潜水安全评价指标体系的研建

潜水安全评价指标体系的研建

李云峰^[1]，于向前，周亚楠，李波

（长安大学，西安710054）

【摘　要】地下水的安全包括质量安全和数量安全两大方面。本书主要研究地下水中潜水的安全问题，为此，讨论了潜水质量安全指标体系和潜水数量安全指标体系的构建；提出了潜水质量安全评价指标体系的计算公式，并设计了专用的计算程序。文中最后以陕西省关中平原区一个县城的供水水源地作为案例，探讨了实际评价潜水的质量安全和数量安全的应用问题。

【关键词】水安全，潜水，污染，指标体系，评价因子

Research on Phreatic Water Safety

Evaluation System

Li Yunfeng Yu Xiangqian Zhou Yanan Li Bo

(Chang'an UniversityXi'an 710054)

【Abstract】The security of ground water includes quality security and quantity security. The security problems of phreatic eater were discussed to build evaluation system for quality security and quantity security. The formula of quality safety evaluation system of phreatic water was put forward and the appropriative computational procedure has designed. We took one county's water supply source in Guanzhong Plain in Shaanxi Province as a case to discuss the application of quality security and quantity security of phreatic water.

【Key word】Water security; phreatic water; pollution; indicator system; evaluaton factor

1.本文的研究内容

1.1　本文研究内容的来源

本文士“111”引智计划——“干旱半干旱地区水文生态与水安全学科创新引智基地”建设项目分解课题“干旱半干旱地区典型城市地下水安全评价研究”的一部分内容。

干旱半干旱地区的典型城市，所共有的一个特点是水资源短缺，水往往成为制约城市发展的瓶颈，因此，短缺的水资源，其自身的安全问题就显得十分重要，只有水自身的安全得到有力的保障，城市的生存、发展才会有保障。然而，城市的发展越快、规模越大，对水的需求也就越大，对水的开发利用力度也就越大，随之出现的对水安全的不利因素也就越多，该分解课题的任务是围绕着干旱半干旱地区典型城市的地下水安全评价理论与评价方法开展研究工作。分解课题的研究工作选取西安市作为干旱半干旱地区典型城市的代表，研究西安市辖区4000m深度内地下水的安全问题，包括0～100m深度范围内潜水的安全问题、600m深度范围内常温地下水的安全问题、4000m深度范围内地下热水的安全问题。本文仅是其中的一部分——潜水安全评价指标体系研建的初步构思，提出来请同行专家出谋划策、帮助修改、完善。

1.2　关于“水安全”研究对象、研究内容的确定

当今世界，随着水事问题的日益突出，水安全的问题已受到全球高度地重视。所谓“安全”通常是指被保护的目标主体处在一种不存在外界威胁、没有危险的状况。所谓“水安全”，则应当是把水作为被保护的目标主体，水处在一种不存在外界威胁、没有危险的状况。

目前，对水安全的研究对象、研究内容，存在三种不同的认识:

第一种认识:研究在环境作用下水自身的安全，可简称“水安全”，是把水作为被保护的目标主体，研究水是否处在某种被威胁、不安全的环境中，外界环境是否造成水的污染、使水的质量在变差？是否造成水的数量、水位发生大的变化？甚至枯竭？这种研究把水看成是环境作用的目标，是被动体，环境是对水施加作用的主动体。重在研究水所处的环境因素。

第二种认识:研究水作用下的环境安全问题，把环境看作“用水者”，把用水者——环境作为被保护的目标主体，是“用水者的安全”，可简称“安全的水”、“安全水”，研究水是否会对用水者产生某种危害、导致用水者不安全？用水者是水作用的目标，是被动体，水是对用水者施加作用的主动体。重在研究水的质量、数量的作用结果。

第三种认识:研究“水安全”＋“安全水”，把水自身的安全与用水者的安全合并研究。

本文赞同对水安全的第一种认识，即研究在环境作用下水自身的安全，简称“水安全”。因为只有水自身安全了，才能保证用水者用上“安全的水”。关于“安全的水”的研究，已经很多，水质量的安全，有各种用水标准，水数量的安全，有很多种评价方法，因此，本研究课题不作这方面的研究，仅限研究在环境作用下水自身的安全——“水安全”。并在此思想指导下，研究“地下水安全”问题。

“地下水安全”是“水安全”的重要组成部分，地下水安全研究的是地下水自身的安全问题，指外界环境（自然因素和人为因素）直接或间接作用于地下水，引发地下水安全状况发生变化的问题。

2.关于“地下水安全”的评价

2.1　“地下水安全”评价的内容

地下水安全应当包括质量安全、数量安全两大方面，地下水只有两者均安全才是真正的安全。如果仅有质量安全而无数量安全（有质无量），那么地下水不是真正安全的；反之，如果仅有数量安全而无质量安全（有量无质），那么地下水同样也不是真正安全的。因此，“地下水安全”评价必须包括质量安全、数量安全两大方面的评价内容。

但是，地下水的质量安全、数量安全两大安全问题，难以共用相同的评价因子，更难以构建相同的评价指标体系，因此，地下水安全评价应分别从“地下水质量安全”、“地下水数量安全”两个方面单独进行评价，在质量安全评价、数量安全评价的基础上再进行地下水安全综合评价。

2.2　“地下水安全”评价指标体系的构成

正因为地下水的质量安全、数量安全两大安全问题，难以共用相同的评价因子，更难以构建相同的评价指标体系，因此，需要分别构建“地下水质量安全评价指标体系”、“地下水数量安全评价指标体系”两个方面的安全评价指标体系。

同时，潜水、承压水的安全评价所涉及的评价因子也有明显的区别，也应当分别构建评价指标体系，则“地下水数量安全评价指标体系”应当分别构建“潜水数量安全评价指标体系”、“承压水数量安全评价指标体系”。

本文仅就“潜水安全评价指标体系”的构建进行初步探讨。

3.“潜水质量安全评价指标体系”的构建

所谓“潜水质量安全”评价，主要是指保证潜水质量安全（水质不变坏）的评价，重在评价潜水的抗污染能力。

“潜水质量安全”评价采用本文研建的“潜水质量安全评价指标体系”进行。

3.1　潜水质量安全评价因子的确定

潜水质量安全性，按照“潜水质量安全性评价综合指数（代号DZ）”的数值由小到大，划分为由一级到五级、其安全性由好到差的五个级别:

第五级:代号DZ₅，　100≥DZ₅≥80，潜水质量安全性（抗污染性能）差；

第四级:代号DZ₄，　80＞DZ₄≥60，潜水质量安全性（抗污染性能）较差；

第三级:代号DZ₃，　60＞DZ₃≥40，潜水质量安全性（抗污染性能）中等；

第二级:代号DZ₂，　40＞DZ₂≥20，潜水质量安全性（抗污染性能）较好；

第一级:代号DZ₁，　DZ₁＜20，　　潜水质量安全性（抗污染性能）好。

综合指数较大的区域，抗污染性能差，潜水易于被污染，其“级别”较高；指数较小的区域，抗污染性能好，潜水不易被污染，“级别”较低。

本指标体系的构建，受到潜水脆弱性评价指标体系的启发。目前潜水脆弱性评价常用的DRASTIC公式为:

式中:DR_y为潜水脆弱性评价综合指数DR的原始值；D、R、A、S、T、I、C分别代表脆弱性7项评价因子的“等级分量”:潜水埋深D（m）、净补给量R（mm/a）、含水层介质类别A、土壤介质类别S、地形坡度T（x%）、包气带介质的类别I、渗透系数C（m/d）。

本文构建的潜水质量安全评价指标体系，其质量安全指数DZ原始值DZ_y的计算涉及到如下的9项评价因子:

其中，专为反映垂向补给的指标有:

因子1　潜水埋深D₁（m），见表3－1潜水埋深等级分量；

因子2　大气降水净补给量R₁（mm/a），见表3－2大气降水净补给量等级分量；

因子3　土壤介质类别S，见表3－3土壤介质的类别等级分量；

因子4　地形坡度T₁（x%），见表3－4地形坡度等级分量；

因子5　包气带介质的类别I，表3－5包气带介质的类别等级分量。反映垂向补给、横向补给共用的指标有:

因子6　含水层介质类别A，见表3－6含水层介质的类别等级分量；

因子7　渗透系数C（m/d），见表3－7渗透系数等级分量。

专为反映横向补给的指标有:

这里所指的“横向污染补给源”，是指横向的、水位高于计算单元中点处潜水位的那些污染补给源。这里的污染补给源指按照《地表水环境质量标准GB 3838—2002》达到Ⅳ类、Ⅴ类标准的地表水及水质更劣的废污水，Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类地表水不作为污染补给源。只有水位高于计算单元中点处潜水位的那些补给源的污染水才有可能从横向进入到计算单元内。对于季节性、或间歇性的横向间断补给源，则按全年累计的补给水量平铺在计算单元的水层厚度计入。

因子8　横向污染补给量R₂（mm/a）——横向污染补给源每年补给计算单元的水量（按水平平铺在地表的水层厚度计）见表3－8横向污染补给量等级分量。横向污染补给量指标等级分量既考虑了污染源的水量、同时又考虑了污染源的水质量，即用水量×水的类别（Ⅳ类水＝4、Ⅴ类水＝5，如果是城镇厂矿排污口的废污水则＝6～10）；没有接受横向污染补给源的，其横向污染补给量等级直接定为1级；因Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类地表水不作为污染补给源，所以其横向污染补给量等级也直接定为1级。

因子9　横向污染补给源的距离D₂（m）——从计算单元的中点到污染补给源最近边界的水平距离，见表3－9横向污染补给源距离等级分量；没有接受横向污染补给源的，其距离等级直接定为1级；对Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类地表水因不作为污染补给源，所以其距离等级也直接定为1级因子8、因子9对水质影响特别强烈，其重要程度（公式中的系数）远远高于其他因子。

表3－1　潜水埋深等级分量

Table 3－1　The rank com ponent of phreatic water depth

表3－2　大气降水净补给量等级分量

Table 3－2　The rank com ponent of net precipitation recharge

表3－3　土壤介质的类别等级分量

Table 3－3　The rank com ponent of soil medium category

表3－4　地形坡度等级分量

Table 3－4　The rank component of terrain slope

表3－5　包气带介质的类别等级分量

Table 3－5　The rank com ponent of unsaturated zonemedium category

表3－6　含水层介质的类别等级分量

Table 3－6　The rank com ponent of aquifer medium category

表3－7　渗透系数等级分量

Table 3－7　The rank com ponent of penetration coefficient

表3－8　横向污染补给量等级分量

Table 3－8　The rank component of crosswise pollution increment

表3－9　横向污染补给源距离等级分量

Table 3－9　The rank com ponent of crosswise pollution soure distance

3.2　潜水质量安全评价指标体系的计算公式

参考DRASTIC公式，本文提出了潜水质量安全评价指标体系的计算公式。

潜水质量安全指数DZ原始值DZ_y的计算公式:

DZ_y介于43～430之间。

所以，潜水质量安全指数DZ的计算公式为:

用（3－3）式计算出的DZ最大值为100，最小值为10。按照DZ值的计算结果，确定潜水质量安全属于1～5级的哪一级。

4.“潜水数量安全评价指标体系”的构建

所谓“潜水数量安全”评价，主要是指保证潜水数量安全的评价，重在评价潜水的抗消耗能力。

“潜水数量安全”评价采用本文研建的“潜水数量安全评价指标体系”进行。

4.1　潜水数量安全性评价因子的确定

潜水数量安全性评价，重在确定不同条件下地下水的补给数量，当支出量（消耗水量——主要是开采量）限定在某个安全性级别以内时，即为相应的安全等级。

补给项因子有:①常水头地表水体补给；②垂直补给量；③含水层储存量；④透水边界断面流入量。

潜水数量安全性评价对象可以是一个完整的水文地质单元，也可以是其中圈定出的一部分，但不论空间如何圈定，上述四大因子必须能定量化。其中:

（1）常水头地表水体补给QA的确定方法:

式中，k为含水层渗透系数（m/d），I为水力坡度，F为断面面积（m），B为断面长度（m），M为断面处含水层平均厚度（m）。

（2）垂直补给量QB的确定方法:

式中，Q_雨为大气降水入渗补给量，Q_蒸为潜水面蒸发排泄量，Q_越为含水层之间的越流补给（取正数）、越流排泄（取负数）的代数和。

（3）含水层储存量QC的确定方法:指评价时含水层中储存的、现有技术条件下可以取出的水量。

式中，F为含水层面积（m²），M为含水层的可采厚度（m），E为含水层的储水系数。

（4）透水边界断面流入量QD的确定方法:指地下水上游断面流入量、下游断面流出量的代数和；这项因子的确定需慎重，要充分考虑地下水上游断面的流入量是否有保障，如果不允许动用上游断面之上游的地下水，那么，此项应设定为零；如果该断面的流入量长期有充分的保证，则可用断面法确定之:

式中，k为断面处含水层渗透系数（m/d），I为断面处水力坡度，F为断面面积（m²），B为断面长度（m），M为断面处含水层平均厚度（m）。

4.2　潜水数量安全性评价指标体系

表4－1　潜水数量安全性评价指标体系

Table 4－1　The evaluation system of phreatic water quantity security

潜水数量安全性，按照地下水的开采量“Q采”与补给数量之间的数量关系，其安全性由好到差划分为五个级别:

5.潜水安全评价案例

5.1　案例区自然地理及水文地质条件

案例区为一个县城的供水水源地，该县城位于陕西省中部关中平原区，县城座落在渭河二级及一级阶地上，高程540～568m，地形平坦。城区多年平均降水量664.2mm，城区水源地南侧的渭河是区内的过境河流，平均流量81m³/s，由西流向东，过境约10多千米，河床河滩宽度600～1000m。该河水及河床潜水是区内地下水的主要补给来源，河谷一级阶地宽度约4km。见图5－1案例区地形地貌图。

区内全是第四系松散地层，据钻孔揭露162m深度内，可划分为上更新统冲积层及全新统下部冲积层。

上更新统冲积层埋藏分布于垂深50～70m，地层厚度70～90m，地层岩性以沙砾卵石为主及沙层与亚黏土等土层相间互层或夹层的地质结构。该地层组合即为浅层承压水的赋水地层。

全新统下部冲积层构成一级阶地，地层岩性为以较单一的沙砾石为主夹沙层或沙性土透镜体的地质结构。厚度47～70m。该地层即为潜水的赋水地层。

本水源地勘探供水井深度162m以内皆为第四系松散堆积物，含水地层岩性以沙砾卵石为主并夹沙层及土层。本水源地潜水含水层广泛分布于一级阶地，含水层地质结构单一，岩性为冲积相的沙砾卵石、中粗细沙及夹薄层土层或透镜体而组成，含水层厚度47～53m，由北而南向渭河方向增厚，当抽降4.73～6.25m，单井出水量3000～4000m³/d，为富水含水层，本水源地潜水的补给来源主要有大气降水入渗、河流渗漏、上游潜水径流流入等补给。大气降水入渗补给与地形、饱气带地层岩性、潜水位埋深、降水强度及延续时间、蒸发强度等因素密切相关。本水源地范围为漫滩及一级阶地区、地形平坦、潜水位埋较浅，饱气带岩性为沙砾沙层及沙土，透水性强等降水入渗有利条件。河流渗漏补给:渭河于水源地南边界向东流去，过境10多千米，河床及漫滩为厚层沙及沙砾组成，渗透性强，在天然条件下，地下水向渭河排泄（图5－2案例区天然条件潜水流场图），在人工开采条件下，河水位高于潜水位，均产生河水大量补给地下水。据同类型傍河水源地地下水在开采条件下，河水补给量占可开采量的约75%～80%，即使在河水断流的情况下，河床及漫滩的潜水贮存量，可起到调蓄调节的作用。

图5－1　案例区地形地貌图

Fig.5－1　The geomorphological map in research area

安全评价域西界在火车站西侧，东界到五一村东，南到渭河主轴线，北到渭河一级阶地后缘，呈东西长、南北宽的矩形区域，该矩形的四条边线为正东西向、正南北向。东西向边长8000m，南北向边长4000m；总计面积为32km²。

对于潜水含水层，南侧傍渭河，其水文地质概念模型可概化为西、北、东三个方向为无限边界、南侧渭河为定水头边界的半无限含水层。

图5－2　案例区天然条件潜水流场图

Fig.5－2　The natural phreatic water flow field in research area

5.2　案例区潜水质量安全评价

5.2.1　评价域单元剖分

图5－3　案例区单元剖分图　　Fig.5－3　The mesh division of research area

根据（3－2）式、（3－3）式计算的需要，首先对评价域进行平面二维剖分，为此把东西长8000m、南北长4000m的计算域剖分成东西方向16列、南北方向8行，共计128个正方形的评价单元，行、列间距均为500m。见图5－3案例区单元剖分图。

5.2.2　含水层渗透系数的计算

评价区内现有国营792厂井的单孔抽水试验资料是潜水含水层的抽水试验，根据该抽水试验资料，对潜水含水层的水文地质参数进行了计算。

渗透系数的计算按照GB50027－2001规范要求，对于792厂井的单孔稳定流抽水试验进行了计算，得出:渗透系数＝32.1542m/d。

图5－4　案例区潜水埋深图

Fig.5－4　The phreatic water depth chart in research area

5.2.3　评价域潜水质量安全评价因子的取值

质量安全评价涉及到九大因子，其中的潜水埋深因子，见图5－4案例区潜水埋深图。地形坡度见图5－1案例区地形地貌图。

降水补给量因子、土壤介质因子、包气带介质因子、含水层介质因子、渗透系数因子均可依据已掌握的数据，对照评价体系表中的指标直接确定出因子的级别，见表5－1。

表5－1　潜水质量安全评价因子取值表（126个单元）

Table 5－1　The value of phreatic water quality evaluation factor（126 units）

续表

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其中，横向污染补给量、横向污染源距离两项因子的确定比较繁琐，特作以下说明:

在指标体系中已解释过:因子8横向污染补给量R₂（mm/a）是指横向污染补给源每年补给计算单元的水量（按水平平铺在地表的水层厚度计），横向污染补给量指标等级分量既考虑了污染源的水量、同时又考虑了污染源的水质量，即用水量×水的类别（Ⅳ类水＝4、Ⅴ类水＝5，如果是城镇厂矿排污口的废污水＝6～10）；对没有接受横向污染补给源的，其横向污染补给量等级则直接定为1级；因Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类地表水不作为污染补给源，所以其横向污染补给量等级也直接定为1级。

所以，应当先根据流场图确定出:污染源补给了哪些单元、没有补给哪些单元，来看图5－5案例区现状潜水流场图。

首先对没有接受渭河补给单元的因子8横向污染补给量、因子9污染源距离赋值，这些单元的因子8、因子9级别一律直接定为1级。

然后，对接受渭河补给单元的因子8、因子9逐单元赋值。

从图5－5可以看出，从5～11号井中采出的水各来自包围着该井的4个单元中，其中南侧的两个单元主要接受渭河来水；北侧的两个单元主要接受西边界的来水，也接受部分渭河来水；要算清南侧单元接受的渭河来水量，需要先扣除北侧单元对开采井贡献的来自西边界的水:

每个单元来自西边界的地下水用断面法计算:Q＝kjA＝kjbM

图5－5　案例区现状潜水流场图

Fig.5－5　The present phreatic water flow field in research area

其中的渗透系数k已知为32.15 m/d，水力坡度j可从图5－1取得数据2m/1700m＝00012，每个单元的断面长度b＝500m；断面含水层厚度M的确定用这11个单元的均值:

表5－2　断面含水层厚度的确定表

Table 5－2　The cross section thickness of aquifer

因此，地下水西边界对每个开采单元的流入量Q:

然后，把北侧单元的流入量扣除，剩余量就是南侧每个单元对开采井所贡献的水量，这个水量当然是来自渭河的补给量，见表5－3。

表5－3　来自渭河的补给进入3～10号单元的水量

Table 5－3　The recharge water volume to 3～10 units from W eihe River

表5－4　表5－3中所用到的各井的开采量

Table 5－4　The yield of well in table 5－3

受水动力场的作用，开采井北侧的单元也接受了少部分渭河来水，这部分水虽然从数量上没有计算进对开采井的贡献上，但是，从对北侧单元的污染上，却是不能忽略的，这里按近渭河相邻单元的1/3计之，见表5－5:

表5－5　来自渭河的补给进入20～27号单元的水量

Table 5－5　The recharge water volume to 20～27 units from W eihe River

因子8、因子9处理完毕后，潜水质量安全评价九大因子的取值全部完成，均列入到了“潜水质量安全评价因子取值表（126个单元）”中。

把式3－3直接调用的因子级别抽出来，列入“潜水质量安全评价因子级别表（126个单元）”中。待程序调用、计算安全综合指数。

表5－6　潜水质量安全评价因子级别表（126个单元）

Table 5－6　The evaluation factor rank of phreatic water quality safety（126 Units）

续表

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5.2.4　评价域潜水质量安全评价结果

编制程序计算出安全评价结果后，绘图表示如图5－6:

这是渭河水质为4类时评价域潜水质量安全评价结果，最差的是3～10单元的4级水—安全性较差。其次是1、2、11～16、19～26单元，3级水—安全性中等；剩余单元均为2级水—安全性较好。

5.2.5　案例区影响潜水质量安全主导因子的讨论

评价结果3～10单元为4级水，3～10单元安全性较差的原因无疑是渭河水补给的结果；除此之外，受渭河水补给造成安全性降低的还有19～26单元，如果没有渭河水的补给，19～26单元的其他7因子本来应当与17、18、27～32单元取值相同、都应当属于安全性较好的二级，就是因为多出了横向污染源—渭河水的补给，才由安全性较好的二级变为安全性中等的三级。可见，渭河的补给是影响评价区潜水质量安全性的最重要的因子。

图5－6　案例区潜水质量安全性评价分区图（地表水源为四类水）

Fig.5－6　The regionalization map of phreatic waterquality security evaluation in research area（The surface water source is the water standard Ⅵ）

渭河水质也出现过达到5类的季节与河段，因此，这里又对渭河水质为5类时该区潜水的安全性进行了评价，结果见图5－7:

图5－7　案例区潜水质量安全性评价分区图（地表水源为五类水）

Fig.5－7　The regionalization map of phreatic water quality security evaluation in research area（The surface water source is the water standard V）

最差的是4、5、8、9单元的5级水，安全性差，还有3、6、7、10单元的4级水，安全性较差。

近几年，加大了对渭河污染的治理，渭河水质有望变得好一些，如果渭河水质能变为3类，则该区潜水的安全性评价结果如图5－8:

可见，评价区最差的是1～16单元，安全性中等，而1～16单元之所以没有其他单元的安全性好，主要原因应当是这一排单元的前7个因子取值区别于其他单元。

通过上述三种不同类别（4类、5类、3类）渭河水对傍渭河潜水安全性的影响结果对比，有力地说明了，渭河水是影响傍渭河潜水自身质量安全的主导因素，必须加大治理渭河污染的力度。

图5－8　案例区潜水质量安全性评价分区图（地表水源为三类水）

Fig.5－8　The regionalization map of phreatic water quality security evaluation in research area（The surface water source is the water standard Ⅲ）

5.3　案例区潜水数量安全评价

5.3.1　几个参数的确定

潜水的数量安全评价涉及到如下几个参数。

（1）含水层渗透系数k（m/d）。

一级阶地区渗透系数:在质量安全评价中已求出，32.15 m/d，这里直接引用；漫滩区渗透系数:在质量安全评价中已求出，65.8 m/d，这里直接引用。

（2）含水层面积F（m²）。

一级阶地区（17号单元～126号单元）110个单元面积＝110×500m×500m＝110×250000＝27500000m²。

漫滩区（1号单元～16号单元）16个单元面积＝16×250000＝4000000m²。

（3）含水层厚度。

一级阶地区（17单元～126单元）当前的含水层平均厚度:45.58773m≈45.59m；

一级阶地区顺河断面（17单元～32单元）当前的含水层平均厚度:45.87813 m≈45.88m；

漫滩区顺河断面（1单元～16单元）当前的含水层平均厚度:48.42563 m≈48.43m。

（4）断面长度。

地下水上游断面（西边界断面）长度:4000m；

漫滩区顺河断面（1单元～16单元）（南边界断面）长度:8000m。

（5）水力坡度。

一级阶地区西边界断面处当前的水力坡度:08m/800m＝000125。

（6）水位埋深。

计算潜水面蒸发消耗量所用的，当前的水位埋深:见潜水等埋深图。

（7）大气降水入渗补给量。

大气降水入渗补给量见质量安全评价指标中已有结果，其中，多年平均大气降水664.2mm，一级阶地区的入渗系数02，年入渗132.84mm＝013284m，110个单元面积＝27500000m²，年入渗水量3653100m³；漫滩区的入渗系数03，年入渗19926mm＝019926m，16个单元面积＝4000000m²，年入渗水量797040 m³；全区126个单元合计年入渗水量4450140 m³。

（8）含水层储水系数E，一级阶地区为025，漫滩区为03。

5.3.2　计算过程中不断变化的几个参数的确定

上面的参数，在评价计算的过程中，随着外界条件的改变，有几个参数的值是会跟着变化的。比如:一级阶地区顺河断面（17单元～32单元）处的流入量，会随着地下水位的降深、水力坡度的加大而增大，但是，地下水位的降深、水力坡度的加大是以减小采水断面处的含水层厚度（减小采水断面的面积）为代价的，当含水层厚度减小到一定程度后，再继续降低地下水位，虽然增大了水力坡度，但是，因含水层厚度（采水断面的面积）的减小反而出现过水断面流量减小的情况，这个过水断面流量由大到小的转折点是很重要的，应当计算出，这实际上是确定最佳的水力坡度、含水层厚度（采水断面的面积）的过程。

最佳的水力坡度应当比当前的水力坡度大；

一级阶地区顺河断面（17单元～32单元）当前的含水层平均厚度:45.87813 m≈45.88m，最佳的含水层厚度应当小于此。

图5－9表示的是现状渭河水位标高情况下，设定的断面处渭河补给潜水的数量、水力坡度随含水层厚度变化的关系曲线，据此可以选出该断面获得渭河补给的最佳数量:Q＝113916.6m³/d，此时的含水层厚度M＝23.38m，水力坡度I＝001894。

图5－9　渭河补给潜水的数量、水力坡度随含水层厚度变化的关系曲线

Fig.5－9　The relational curve of phreatic water recharge quantity from Wei River，the hydraulic gradient and aquifer thickness variation

5.3.3　案例区潜水数量安全评价结果

按照“表4－1潜水数量安全性评价指标体系”中的因子及其计算公式，逐项计算之:

（1）A——常水头地表水体补给因子，上一节已经计算出，QA＝Q＝113916.6m³/d＝41579559 m³/a。

（2）B——垂直补给因子，QB＝Q雨－Q蒸＋Q越。

其中:Q雨在“表5－1潜水质量安全评价因子取值表（126个单元）”已经确定，1～16单元的大气降水年入渗量199.26mm，每个单元入渗量49815m³、1～16单元入渗总量797040m³；17～126单元的大气降水年入渗量132.84mm，每个单元入渗量33210m³、1～16单元入渗总量3653100m³；1～126单元的入渗总量为4450140 m³；

Q蒸:结合“图5－4案例区潜水埋深图”，纵轴1500m之北，潜水位均深于4.5m，对于沙性土、沙、沙卵石层而言，已超过蒸发临界深度，所以，此项按零计；

Q越:与下伏承压水的越流问题，暂不考虑，先简化为零；

因此，QB＝Q雨＝4450140 m³/a。

（3）C——含水层储存量因子，QC＝FME，这几个参数在“5.3.1几个参数的确定”中已给出:

其中（2）含水层面积F（m²）——漫滩区（1号单元～16号单元）16个单元面积＝16×250000＝4000000m²，一级阶地区（17号单元～126号单元）110个单元面积＝27500000m²。

（3）含水层厚度——漫滩区（1单元～16单元）当前的含水层平均厚度:48.42563 m≈48.43m，一级阶地区（17单元～126单元）当前的含水层平均厚度M＝45.58773m≈45.59m。

（8）含水层储水系数E——漫滩区为03，一级阶地区为025。

所以，QC＝4000000m²×48.43m×03＋27500000m²×45.59m×025＝58116000＋313431250＝371547250m³。

（4）D——透水边界断面流入量因子:QD＝kIF＝kIBM。

一级阶地区渗透系数k＝32.15 m/d。

一级阶地区西边界断面处当前的水力坡度I＝000125。

地下水上游断面（西边界断面）长度B＝4000m。

含水层平均厚度M＝45.59m。

所以，QD＝kIF＝kIBM＝32.15 m/d×000125×4000m×45.59m＝7328.5925 m³/d＝2674936 m³/a。

把上述计算结果填入下面的潜水数量安全性评价指标取值表中，并按照“4.2潜水数量安全性评价指标体系”中规定的等级划分出安全性由好到差的五个级别。

表5－7　潜水数量安全性评价指标取值表

Table 5－7　The value of phreatic water quantity security evaluation factor

第一级:Q采＜QA，即Q采＜4157.9559万m³/a时，为安全性好的潜水数量；

第二级:QA＜Q采≤QA＋QB，即4157.9559万m³/a＜Q采≤4602.9699（＝4157.9559＋445014）万m³/a时，为安全性较好的潜水数量；

第三级:QA＋QB＜Q采≤QA＋QB＋QC即4602.9699万m³/a＜Q采≤4602.9699万m³/a＋37154.725万m³时，为安全性中等的潜水数量；

第四级:QA＋QB＋QC＜Q采≤QA＋QB＋QC＋QD，即4602.9699万m³/a＋37154.725万m³＜Q采≤48704635万m³/a＋37154.725万m³时，为安全性较差的潜水数量；

第五级:Q采＞QA＋QB＋QC＋QD，即Q采＞48704635万m³/a＋37154.725万m³时，为安全性较差的潜水数量。

简化文字:

第一级:Q采≤4157.9559万m³/a；

第二级:4157.9559万m³/a＜Q采≤4602.9699万m³/a；

第三级:4602.9699万m³/a＜Q采≤4602.9699万m³/a＋37154.725万m³；

第四级:4602.9699万m³/a＋37154.725万m³＜Q采≤48704635万m³/a＋37154.725万m³；

第五级:Q采＞48704635万m³/a＋37154.725万m³。

5.3.4　案例区影响潜水数量安全主导因子的讨论

从上述计算结果可以看出，除去作为起丰补歉作用或疏干开采作用的含水层储存量之外，其他作为补给源的3项中，常水头地表水体补给项，占绝对的优势（占3项之和的85%以上），这一项条件的改变，将直接降低潜水的安全数量，图5－10是4个不同的渭河水位条件下对潜水的最大补给量曲线图，其数值见表5－8。

表5－8　渭河不同的水位条件下对潜水的最大补给量对比

Table 5－8　Themaximum recharge quantity to phreatic water from W ei River on different water level condition

当渭河水位降低1m时，渭河的补给量减少047901（万m³/d）＝174.8（万m³/d）；

当渭河水位降低2m时，渭河的补给量减少094773（万m³/d）＝345.9（万m³/d）；

当渭河水位降低3m时，渭河的补给量减少1.40616（万m³/d）＝513.2（万m³/d）；

这些均直接降低了安全等级。

图5－10　不同水位的渭河补给潜水的数量、水力坡度随含水层厚度变化的关系曲线

Fig.5－10　The relational curve of phreatic water recharge quantity from Wei River，the hydraulic gradient and aquifer thickness variation on different water level condition

6.结束语

上述内容只是阶段性的初步研究，很不成熟，在这里汇报出来是为了抛砖引玉，请大家献计献策，帮助修改。谢谢！

（中译英:周璐红，王金凤检）

【注释】

[1]作者简介:李云峰，长安大学教授，博导。