浅谈简单水文地质条件下地下水均衡
中图分类号：U469文献标识码： A
水均衡问题是水文地质中重要组成部分。实质是应用质量守恒定律去分析参与水循环的各要素的数量关系。地下水均衡是以地下水为研究对象的均衡研究。本文就我国北方某丘陵区山前地段地下水均衡进行简单阐述。
1、确定均衡区，均衡区多为一个具有隔水边界的完整水文地质单元。本文中体积案例地下水均衡区面积约76km2。
2、确定边界类型，边界类型一般分为：第一类边界条件（给定水头边界），第二类边界（给定流量边界），第三类边界条件（混合条件边界）。一般情况下边界条件多为第三类边界条件，本文案例为第二类边界条件。
3、均衡计算时间的确定，进行均衡计算时应注意至少按一个完整水文年进行计算，一般情况下，枯水期地下水补给量较少，多为负均衡即排泄量大于补给量，相应体现为地下水埋深变大（水位有所下降）；相反，丰水期一般为正均衡即补给量大于排泄量，相应的地下水埋深变浅（水位有所上升）；平水期则补给量与排泄量相当，地下水埋深介于枯水期与丰水期之间。
4、确定补给、排泄条件。补给项（收入项A）一般包括：大气降水量X、地表水流入量Y1、地下水流入量W1、水气凝结量Z1；排泄项（支出项B）一般包括：地表水流出量Y2，地下水流出量W2，蒸发量Z2。
由此知水均衡方程：
A-B=Δω（Δω为水储量变化）
（X+ Y1+ W1 +Z1）-（Y2+W2+Z2）=Δω
水储量变化Δω包括：地表水变化量，包气带水变化量，潜水变化量及承压水变化量。
上式对应相应地下水均衡方程为：
补给项Q补=大气降水入渗补给地下水量X1+地表水入渗补给地下水量Y3+地下径流（潜水层、承压水层）补给量W3；
排泄项Q排=地下径流（潜水层、承压水层）排泄量W4+蒸发排泄量Z2+人工开采量M
即：Q补-Q排=Δω
（X1+ Y3+ W3）-（ W4+ Z2+ M）=Δω
本文所涉及丘陵区山前地段地下水埋深均＞5m，顾不考虑蒸发排泄量；丘陵区山前地段一般多为一个含水层即潜水层，多数地区未见承压含水层，故不考虑越流补给及承压含水层地下径流补给、排泄。故丘陵区山前地段地下水均衡计算相对简单。补给项多为降水入渗补给，地下水（潜水）侧向径流补给，河流入渗补给（季节性河流等支流有时涉及地下水补给河水）；排泄项多为地下水（潜水）侧向径流排泄，人工开采排泄，个别情况时涉及以地下水补给河水的方式排泄。
丘陵区山前地段大气降水入渗补给多根据包气带性质而异，入渗系数亦不同，本文提及丘陵区山前地段表层土多为粉土，局部地段表层土为粉砂，入渗系数为0.26-0.39不等。
大气降水入渗补给量(Q降补)
Q降补=S
式中Q降补―大气降水入渗补给量(104m3)
―年降水量(m)
―降水入渗系数
S―有效入渗面积(m2)
本文提及的均衡区计算降水入渗补给时进一步细分为3区块，每区降水入渗系数不等，按区块、按枯、平、丰水期分段计算，总降水入渗补给量为：
Q降补= Q枯补+ Q平补+ Q丰补+ Q平补= 1306.51×104m3
丘陵区山前地段地下径流补给、排泄：根据大西定律Q=KIω知：地下水侧向补给、排泄量为：
Q=KIωsin t
式中Q―t时间内水流量(104m3)
K―渗透系数(m/d)
I―水力坡度(‰)
ω―过水断面面积(m2)
―断面与水力坡度夹角(°)
t―时间(d)
式中：渗透系数K为地区经验值，根据含水层性质差异不等，本文中提及的丘陵区山前地段取3.78-500m/d。水力坡度为各时期等水位线上量取。
根据不同断面的补给排泄关系、不同时期水力坡度、不同断面与水力坡度夹角、不同时期地下水过水断面面积分别计算枯、平、丰各时期地下水径流补给、排泄量为：
Q侧补=Q枯补+ Q平补+Q丰补+Q平补= 471.79×104m3
Q侧排=Q枯排+ Q平排+Q丰排+Q平排= 1121.80×104m3
河水补给地下水，一般而言，均衡区内河流上下游断面流量差（2断面间无其他支流汇入，不考虑河流河面水体的蒸发）即为河水补给地下水的水量。若差值为负，则差值部分河水补给了地下水；若差值为正，则多余部分水量为地下水补给而来。地下水排泄方式多为地下径流排泄，可由上文达西公式求得。人工开采排泄亦为主要排泄方式，如均衡区内有水源地、大型用水企业等。分散机民井、农灌井也应在均衡计算之内以提高计算精度。
本文涉及均衡区河水补给地下水量为：
Q河补=Q枯补+Q平补+Q丰补+Q平补=1403.81×104m3
本文涉及均衡区地下水补给河水量为
Q河排=Q枯排+Q平排+Q丰排+Q平排=627.36×104m3
本文提及均衡区人工开采地下水量为
Q总采= Q枯采+ Q平采+Q丰采+Q平采=1424.29×104m3
均衡区总均衡为：Q补-Q排=Δω
即（Q降补+ Q侧补+ Q河补）-（Q侧+ Q总采+Q河排）=Δω
=3182.11×104m3-3173.44×104m3=8.67×104m3
均衡为正，均衡差为8.67×104m3。推测由于均衡区内个别村屯存在少量分散农户，人畜及少量灌溉用水未统计所致。
水位拟合：为验证均衡计算的准确性，依据地下水实际观测资料，对水位变动带内水体积变化进行计算。简单条件下地下水水位拟合公式如下：
Q=μΔh S
Q―均衡差水量(m3)
Μ―贮水系数(给水度)
Δh―水位变幅(m)
S―拟合区面积(m2)
借助计算机模拟软件可对特定区域建立相应模型对均衡区内水量、水质等进行模拟、计算，精度较高。
一般情况下，地下水均衡差较小，地下水基本均衡，但部分区域可能长时间过量及超强度开采地下水会造成地下水储存资源的大量消耗，因此在开采利用地下水时应注意开采量及开采强度，以免造成地下水储存资源的流失，造成不可逆的储存资源减少，使含水系统的调节能力降低。
本文涉及的均衡计算相对简单，大区域的地下水均衡研究相对复杂，涉及的水文地质参数也较多，需进一步细化研究，可分为不同区块进行详细研究、计算。
