2000年的用水量平均值。计算表明：晋城市1990～2000年平均地下水净消耗量为7984万m3/a。其中城镇生活用水净消耗量889万m3/a，占地下水总净消耗量的11.1％；农村生活用水净消耗量1665万m3/a，占地下水总净消耗量的20.9％；林牧渔业用水净消耗量207万m3/a，占地下水总净消耗量的2.6％；农业灌溉用水净消耗量1728万m3/a，占地下水总净消耗量的21.6％；工业用水净消耗量3495万m3/a，占地下水总净消耗量的43.8％。各水资源分区地下水净消耗量见表4-5。

表4-5　晋城市各水资源分区1980～2000年年平均地下水净消耗量计算表　单位：万m3/a

由于用水统计资料系列较短，因此，以1990～2000年的多年平均值视为1980～2000年多年平均年净消耗量。参考1990年地下水用水量与1990～2000年的多年平均用水量的比，取1990～2000年平均值的0.8倍作为1956～2000年系列的多年平均年净消耗量，结果为6388万m3/a，各水资源分区1956～2000系列年均地下水净消耗量见表4-6。

表4-6　晋城市各水资源分区1956～2000年年均地下水净消耗量表　单位：万m3/a

（五）潜水蒸发消耗量

根据晋城市潜水埋深及地层岩性情况，蒸发极限深度取4.5m。地下水统测水位结果表明，晋城市地下水潜水蒸发区主要分布在润城分区和任庄分区。(www.xing528.com)

潜水蒸发量计算公式为

式中：E为地下水蒸发量；Fi为第i蒸发区面积；E0i为第i蒸发区水面蒸发量，即E601型蒸发值；Ci为第i蒸发区潜水蒸发系数，即潜水蒸发量E与水面蒸发量E0之比值；n为蒸发量计算小区数。

潜水蒸发系数主要依据山西省水资源二次评价研究成果（表4-7），并结合晋城市潜水蒸发区岩性和潜水位埋深情况分区选定。计算结果表明：晋城市1956～2000年多年平均年潜水蒸发量为1547万m3/a，其中任庄分区为1019万m3/a，润城分区为528万m3/a；1980～2000年多年平均年潜水蒸发量为1193万m3/a，其中任庄分区为673万m3/a，润城分区为520万m3/a。

表4-7　潜水蒸发系数表

（六）地下水资源量计算

根据晋城市地下水的消耗途径及补给条件，其补给资源量可按下式计算：

式中：R基流为河川基流量；Q潜排为侧向潜排量；Q净耗为开采净消耗量；Q蒸发为潜水蒸发量；Q潜入为侧向潜入量。

1.水资源分区地下水资源量

计算结果表明：晋城市1956～2000年多年平均地下水资源量为89279万m3/a，其中基流量为70744万m3/a，占地下水资源量的79.2％；蒸发量为1547万m3/a，占地下水资源量的1.7％；地下水净耗量为6388万m3/a，占地下水资源量的7.2％；侧向潜排量为10600万m3/a，占地下水资源量的11.9％。各水资源分区地下水资源量见表4-8。

表4-8　晋城市1956～2000年系列各水资源分区地下水资源量汇总表　单位：万m3/a

续表

1980～2000年多年平均地下水资源量为82465万m3/a，其中基流量为62688万m3/a，占地下水资源量的76.0％；蒸发量为1193万m3/a，占地下水资源量的1.4％；地下水净耗量为7984万m3/a，占地下水资源量的9.7％；侧向潜排量为10600万m3/a，占地下水资源量的12.9％。1980～2000年系列各水资源分区地下水资源量见表4-9。

表4-9　晋城市1980～2000年系列各水资源分区地下水资源量汇总表　单位：万m3/a

2.行政分区地下水资源量

各行政分区地下水资源量按模数法计算。按模数法的计算公式为

其中

式中：Qj为j行政区地下水资源量；Mi为i水资源分区的水资源模数；Qi为i水资源分区地下水资源量；Fi为i水资源分区的面积；Fi，j为j行政分区在i水资源分区的面积；n为水资源分区数。

各水资源分区地下水资源模数见表4-10。各行政分区地下水资源量计算结果见表4-11。

表4-10　晋城市各水资源分区地下水资源模数表

表4-11　晋城市各行政分区地下水资源量汇总表　单位：万m3/a

3.不同保证率地下水资源量

不同保证率地下水资源量计算，其中基流量采用理论频率分析法计算，其他各项采用固定值。计算结果表明：晋城市1956～2000年系列50％、75％、95％和97％保证率地下水资源量分别为87004万m3/a、78563万m3/a、69536万m3/a和67921万m3/a，各水资源分区不同保证率地下水资源量见表4-12。

1980～2000年系列在50％、75％、95％和97％保证率下地下水资源量分别为80824万m3/a、74021万m3/a、66029万m3/a和64365万m3/a，各水资源分区不同保证率地下水资源量见表4-13。各行政分区不同保证率地下水资源量见表4-14。

4.不同类型含水层地下水资源量

晋城市地下水按照含水层类型可划分为孔隙水、裂隙水和岩溶水三种类型，其中裂隙水含水层包含碎屑岩裂隙水含水岩组和碎屑岩夹碳酸岩层间岩溶裂隙水含水岩组。

表4-12　晋城市1956～2000年系列各水资源分区不同保证率地下水资源量表　单位：万m3/a

表4-13　晋城市1980～2000年系列各水资源分区不同保证率地下水资源量表　单位：万m3/a

表4-14　晋城市各行政区不同保证率地下水资源量汇总表

不同类型含水层地下水资源量根据各水资源分区水文地质条件和地下水各项排泄量的形成特征确定。1956～2000年系列孔隙水、裂隙水和岩溶水含水层地下水资源量分别为4987万m3/a、7143万m3/a和77149万m3/a。各水资源分区各类含水层地下水资源量见表4-15。

表4-15　晋城市1956～2000年系列各类含水层地下水资源量表　单位：万m3/a

1980～2000年系列孔隙水、裂隙水和岩溶水含水层地下水资源量分别为4729万m3/a、6498万m3/a和71238万m3/a。各水资源分区各类含水层地下水资源量见表4-16。各行政分区不同系列各类含水层地下水资源量见表4-17。

表4-16　晋城市1980～2000年系列各类含水层地下水资源量表　单位：万m3/a

表4-17　晋城市各行政区各类含水层地下水资源量表

需要特别指出的是，晋城市孔隙水、裂隙水和岩溶水之间存在密切的水力联系。例如，在河谷中孔隙水可能会接受裂隙水的侧向补给；在煤矿排水区域孔隙水可能会通过有利的构造部位或断裂补给裂隙水；在延河、三姑两个岩溶泉域内，孔隙水、裂隙水除开发利用、采煤排水和部分补给河水形成基流之外，其余孔隙裂隙水将通过断裂裂隙、溶隙以及有利构造部位补给岩溶水。目前对孔隙水、裂隙水、岩溶水之间的转换关系缺乏定量研究，所以，各含水层地下水资源量是一个相对的量。

5.不同水质地下水资源量计算

晋城市不同水质地下水资源量在对2004年水质监测分析（见第七章）的基础上采用模数法计算。计算结果表明：晋城市1956～2000年系列Ⅱ类地下水资源量为24061万m3/a，占地下水资源总量的26.95％；Ⅲ类地下水资源量为56772万m3/a，占地下水资源总量的63.59％；Ⅳ类地下水资源量为2623万m3/a，占地下水资源总量的2.94％；Ⅴ类地下水资源量为5823万m3/a，占地下水资源总量的6.52％。各水资源分区不同水质类型地下水资源量见表4-18。1980～2000年系列Ⅱ类地下水资源量为20769万m3/a，占地下水资源总量的25.19％；Ⅲ类地下水资源量为53978万m3/a，占地下水资源总量的65.46％；Ⅳ类地下水资源量为2478万m3/a，占地下水资源总量的3.00％；Ⅴ类地下水资源量为5240万m3/a，占地下水资源总量的6.35％。各水资源分区不同水质类别地下水资源量见表4-19。

表4-18　晋城市1956～2000年系列各水资源分区不同水质类别地下水资源量

表4-19　晋城市1980～2000年系列各水资源分区不同水质类别地下水资源量

各行政分区不同水质类别地下水资源量见表4-20。

表4-20　晋城市各行政分区不同水质类别地下水资源量　单位：万m3/a

另外，对于深埋岩溶水区（指延河泉域以北地区），由于仅有一个井孔水质资料，同时该区岩溶水的水动力条件也有待查清，因此，本次评价没有考虑该区的岩溶水资源量。