四柏海則最小引水量研究

四柏海則最小引水量研究

一般來(lái)說(shuō)，引水回滲必須有四個(gè)基本條件：一是有利于地表水收集的場(chǎng)所，二是有可收集的水源，三是有可儲(chǔ)存的地下空間，第四，良好的地下水開采條件。靖邊縣北部風(fēng)沙灘地區(qū)地處毛烏素沙漠南緣與黃土丘陵的過(guò)渡地區(qū);其枯竭的海則是良好的地表水引滲場(chǎng)所;干涸海則的四周分布諸多河流和地表水庫(kù),能為引水回滲提供洪水水源;厚度達(dá)50m以上的砂性地層,以第四系潛水為主,而地下水大量開采所形成了大厚度包氣帶,提供了蓄水空間;北部風(fēng)沙灘地區(qū)是農(nóng)灌分散開采地下水和水源地集中開采地下水的重要地區(qū),其地下水的開采條件良好。在四柏樹海則野外回滲試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,著重分析了引水回滲對(duì)區(qū)域水環(huán)境改善的可能性,并輔以數(shù)值模擬相論證。因此,人工引水回滲,對(duì)防止淡水資源枯竭和水質(zhì)惡化,對(duì)防止生態(tài)環(huán)境的進(jìn)一步惡化以及改善沙漠灘地區(qū)人居環(huán)境等具有重要意義。1學(xué)習(xí)方法1.1充填材料的過(guò)水性四柏樹海則現(xiàn)已完全干涸,其地形整體東高、西低。據(jù)布設(shè)的18個(gè)探坑揭露,地形較高處的地下水位埋深1～2.2m,地形較低處的地下水位埋深0.5-0.6m(圖1)。滲坑選擇在四柏樹海則地形低洼的西北角,坑內(nèi)最低點(diǎn)的地下水位埋深僅0.255m。因滲坑附近既無(wú)地表水源、也無(wú)水井可供利用,故采用打井抽取地下水作為回滲水源,抽水井(編號(hào)ZK1)位于滲坑西北方向,井深30m,在抽水井與基準(zhǔn)點(diǎn)之間的連線上布設(shè)了兩個(gè)觀測(cè)孔(編號(hào)為G1、G2),兩觀測(cè)孔孔深均為10m,含水層為細(xì)砂層,地下水位埋深3m?；貪B試驗(yàn)歷時(shí)367.6h,注水入坑(抽水)歷時(shí)5h;采用連續(xù)恒定流量注水(即定流量抽水),注水入坑(抽水)流量8.62m3/h,5h入坑水量43.12m3;試驗(yàn)期最大集水面積為319m2。由圖2-4可知ZK1孔抽水80min后兩個(gè)觀測(cè)孔水位趨于穩(wěn)定,停抽26min后G1觀測(cè)孔水位完全恢復(fù),停抽126min后G2觀測(cè)孔水位完全恢復(fù)。根據(jù)抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)求得參數(shù)見表1,計(jì)算的含水層滲透系數(shù)K為6.8m/d,抽水試驗(yàn)影響半徑R為74m。由圖5、圖6的ZK1孔抽水期間以及停抽后的滲坑水位上升與下降曲線可知,滲坑水位開始急劇上升,隨著時(shí)間的延長(zhǎng)上升速率變緩,反映后期注水量的增加主要表現(xiàn)為滲坑水面積的增加,水層厚度增加較慢;滲坑水位下降總體比較平穩(wěn),有先快后慢的趨勢(shì),但變化不大,反映水滲失比較穩(wěn)定;回滲試驗(yàn)至24日有較強(qiáng)降水匯入坑中,使坑水位有明顯幅度的上升。抽水期間入滲強(qiáng)度為0.31m3/(d·m2),停抽后入滲強(qiáng)度開始為0.02m3/(d·m2),最后穩(wěn)定在0.01m3/(d·m2)。滲坑早期入滲強(qiáng)度大于晚期入滲強(qiáng)度,可能與初入滲坑的水有相當(dāng)一部分濕潤(rùn)干燥的土壤有關(guān),顯然穩(wěn)定后的入滲強(qiáng)度對(duì)模擬引水回灌具有很好的代表性。1.2雙環(huán)滲流試驗(yàn)為獲取四柏樹海則各處地表土層入滲參數(shù)的變化情況,在四柏樹海則洼地內(nèi)均勻布設(shè)了10處地點(diǎn)進(jìn)行雙環(huán)滲水試驗(yàn),滲水穩(wěn)定時(shí)間大于2h。綜合上述滲水試驗(yàn)的成果,以坑滲試驗(yàn)后期的入滲強(qiáng)度計(jì)算值,作為四柏樹海子引水回灌的入滲參數(shù)是可靠的。1.3地下水位與蒸發(fā)度四柏樹海則近似一個(gè)圓形洼地,東高西低,平均深度1～2m。由圖7可知,洼地圈閉的總面積為54281m2,洼地底部面積為42623m2;洼地區(qū)入滲強(qiáng)度取坑滲試驗(yàn)的結(jié)果為0.01m3/(d·m2);洼地區(qū)全部被水淹沒(méi)后的入滲量為426m3/d,如果全年被水淹沒(méi),則年入滲量為16萬(wàn)m3。靖邊縣多年平均降水量396.1mm,多年平均蒸發(fā)度1835mm,蒸發(fā)折算系數(shù)取0.58,四柏樹海則全年被水淹沒(méi)的年純蒸發(fā)量約為3萬(wàn)m3。四柏樹海則年平衡引水量為最大入滲量與純蒸發(fā)量之和,年平衡引水量為19萬(wàn)m3,保證四柏樹海則全年有水的最小引水注入量確定為20萬(wàn)m3/a。2地下水位趨勢(shì)預(yù)測(cè)建立包含四柏樹和煉油廠兩個(gè)水源地以及四柏樹海則與楊家灣水庫(kù)區(qū)的地下水?dāng)?shù)值模型,將四柏樹海則最小引入量作為注水井加入模型中,預(yù)測(cè)現(xiàn)狀開采水平下未來(lái)30a地下水位變化趨勢(shì)及四柏樹海子引水回滲引起的地下水位升幅變化。預(yù)測(cè)結(jié)果表明,模型區(qū)地下水位整體趨勢(shì)沒(méi)有發(fā)生太大的變化,四柏樹海則中心處形成封閉的降落漏斗,北部風(fēng)沙灘地區(qū)地下水位略有所升高;四柏樹海則水位升幅大于1m,北部風(fēng)沙灘地區(qū)水位升幅為0.4～0.6m。3正常年份可利用量的預(yù)測(cè)綜合考慮靖邊縣境內(nèi)地表水資源的質(zhì)量、數(shù)量、開發(fā)利用條件,水庫(kù)多年平均可利用量為2908萬(wàn)m3/a,保證率90%的可利用量為1922萬(wàn)m3/a。在水資源開發(fā)利用規(guī)劃中,是以保證率90%的可利用量進(jìn)行規(guī)劃的,所以正常年份多于保證率90%的可利用量的那部分水資源量即可作為回灌水源加以利用,考慮到豐、平、枯水年的交替變化以及提高引水的可靠性度等因素,可按50%折算可利用的引滲水量。據(jù)此算得水庫(kù)可利用的引滲水量為493萬(wàn)m3/a。四柏樹海則引水回滲模擬預(yù)測(cè)表明,引水注入量20萬(wàn)m3/a,入滲補(bǔ)給地下水量16萬(wàn)m3/a,可增加海則面積42623m2。水庫(kù)可利用的引滲水量為493萬(wàn)m3/a,入滲水量為約290萬(wàn)m3/a,可回滲海子面積約1km2。可見,引水回滲是對(duì)整個(gè)地區(qū)的環(huán)境生態(tài)效應(yīng)的一種有效的改善途徑。4地下水開發(fā)量預(yù)測(cè)模型通過(guò)野外試驗(yàn),綜合分析了引水回滲后對(duì)四柏樹海則環(huán)境的影響。研究結(jié)果表明:(1)通過(guò)野外回滲試驗(yàn)取得可靠的引水回滲入滲系數(shù)0.01m/d,并計(jì)算出保證四柏樹海則全年有水的最小引水注入量確定為20萬(wàn)m3/a。(2)建立地下水?dāng)?shù)值模型后,預(yù)結(jié)果表明,模型區(qū)地下水位整體趨勢(shì)沒(méi)有發(fā)生太大的變化,北部風(fēng)沙灘地區(qū)地下水位略有所升高;四柏樹海則水位升幅大于1m,北部風(fēng)沙灘地區(qū)水位升幅為0.4～0.6m。(