银川盆地地下水资源
本次将银川盆地地下水系统作为一个整体来考虑，即将潜水、第一承压水和第二承压水3个含水层综合一体进行评价，并重视水文地质条件与参数研究。下面采用水均衡法对银川盆地的地下水资源量进行评价，运用经验公式、理论公式或近似公式分项计算各均衡要素。
（一）参数选取
水文参数与水文地质参数是地下水评价的重要数据，也是影响评价结果的主要因素，本次地下水资源计算，水文参数与水文地质参数主要是收集有关部门的试验数据和前人的资料成果，通过重新复核计算、对比、分析，并参照水文地质条件而确定的，部分参数通过现场试验获得。
1.渗透系数、给水度及弹性释水率
在查阅相关资料以及现场试验结果的基础上，对水文地质参数进行对比分析，结果显示，潜水、第一承压水和第二承压水水文地质参数见表5-1。
2.有效降水系数、降水入渗补给系数
降水入渗补给系数的取值与年降水量大小及年内变化特点、地下水埋深变化、包气带岩性等因素有关。本次评价中，根据地貌对地层岩性、地下水位埋深的控制特征，对不同的地貌单元，选取了不同的大气降水入渗系数，具体见表5-2。
3.排水沟排泄地下水系数
银川盆地的排水沟在灌溉期5—11月除排泄地下水外，还接纳田间排水、渠道退水、机井排水和雨洪水的排泄；非灌期基本上无地表产流，排水沟的排水量几乎全部为地下水侧渗排出。因此，利用水文分割法，计算出排水沟排泄的地下水量，然后除总排水量所得系数为排水沟排泄地下水系数。各排水沟排泄地下水系数见表5-3。
4.农灌回归补给系数
根据前人在区内的工作成果，区内不同地区、不同农田类型的灌溉定额不同，农灌回归补给系数也不尽相同，本次计算中所使用的不同地区农灌回归补给系数的值见表5-4。
表5-1 银川盆地不同地貌单元参数变化表
表5-2 银川盆地不同地貌单元大气降水入渗系数取值表
表5-3 银川盆地各排水沟排泄地下水系数表
表5-4 银川盆地农灌回归补给系数取值表
5.山洪散失渗入系数
当山前为宽广砂砾石层，洪水流程长，很少有洪水直接流入黄河，其中大部分散失渗入地下；当山前洪积扇狭窄，总分沟道直通黄河，其系数应酌情减少。本次计算中，贺兰山山前洪积倾斜盆地的山洪散失渗入系数取为0.7，青铜峡黄河冲积扇、吴灵河湖积盆地取为0.5，陶乐河湖积盆地取为0.4。
（二）水均衡模型
地下水位的变化，反映了补给、排泄及地下水储量的变化，应符合下列表达式：
式中：ΔQ——均衡期内地下水储存量的变化（108 m3/a）；
Q补——均衡期内地下水各项天然补给量之和（108 m3/a）；
Q排——均衡期内地下水各项排泄量之和（108 m3/a）。
地下水储存量的变化包括潜水储存量的变化（ΔQ潜）和承压水储存量的变化（ΔQ承），一般情况下，一个地区的地下水补排关系通常接近于平衡状态，故ΔQ常接近于0。
银川盆地地下水天然补给量（Q补）主要由以下5部分组成：
式中：Q1——渠系渗漏补给量（108m3/a）；
Q2——田间灌溉渗漏补给量（108 m3/a）；
Q3——大气降水渗入补给量（108 m3/a）；
Q4——山洪散失渗入补给量（108 m3/a）；
Q5——地下水侧向补给量（108 m3/a）。
银川盆地地下水天然排泄量（Q承）主要由以下4部分组成：
式中：Qh——以径流方式排泄给黄河的地下径流量（108 m3/a）；
Qw——地下水蒸发量（108 m3/a）；
Qp——排水沟排泄地下水量（108 m3/a）；Qk——地下水开采量（108 m3/a）。
（三）补给项
1.渠系渗漏补给量
银川盆地目前主要有十大干渠，渠系渗漏补给量受到渠道长度、渠道行水时间等因素的影响，本次计算中，采用下述的考斯加科夫经验公式对渠道渗漏补给量进行计算：
式中：Q1——渠道渗漏补给量（108 m3/a）；
q——单位时间、单位长度渠道的渗漏量（m3/s·km）；
L——渠道长度（km）；
T——渠道在一年中的行水时间（d）。
在对2015年、2016年银川盆地十大干渠渠道长度、行水时间进行统计的基础上，根据各渠道单位时间、单位长度渠道的渗漏量的研究成果计算了银川盆地的渠道渗漏量（如表5-5）。银川盆地主要干渠（除去惠农小扬水、渠首总干直开口与陶乐灌区）2015年与2016年渠道引水总量分别为42.672×108 m3/a和36.261×108 m3/a，通过计算2015年与2016年银川盆地的渠道渗漏量分别为7.231×108 m3/a和7.091×108 m3/a，取其平均值为7.161×108 m3/a作为均衡期内渠系渗漏对地下水的补给量。
2.田间灌溉入渗补给量
田间灌溉入渗补给量是指灌溉水进入农田后，经包气带渗漏补给地下水的水量，计算公式为：
式中：ψ——灌溉回归系数；
q田——田间灌溉量（108 m3/a）。
银川盆地的农田可分为水田、水旱轮作地、旱作水浇地和林果地四种类型。农田类型不同，灌溉定额也不同，而且在不同地区，同一类型的农田灌溉定额也有一定差别。参照2014年颁布的《宁夏农业灌溉用水定额》文件，根据2015年各市县不同类型农田的灌溉定额、灌溉面积的统计结果及灌溉水量的计算结果（表5-6）。可见均衡期内银川盆地的农田灌溉用水总量为24.52×108 m3/a。
表5-5 银川盆地2015年、2016年渠道渗漏补给量计算表
表5-6 银川盆地不同类型农田的灌溉定额、灌溉面积及灌溉水量的统计和计算结果表
注：表中各项目的单位分别为，灌溉面积万亩，灌溉定额m3/a·亩，灌溉量108 m3/a。
需要指出的是，在上述的灌溉水量中，有一部分是抽取地下水进行灌溉的，在进行地下水入渗补给量计算时，这部分水量应剔除掉。已知均衡期内用于农田灌溉的地下水量为0.359×108 m3/a，故用于农田灌溉的地表水总量为24.161×108 m3/a。按照表5-4的灌溉水回归系数，由式（4-5）计算的田间灌溉水入渗补给总量为5.131×108 m3/a。
3.大气降水入渗补给量Q3
大气降水入渗补给量采用下述公式计算：
式中：α——降雨入渗系数；
A——多年平均降水量（mm/a）；
γ——有效降水系数；
F——计算区面积（km2）。
在不同的地貌单元上，平均降雨量和降雨入渗系数均不相同，在对盆地内各地貌单元的面积进行统计的基础上，按式（4-6）计算了各地貌单元上的大气降水入渗补给量，叠加后得到银川盆地大气降水入渗补给量为1.453×108 m3/a（表5-7）。
表5-7 银川盆地大气降水入渗补给量计算表
4.洪水散失渗入补给量
山前山洪散失补给量按下式计算：
式中：h——山洪径流高度（mm/a）；
β——山前山洪散失渗入补给系数；
F——形成山洪的山区面积（km2）。
区内山洪散失主要发生在每年的7、8、9三个月，分布在贺兰山山前洪积倾斜盆地、青铜峡黄河冲积扇、吴灵河湖积盆地以及陶乐河湖积盆地。在各地貌单元形成山洪的面积进行统计的基础上，按式（4-7）计算了各区的洪水散失渗入补给量，叠加后得到银川盆地洪水散失渗入补给总量为0.325×108 m3/a（表5-8）。
表5-8 银川盆地洪水散失渗入补给量计算表
5.地下水侧向补给量
银川盆地东、西、南三面均为山区或丘陵台地，地下水自四周流向平原区，使用断面法计算对边界流量进行计算。首先根据地层岩性及地下水等水位线把研究区的边界进行分段，把含水层渗透系数、厚度、水力坡度基本相等的区段独立划分成一段，这样在银川盆地共划分出12个区段（如图5-1）。其中位于盆地东北角的12-1段为黄河，取为给定水头边界，其他11个区段为流量边界。
使用达西定律对每段流量边界的流入量进行计算的基础上，通过叠加可求得从四周边界流入盆地的地下水总量，计算公式为：
图5-1 银川盆地周边边界的分段图
式中：Q侧补——边界侧向径流补给量（m3/d）；
Ki——各边界渗透系数（m/d）；
Ii——各边界处水力坡度；
Ai——各边界过水断面面积（m2）。
经计算银川盆地通过四周边界流入盆地的地下径流总量为2.189×108 m3/a（表5-9）。
表5-9 银川盆地边界地下水侧向径流量计算成果表
（四）排泄项的计算
1.地下水蒸发量
银川盆地灌区地面坡度小，地下水径流条件差，水位埋深较浅，多在1~3 m之间，在干旱气候条件下潜水蒸发是垂直方式排泄地下水的主要途径。潜水蒸发量采用下述公式计算：
式中：Qw——潜水蒸发量（108 m3/a）；
ε——潜水蒸发度（mm/a）；
F——计算区面积（km2）；
其中潜水蒸发度ε由阿维里扬诺夫公式计算得到，其公式为：
式中：Δ——潜水位埋深（m）；
Δ0——潜水蒸发的极限深度（m）；
n——与土壤有关的指数，常取n=2；
ε0——水面蒸发度（mm/a）。
可根据气象站观测蒸发度ε测，由下式计算：
已知银川盆地各气象站多年实测蒸发度的平均值为1717.59 mm/a，故水面蒸发度为ε0=1013.37 mm/a。为了准确计算潜水的蒸发量，在对银川盆地进行三次水位统测结果后，确定了盆地内水位埋深=0 m、0~0.25 m、0.25~0.5 m、0.5~0.75 m、0.75~1.0 m、1.0~1.25 m、1.25~1.5 m、1.5~1.75 m、1.75~2.0 m、2.0~2.25 m、2.25~2.5 m、2.5~2.75 m、2.75~3.0 m等埋深段的面积，并据此对潜水的蒸发量进行了计算，计算结果见表5-10。可见，均衡期内潜水蒸发量为5.046×108 m3/a。
表5-10 银川盆地潜水蒸发量计算成果表
2.排水沟排泄地下水量
银川盆地主要排水沟有清水沟、苦水河、永二干沟、银新干沟、第一、二、三、四、五排水沟及其他排水沟，其主要排泄灌溉回归水、渠道退水、山洪及降水形成的地表水流、生活污水与地下水。排水沟排泄地下水量采用下列公式计算：
式中：Qp——排水沟排泄地下水量（108 m3/a）；
δ——排水沟排泄地下水系数；
Q——排水沟总排水量（108 m3/a）。
本次工作对银川盆地2015年和2016年排水沟的排水量进行了统计（表5-11），根据各排水沟排水量中基流量所占的比例，计算了排水沟排泄地下水的量。结果表明，2015年排水沟的地下水排泄总量为5.011×108 m3/a，2016年排水沟的地下水排泄总量为4.494×108 m3/a，平均值为4.752×108 m3/a，取此平均值作为均衡期内排水沟排泄地下水的量。
3.泄入黄河的地下水量
由潜水等水位线图可见，在银川盆地的南部地区，黄河两侧的地下水均向河流排泄；在北部，虽然河西地区的地下水没有向黄河排泄的趋势，但河东地区地下水向黄河的排泄趋势明显。采用断面法由下式可计算泄入黄河的地下水量：
式中：Qh——泄入黄河的地下水量（108 m3/a）；
Ki——第i断面含水层的渗透系数（m/d）；
Ii——第i断面潜水的水力坡度；
Ai——第i断面的面积（km2）；
βi——第i断面上地下水的流向与断面方向之间的夹角。
表5-11 银川盆地各排水沟排泄地下水量计算成果表
表5-12列出了黄河排泄地下水量的计算结果，由表可见，均衡期内泄入黄河的地下水总量为0.908×108 m3/a。
表5-12 银川盆地黄河排泄地下水量计算成果表
4.开采量
银川盆地的地下水主要用于工业，城镇生活和农村人畜饮用，少部分用于农田灌溉。2016年地下水开采量为4.8842×108 m3/a，其中工业取用地下水1.7784×108 m3/a，占地下水总量的36.41%；农业取用地下水0.4201×108 m3/a，占地下水总量的8.60%；城镇生活取用地下水2.2574×108 m3/a，占地下水总量的46.22%；农村人畜取用地下水0.4282×108 m3/a，占地下水总量的8.77%（表5-13）。
表5-13 银川盆地各市县2016年地下水开发利用情况统计表
（五）结果分析
综上，可得银川盆地地下水均衡计算结果（如表5-14）。由表可见，均衡期内银川盆地的地下水补给总量为16.259×108 m3，其中约44%的补给水来自于引黄灌溉水的入渗补给。均衡期内银川盆地的地下水排泄总量为15.590×108 m3，大部分地下水通过潜水蒸发和排水沟进行排泄，其排泄量占到了地下水总排泄量的60%以上，地下水开采量占地下水排泄总量的约30%。均衡期内地下水的均衡差为Q补-Q排=0.669×108 m3/a，处于正均衡状态。
表5-14 银川盆地水均衡计算成果表
1.潜水可开采资源量
（1）冲洪积盆地、河湖积盆地可开采资源量。冲洪积盆地、河湖积盆地地区潜水埋藏浅，补给充沛，开采方便，农业用水以潜水为主，采用开采状态下的水均衡方程式计算。潜水位埋深于灌水期控制在2 m，非灌期控制在3 m。其计算公式如下：
式中：Q开——地下水可开采资源量（108 m3/a）；
W减——由于开采地下水水位下降而袭夺的蒸发量减量（108 m3/a）；
Q排减——由于开采地下水水位下降而袭夺的排水沟中地下水排泄量减量（108 m3/a）；
V疏——丰水期地下水位下降至地面下2 m、枯水期地下水位下降至地面下3 m的疏干量（108 m3/a）。
由于开采地下水，丰水期地下水水位降至地面以下2 m，潜水蒸发量减量等于丰水期潜水蒸发量减去潜水降至地面下2 m时的蒸发量；枯水期潜水降至地面以下3 m，即潜水蒸发临界深度，潜水蒸发量全部被袭夺。
丰水期地下水位降至地面以下2 m，与枯水期水位接近，排水沟排泄的地下水量也和枯水期接近；枯水期地下水位降至地面以下3 m，大致和排水沟深度相同，排水沟不再排泄地下水。根据以上判断，排水沟排泄地下水量近似等于排水沟排泄地下水量减去枯水期地下水排泄量。潜水疏干量按下式计算：
式中：μ——给水度；
H——疏干厚度（m）；
F——疏干面积（km2）。
（2）贺兰山山前洪积倾斜盆地地下水可开采资源量计算。贺兰山山前洪积倾斜盆地地下水位埋深大，地下水可开采资源量用天然补给资源量作为可开采资源量。
2.承压水可开采资源量计算
银川盆地西部山前和南部青铜峡黄河冲积扇为单一潜水含水层，向东、北逐渐过渡到“二元结构”的潜水—承压水含水层区。第一承压含水岩组分布面积5156.387 km2，呈南北向延伸。主要岩性为中细砂、细砂、粉细砂。含水岩组厚30~100 m，水位埋深1~5 m，地下水流向为北偏东，含水岩组隔水顶板埋深25~60 m，单井涌水量（统一换算12寸口径、降深15 m）1000~6000 m3/d。银川盆地西部由于黏性土增厚，含水岩组较薄，东南部由于新近系和古近系隆起，导致第一承压含水岩组尖灭。第一承压含水岩组隔水顶板厚度变化较大，而且不连续。
天然状态下承压水受银川盆地周边的地下水侧向补给，贺兰山东麓洪积倾斜盆地单一潜水、青铜峡黄河冲积扇单一潜水补给以及潜水垂直越流补给。承压水的排泄途径主要为垂向越流、开采及地下水的侧向流出。
承压水以含水组储存量为其特征。采用水均衡法计算第一承压水可开采资源，其水均衡方程式为：
式中：Q开——开采条件下补给量之和（108 m3/a）；
Q侧入——侧向流入计算区的水量（108 m3/a）；
Q侧出——侧向流出计算区的水量（108 m3/a）；
Q弹——第一承压含水岩组弹性释放量（108 m3/a）。
第二承压含水岩组因资料有限，以弹性储存量作为其可开采资源量，计算公式为：
式中：Q越——第一承压水对第二承压水的越流补给量（108m3/a）；
Q弹——第二承压水弹性储存量（108 m3/a）；
F——含水层计算面积（km2）；
H——水位下降值，为15 m；
S*——弹性释水系数。
银川盆地地下水可开采资源量计算结果见表5-15。表5-15显示地下水可开采资源总量为11.3×108 m3/a，矿化度<1 g/L的淡水可开采资源量为8.8×108 m3/a，占可开采资源总量的77.88%；1~3 g/L的微咸水可开采资源量为2.42×108 m3/a，占可开采资源总量的21.41%；3~5 g/L的半咸水可开采资源量为0.08×108 m3/a，占可开采资源总量的0.71%。
表5-15 银川盆地地下水开采资源计算分区及计算结果表（108 m3）
