通過預(yù)測地下水埋深變化實現(xiàn)指導(dǎo)地下水安全開采的探討

蘇偉杰，王兵兵

(1.河北省張家口水文水資源勘測局，河北 張家口 075000;2.河北省邢臺水文水資源勘測局，河北 邢臺054000)

通過預(yù)測地下水埋深變化實現(xiàn)指導(dǎo)地下水安全開采的探討

蘇偉杰1，王兵兵2

(1.河北省張家口水文水資源勘測局，河北 張家口 075000;2.河北省邢臺水文水資源勘測局，河北 邢臺054000)

分析目前邢臺地區(qū)面臨的地下水超采問題，提出安全開采量的概念，并通過枯季(11月－次年5月)和汛期(6月－9月)分別預(yù)測地下水埋深變化的方法預(yù)測地下水未來一個月甚至一年的埋深變化，從而達(dá)到在地下水開采過程中根據(jù)降雨補(bǔ)給控制開采量，實現(xiàn)指導(dǎo)地下水安全開采。

地下水;安全開采;地下水預(yù)報

邢臺市地表水資源嚴(yán)重匱乏，地下水是主要的供水水源。過量開采地下水，直接導(dǎo)致原有地下水系統(tǒng)的平衡遭受破壞，地下水資源供給危機(jī)的現(xiàn)象越來越明顯。不合理的開采地下水，終究將直接導(dǎo)致區(qū)域地下水位下降、地下水質(zhì)惡化、地面沉降等一系列問題，這些問題將嚴(yán)重制約社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展?；诖嗽颍芯康叵滤踩_采量的問題對經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。

1 邢臺地區(qū)目前地下水的取水現(xiàn)狀

統(tǒng)計2001—2010年10年間的資料，邢臺地區(qū) 2001—2010年間平均地下水開采量為16.4億 m3，占總用水量的84.6%(具體數(shù)據(jù)見附表一)。根據(jù)邢臺地區(qū)水文地質(zhì)條件，淺層地下水補(bǔ)給來源主要是大氣降水入滲補(bǔ)給;地表水入滲、灌溉回歸及上游的側(cè)向補(bǔ)給;深層水的補(bǔ)給來源主要靠其上部含水層的越流補(bǔ)給和側(cè)向補(bǔ)給。由現(xiàn)有資料整理發(fā)現(xiàn)邢臺淺層地下水漏斗區(qū)寧(晉)隆(堯)柏(鄉(xiāng))漏斗面積由2001年的590 km2增加到2010年的1 310 km2，深層地下水漏斗南宮市焦旺、琉璃廟至廣宗董里集漏斗區(qū)面積由2001年的3 218 km2增加到2010年的4 430 km2，淺層漏斗區(qū)地下水埋深由2001年的52.10 m 增加到2010年67.31 m。［1］

以上數(shù)據(jù)表明邢臺地區(qū)面臨著嚴(yán)重的地下水超采問題。

2 地下水安全開采量的提出

根據(jù)質(zhì)量和能量守恒定律，地下水可開采量取決于地下水的補(bǔ)給量。綜合考慮可持續(xù)開采量和允許開采量的定義，考慮到現(xiàn)實有規(guī)律的開采地下水不應(yīng)導(dǎo)致對地下水儲存資源量、水質(zhì)的破壞，本文在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上針對邢臺地區(qū)目前取用水現(xiàn)狀及超采情況提出地下水的開采應(yīng)實現(xiàn)安全開采。

表1 邢臺地區(qū)歷年地下水開采量及用水量統(tǒng)計表

在不破壞環(huán)境為前提的情況下，開采量應(yīng)小于等于補(bǔ)給量，考慮經(jīng)濟(jì)、社會、水利工程等影響因素的關(guān)系，綜合允許開采量、可持續(xù)開采量和安全開采量已有的內(nèi)涵，將安全開采量定義為:在一定時期內(nèi)，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的取水方案，在不產(chǎn)生不能承受的生產(chǎn)環(huán)境問題，滿足地下水資源、生態(tài)環(huán)境和地質(zhì)環(huán)境等工程的前提下，達(dá)到地下水資源可持續(xù)開發(fā)利用的最大開采量［2］。在這一定義下，地下水安全開采量涵義可以理解為1、地下水安全開采量一方面取決于當(dāng)代技術(shù)能力、經(jīng)濟(jì)水平和自然循環(huán)條件，另一方面則受制于社會可持續(xù)發(fā)展和維持生態(tài)壞境健康的最低要求;2、地下水安全開采量是動態(tài)的，上述要素任意其一發(fā)生改變，安全開采量都有可能隨之發(fā)生變動。因此實現(xiàn)地下水安全開采需要嚴(yán)格監(jiān)控地下水埋深變化及地下水水質(zhì)變化。

3 通過預(yù)測地下水埋深變化指導(dǎo)地下水安全開采

邢臺地區(qū)地下水的補(bǔ)給源于降雨入滲，降雨通過在土壤中的入滲到達(dá)地下水面。地下水的排泄最主要的是補(bǔ)給河道基流和人為開采，但是邢臺地區(qū)絕大部分平原地區(qū)地下水位已低于河底，不存在地下水對河流的補(bǔ)給，因此影響地下水位變化最主要的因素是降雨和人為開采。這兩個主要影響因素中，由于開采量由人口數(shù)量、耕地面積等因素決定，與降雨相比年際變化較小，特別是90年代以來人口、耕地和耕作方式變化較小，因此開采量相對而言對水開采屬于穩(wěn)定影響因素;由降雨量的年際變化及地下水監(jiān)測資料情況分析，降雨量為主要因素影響地下水位的變化，根據(jù)邢臺地區(qū)降雨年內(nèi)變化規(guī)律，以為枯季和汛期分別將地下水位變化與降雨量建立關(guān)系。

3.1 枯季各月多年平均地下水埋深預(yù)測

根據(jù)邢臺地區(qū)目前積累地下水埋深監(jiān)測數(shù)據(jù)變化研究，邢臺地區(qū)每年11月至次年5月由于降水量稀少，地下水位的月變幅與降水量幾乎沒有什么關(guān)系，地下水變化主要受開采量影響，以公式(1)預(yù)測區(qū)域地下水平均變化幅度。

式中:Hi+1為下月末區(qū)域平均埋深(m);Hi為本月末區(qū)域平均埋深(m);為本月末—下月末歷年區(qū)域平均埋深變幅(m)。

以邢臺地區(qū)沙河市為例，統(tǒng)計1991－2005年沙河地區(qū)枯季各月多年平均地下水位變幅如表2。

表2 區(qū)域月平均埋深變幅表

根據(jù)附表二計算11月區(qū)域平均地下水埋深實測和模擬對比(見附表一)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)上述預(yù)報方法計算多年平均相對誤差為0.02 m，絕對誤差為0.13%。同理計算12－5月地下水埋深實測值和預(yù)報值比較。發(fā)現(xiàn)其誤差均未符合預(yù)報精度需求。因此，以此方法根據(jù)預(yù)報地區(qū)多年地下水觀測資料可以預(yù)測未來6個月地下水埋深變化趨勢。

表3 11月區(qū)域平均地下水埋深實測和模擬對比

3.2 汛期各月多年平均地下水埋深預(yù)測

由于邢臺地區(qū)6－10月降雨量占全年降雨量的75%～80%因此在這四個月降雨能夠滲入下層土壤補(bǔ)給地下水，6～10月的地下水位變化趨勢受降雨影響比較明顯，降雨量與地下水位變化值的相關(guān)系數(shù)較大，如圖1為邢臺沙河地區(qū)5、6月合計降雨量與6月末－5月末地下水埋深變幅圖，其相關(guān)關(guān)系較好;所以建立區(qū)域面平均降雨量與區(qū)域面平均月地下水位變幅的相關(guān)圖來預(yù)測6－10月份地下水埋深變化

圖1 5、6月合計降雨量與6月末－5月末地下水埋深變幅相關(guān)圖

4 結(jié)語

地下水超采最直觀的體現(xiàn)是地下水位持續(xù)下降，因此，采用地下水預(yù)報的方法，動態(tài)的預(yù)報地下水埋深變化過程，同時通過考慮取水層水文地質(zhì)情況、取水層巖性，及該層水質(zhì)情況達(dá)到對地下水開采量及開采程度的指導(dǎo)作用。

［1］邢臺水文水資源勘測局.邢臺市水資源公報［M］.2001－2010.

［2］王振龍等.地下水安全開采量的概念與評價方法研究［J］.水文.2010，2.

P641.74

B

1004－1184(2012)03－0081－02

2012－01－04

蘇偉杰(1982－)，男，河北宣化人，助理工程師，主要從事水資源開發(fā)利用。