河北省唐?？h地下淡水資源均衡分析

賈秋剛，楊 婧

（石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院，石家莊 050031）

河北省唐?？h地下淡水資源均衡分析

賈秋剛，楊 婧

（石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院，石家莊 050031）

隨著唐?？h的工業(yè)和人口發(fā)展迅速，地下水處于超采狀態(tài)。本文采用水均衡法，分析了唐海縣地下淡水的補(bǔ)給與排泄量，區(qū)內(nèi)年平均總負(fù)均衡為979.76×104m3/a。為唐海縣水資源的可持續(xù)利用提供了依據(jù)。

地下淡水資源；水均衡；唐?？h

河北省唐?？h地處冀東濱海平原，位于曹妃甸工業(yè)區(qū)的北部。唐海縣工業(yè)的發(fā)展，導(dǎo)致地下淡水超采，地下水位持續(xù)下降，地面持續(xù)沉降。因此正確評(píng)價(jià)該區(qū)地下淡水資源量，是科學(xué)規(guī)劃、合理利用地下淡水資源的前提。

1 研究區(qū)水文地質(zhì)條件

唐?？h第四系孔隙水含水層，是灤河水系堆積的一套多層次、多旋回、以中細(xì)砂為主的含水體系。其富水性較強(qiáng)，水質(zhì)良好。淺層咸淡水界線以北為山前沖洪積平原淡水區(qū)。以南為濱海沖積、海積平原水文地質(zhì)區(qū)，淺層地下水為咸水，深層地下水為淡水[1]。

（1）山前沖洪積平原水文地質(zhì)區(qū)

本區(qū)為灤河沖洪積扇前緣，地下水全部為淡水，含水層以粗中砂為主。據(jù)地下水的補(bǔ)徑排條件和開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀，分為淺中層含水段和深層含水段。

淺中層含水段底板埋深為230m，含水層厚度為80～100m，含水層巖性為中粗砂或細(xì)中砂。單井出水量50m3/h，單位涌水量大于20m3/h·m。地下水化學(xué)類(lèi)型為HCO3Ca·Na水，總?cè)芙夤腆w＜0.5g/L。

深層含水段底板埋深500～550m，含水層厚度40～100m，含水層巖性以中細(xì)砂為主，地下水化學(xué)類(lèi)型為HCO3Na水，總?cè)芙夤腆w＜0.5g/L。

（2）濱海沖積海積水文地質(zhì)區(qū)

本區(qū)分為淺層含水段、中層含水段和深層含水段。

淺層含水段地下水為咸水，主要為粗中砂或細(xì)中砂，咸淡水界面埋深一般50～80m，總?cè)芙夤腆w一般9～70g/L。咸水基本未開(kāi)發(fā)利用，只有個(gè)別蝦場(chǎng)作養(yǎng)蝦試驗(yàn)用，用量極少。

中層含水段底板埋深250～300m，含水層厚度60～110m，主要巖性為細(xì)砂或細(xì)中砂。單井出水量50～80m3/h，單位涌水量20～30m3/h·m，南部地帶小于20m3/h·m。地下水總?cè)芙夤腆w一般小于0.5g/L，水化學(xué)類(lèi)型為HCO3Na水，北部為HCO3Ca·Na水。

深層含水段底板埋深500～600m，含水層厚度40～100m，巖性為中細(xì)砂、粉細(xì)砂，單位涌水量5～12m3/h·m，地下水化學(xué)類(lèi)型為HCO3Na水，總?cè)芙夤腆w小于0.5g/L。

2 水文地質(zhì)參數(shù)的確定

2.1 包氣帶巖性水文地質(zhì)參數(shù)的確定

（1）降雨入滲系數(shù)（α）

式中：μ 包氣帶巖性綜合給水度；

ΔH 降雨補(bǔ)給期間的水位升幅（m）；

P 降雨量（mm）。

全區(qū)統(tǒng)計(jì)了35個(gè)鉆孔資料，對(duì)6m以上的包氣帶巖性結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，對(duì)不同組合的巖性給水度按巖性厚度進(jìn)行了加權(quán)平均；結(jié)合包氣帶巖性分區(qū)，利用水位動(dòng)態(tài)法，參考前人成果綜合分析確定不同入滲條件下的降雨入滲系數(shù)，砂性土為0.25～0.35，粘性土為0.20～0.25。

（2）回歸入滲系數(shù)（β）

回歸入滲系數(shù)取自 唐海縣水長(zhǎng)期供求計(jì)劃報(bào)告并結(jié)合地表巖性分區(qū)綜合確定，砂性土為0.10～0.12，粘性土為＜0.10。

2.2 飽水帶巖性水文地質(zhì)參數(shù)的確定

（1）導(dǎo)水系數(shù)（T）及彈性釋水系數(shù)（S*）或給水度（μ）

通過(guò)資料收集以及對(duì)以往報(bào)告中的參數(shù)結(jié)合水文地質(zhì)條件進(jìn)行校核，綜合確定水文地質(zhì)參數(shù)。以中砂為主的含水層分布區(qū)導(dǎo)水系數(shù)大于1000m2/d，彈性釋水系數(shù)為0.00091～0.00095，以細(xì)中砂為主的含水層分布區(qū)導(dǎo)水系數(shù)值為800～1000m2/d，彈性釋水系數(shù)為0.0008左右，以細(xì)砂為主的含水層分布區(qū)導(dǎo)水系數(shù)值為600～800m2/d，彈性釋水系數(shù)為0.0005～0.0007，以粉砂為主的含水層分布區(qū)導(dǎo)水系數(shù)值小于400 m2/d，彈性釋水系數(shù)為0.00038。

（2）越流系數(shù)（ε）

越流系數(shù)取自《冀東油田供水水文地質(zhì)評(píng)價(jià)報(bào)告》，砂質(zhì)粘土為0.000013，粘質(zhì)砂土與砂質(zhì)粘土互層為0.000015，粘質(zhì)砂土為0.000017。

3 地下水資源均衡計(jì)算

3.1 全淡水區(qū)

全淡水區(qū)，面積31.6km2。其計(jì)算模型為：

（1）容積儲(chǔ)變量（Q蓄）

式中：ΔH 潛水含水層的水位變差（m）；

D1全淡區(qū)面積（km2）。

經(jīng)計(jì)算多年平均儲(chǔ)變量為-494 104m3/a。

（2）綜合補(bǔ)給量計(jì)算

① 降雨入滲補(bǔ)給量（Q降）

式中：α 大氣降雨入滲系數(shù)；

P 年降雨量（mm）；

D1全淡區(qū)面積（km2）；

λ 面積有效利用系數(shù)；

θ 各農(nóng)場(chǎng)年降雨量分配比。

降雨量P來(lái)自唐?？h氣象站，面積有效利用系數(shù)λ是根據(jù) 唐?？h土地利用現(xiàn)狀圖 中的非水體面積與總面積之比，經(jīng)計(jì)算多年平均降雨入滲補(bǔ)給量為718.82 104m3/a。

② 地下水及地表灌溉入滲補(bǔ)給量（Q灌）

式中：Q農(nóng)、Q表分別為地下水開(kāi)采量及地表用水量（m3/a）；

β 灌溉回歸入滲系數(shù)；

λ 面積有效利用系數(shù)。

經(jīng)計(jì)算多年平均總灌溉入滲量為25.42 104m3/a，其中地下水灌溉回歸入滲為10.67 104m3/a，地表水灌溉入滲量為14.75 104m3/a。

③ 渠道入滲（Q渠）

因全淡區(qū)面積僅占全區(qū)面積的8%，渠道入滲又為線狀入滲補(bǔ)給，其量很小，故忽略之。

④ 側(cè)向補(bǔ)給量（Q側(cè)入）

式中：I 地下水多年平均水力坡度；

B 補(bǔ)給斷面長(zhǎng)度(m)。

經(jīng)計(jì)算多年平均側(cè)向補(bǔ)給量為726.23 104m3/a。

綜上所述，全淡區(qū)多年平均綜合補(bǔ)給量為1470.47 104m3/a。

（3）綜合排泄量計(jì)算

① 地下水開(kāi)采量計(jì)算（Q開(kāi)）

式中：Q農(nóng)農(nóng)業(yè)用地下水開(kāi)采量（m3/a）；

Q工工業(yè)用地下水開(kāi)采量（m3/a）；

Q生生活用地下水開(kāi)采量（m3/a）。

農(nóng)業(yè)開(kāi)采量（Q農(nóng)）計(jì)算：

式中：ω 地下水年灌水定額（m3/畝·年）；

X 地下水灌溉畝數(shù)（畝）。

根據(jù)開(kāi)采量統(tǒng)計(jì)資料，經(jīng)計(jì)算多年平均農(nóng)業(yè)開(kāi)采量為302.55 104m3/a。

工業(yè)開(kāi)采量計(jì)算（Q工）：

工業(yè)開(kāi)采量由唐海縣水利局提供，計(jì)量方法為水表統(tǒng)計(jì)，開(kāi)采量較為準(zhǔn)確，經(jīng)計(jì)算多年平均工業(yè)開(kāi)采量113.65 104m3/a。

生活開(kāi)采量計(jì)算（Q生）：

式中：R 人數(shù)（人）；

N 大牲畜存欄數(shù)（頭）；

Y 小牲畜存欄數(shù)（只）；

ω1人均飲用水定額（升/人·日）；

ω2大牲畜飲用水定額（升/頭·日）；

ω3小牲畜飲用水定額（升/只·日）；

ω4大生活（指家庭菜園）用水定額（升/人·日）；

Q 單井出水量（m3/h）；

t 年開(kāi)泵時(shí)數(shù)（時(shí)）；

n 開(kāi)采井?dāng)?shù)（眼）。

用（8）式計(jì)算多年平均生活開(kāi)采量為182 104m3。

用（9）式計(jì)算多年平均生活開(kāi)采量為202.06 104m3。

經(jīng)計(jì)算全淡區(qū)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活總計(jì)開(kāi)采量為598.20 104m3/a。

② 地下水蒸發(fā)量（Q蒸）

式中：D1全淡區(qū)面積（km2）；

E0直徑E601蒸發(fā)皿水面蒸發(fā)強(qiáng)度（mm/a）；

C 與包氣帶巖性植被有關(guān)系數(shù)（近似值取1）；

A 咸水含水層地下水水位平均埋深（m）（0＜A＜蒸發(fā)極限深度）為算數(shù)平均值。

蒸發(fā)極限深度的確定與包氣帶巖性有關(guān)[2]，根據(jù) 唐山市地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)報(bào)告 一般砂性土定為3.5m，粘性土為3.8m。經(jīng)計(jì)算多年平均蒸發(fā)量為192.29 104m3/ a。

③ 側(cè)向流出量（Q側(cè)出）

計(jì)算公式同（5）式。

全淡區(qū)的流出邊界為咸淡水邊界，經(jīng)計(jì)算多年平均流出量為1155.18 104m3/a。

綜上所述，全淡區(qū)多年平均綜合排泄量為1945.67 104m3/a。

3.2 有咸水區(qū)

有咸水區(qū)，面積579.27km2。其計(jì)算模型為：

Q彈+Q粘釋=（Q越+Q側(cè)入）-（Q開(kāi)+Q側(cè)出）

（1）彈性?xún)?chǔ)變量計(jì)算

① 含水層彈性釋水（Q彈）

式中：S* 彈性釋水系數(shù)；

ΔH 水頭差（m）；

D2咸水區(qū)面積（km2）。

經(jīng)計(jì)算含水層多年平均彈性釋水量為86.01 104m3/a。

② 粘性土釋水（Q粘釋?zhuān)?/p>

粘性土釋水量可用粘性土引起的地面沉降量代替。

已知多年平均地面沉降速率為7.03mm/a，有咸水區(qū)面積為579.27km2，計(jì)算得地面沉降量為407.23 104m3/a。

經(jīng)計(jì)算多年平均儲(chǔ)變量為493.24 104m3/a。

（2）綜合補(bǔ)給量計(jì)算

① 越流補(bǔ)給量（Q越）

式中：h淺、h中分別為淺層水位和下伏相鄰的中層含水層水位（m）；

D2咸水區(qū)面積（km2）。

由水文地質(zhì)概念模型可知，中層含水層越流補(bǔ)給量來(lái)自上覆淺層含水層，淺層含水層越流排泄即為本開(kāi)采層的越流補(bǔ)給量，經(jīng)計(jì)算多年平均越流補(bǔ)給量為745.5 104m3/a。

② 側(cè)向流入量（Q側(cè)入）

計(jì)算公式同式（5）。咸水區(qū)中層流入邊界除咸淡水邊界外，還有北部邊界和南部邊界，經(jīng)計(jì)算多年平均流入量為1973.14 104m3/a。

綜上所述，有咸水區(qū)多年平均綜合補(bǔ)給量為2718.64 104m3/a。

（3）綜合排泄量計(jì)算

① 開(kāi)采量（Q開(kāi)）

計(jì)算公式同前，計(jì)算出多年平均農(nóng)業(yè)用水為387.42 104m3/a，多年平均工業(yè)用水開(kāi)采量為1061.53 104m3/a，多年平均生活用水開(kāi)采量為915.72 104m3/a。經(jīng)計(jì)算咸水區(qū)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活總計(jì)開(kāi)采量為2364.67 104m3/a。

② 側(cè)向流出量（Q側(cè)出）

計(jì)算公式同前，有咸水區(qū)的流出邊界主要有東南邊界和西部邊界，經(jīng)計(jì)算多年平均流出量為858.53 104m3/a。

綜上所述，有咸水區(qū)多年平均綜合排泄量為3223.20 104m3/a。

4 地下水資源均衡分析

（1）全淡水區(qū)

綜合補(bǔ)給量包括降雨入滲、灌溉入滲、側(cè)向流入量，總補(bǔ)給量為1470.47 104m3/a；綜合排泄量包括地下水開(kāi)采、地下水蒸發(fā)和側(cè)向流出，總排泄量為1945.67 104m3/a，計(jì)算均衡差為-475.20 104m3/a，實(shí)際均衡差為-494 104m3/a，相對(duì)誤差為4%。

（2）有咸水區(qū)

綜合補(bǔ)給量包括越流補(bǔ)給量和側(cè)向流入量，總補(bǔ)給量為2718.64 104m3/a，綜合排泄量包括地下水開(kāi)采量和側(cè)向流出量，總排泄量為3223.20 104m3/a，計(jì)算均衡差為-504.56 104m3/a，實(shí)際均衡差為-493.24 104m3/ a，相對(duì)誤差為2%。

由地下水均衡分析可知，開(kāi)采層均處于負(fù)均衡狀態(tài)，區(qū)內(nèi)多年平均總負(fù)均衡為979.76 104m3/a。

[1] 劉 強(qiáng)等．唐?？h水資源開(kāi)發(fā)利用的主要問(wèn)題及對(duì)策．河北水利水電技術(shù)，1999.

[2] 朱學(xué)愚，錢(qián)孝星，劉新仁．地下水資源評(píng)價(jià)[M]. 南京：南京大學(xué)出版社，1987.

Analysis on Underground Freshwater Resource Balance of Tanghai County, Hebei Province

JIA Qiugang, YANG Jing

(Shijiazhuang University of Economics, Shijiazhuang 050031)

With the industry and population of Tanghai County developing rapidly，the groundwater is in the state of overexploitation, resulting in land subsidence and other environmental geologic problems. In this paper, we analyze the supply and excretion of underground fresh water of Tanghai County by using water balance method. And the average total negative balance of the region is 979.76 104m3/a. It provides the basis for the sustainable use of water resources and socio-economic sustainable development in Tanghai County.

Underground freshwater resource；Water balance；Tanghai County

TV211.1+2

A

1007-1903(2011)01-0026-04

賈秋剛（1985- ），男，碩士，研究方向?yàn)樗Y源和水文地質(zhì)，E-mail：jia985414@163.com。