衡水市淺層地下水水量均衡分析

李海濤

(河北省衡水水文水資源勘測局，河北衡水 053000)

衡水市淺層地下水水量均衡分析

李海濤

(河北省衡水水文水資源勘測局，河北衡水 053000)

以衡水市水文地質(zhì)普查報告和衡水市地下水資源開發(fā)利用規(guī)劃等相關(guān)資料為基礎(chǔ)，說明了研究地區(qū)的水文地質(zhì)條件，采用水均衡原理，對衡水市淺層地下水水量進(jìn)行了分析計算，計算結(jié)果表明:衡水市地下水補(bǔ)排均衡差符合相關(guān)要求，主要補(bǔ)給源為降水入滲，主要排泄量為人工開采量和越流排泄量。

衡水市;地下水;水量均衡

衡水市位于河北省東南部，由于氣候、地形等因素的影響，水資源短缺問題日益顯著。衡水市多年平均降水量為509.7 mm。衡水市供水主要靠地表水和地下水，地下水供水量占總供水量的80%以上，其中深層地下水占地下水供水量的60%左右［1］。近些年，隨著深層地下水開采量的不斷增加，地下水位逐年下降。集中開采區(qū)形成區(qū)域性水位降落漏斗—“冀棗衡”漏斗。1995～2001年漏斗面積不斷擴(kuò)大，中心埋深下降速率減慢，漏斗已由原來的縱深發(fā)展向橫向發(fā)展，漏斗形狀也由圓錐形向圓柱形發(fā)展［2］。目前，漏斗面積仍在繼續(xù)擴(kuò)大，并逐漸向南發(fā)展。

當(dāng)前，開發(fā)利用地下水資源，一方面滿足了人類自身發(fā)展，另一方面又在改變和破壞著自然界的平衡［3］。據(jù)衡水市水資源公報統(tǒng)計，衡水市供水主要靠地表水和地下水，地表水供水量僅占總供水量的10%左右，衡水市大部分供水均來自于地下水，地下水供水量占總供水量的80%以上。因此地下水質(zhì)的質(zhì)量，直接關(guān)系到衡水市居民的身體健康和城市的可持續(xù)發(fā)展。

1 區(qū)域水文地質(zhì)條件

1.1 區(qū)域地質(zhì)情況

本市位于華北平原拗陷區(qū)，橫跨三個三級構(gòu)造單元，西北部屬冀中拗陷區(qū)、中部廣大地段屬滄縣隆起區(qū)、東南部臨南運(yùn)河的狹長地帶屬黃驊拗陷區(qū)［4］。本市中生代以來，地殼一直處于震蕩性下降運(yùn)動中，由于隆起區(qū)與拗陷區(qū)的沉降速度差異，西北部的冀中拗陷區(qū)厚度達(dá)600 m以上，中部隆起厚度僅450 m，東南部拗陷區(qū)為550 m。整個第四紀(jì)為一松散的多層結(jié)構(gòu)的泥沙質(zhì)沉積物。

1.2 區(qū)域地下水補(bǔ)、徑、排條件

本市第四系含水層有深層(承壓水)和淺層(潛水和微承壓水)之分，它們的補(bǔ)給、徑流和排泄條件各不相同。

淺層(即第一含水組)水屬潛水和微承壓水，由于其埋藏淺，與地表之間沒有連續(xù)的厚度較大的隔水層，所以它能直接接受降水入滲補(bǔ)給，其補(bǔ)給條件較深層淡水為好。降水入滲為其主要來源，全市多年平均綜合補(bǔ)給量為6.78億m3，其中降水入滲補(bǔ)給量為5.56億 m3，占總補(bǔ)給量的82%，其它地表水體滲漏補(bǔ)給(河道0.21億m3、渠系0.24億 m3、渠灌田間入滲 0.17m3、井灌回歸 0.6 億 m3)量為1.22億m3占總補(bǔ)給量的18%。潛水蒸發(fā)和人工開采為其主要排泄方式，多年來人工開采為4.32億m3，不用時均消耗于潛水蒸發(fā)。由于該含水層顆粒細(xì)，水力坡度小，徑流、地下水循環(huán)交替作用緩慢。

深層承壓水之上覆蓋著數(shù)十米至一百多米的咸水層，補(bǔ)給條件差，由于深層水長期受人類開采活動影響，地下徑流條件發(fā)生了改變，目前以越流補(bǔ)給為主，人工開采為其主要排泄方式。

1.3 地下水動態(tài)

淺層地下水變化受氣象和開采影響，各地年平均各有差別。如干旱年份埋深一般在5 m左右，有咸水區(qū)的淺層淡水年變幅一般3～5 m，最大6.37 m，微咸水年變幅一般1～2 m。北部全淡區(qū)埋深12～16 m，最大20 m。有咸水區(qū)淺層淡水發(fā)育的阜城、景縣北部8～12 m，故城沿衛(wèi)河和棗強(qiáng)唐林一張米一帶10～16 m，其它地段為4～8 m，微咸水分布的桃城區(qū)、冀州北部、深州大部一般為2～4 m。

全淡區(qū)因埋深超過地下水蒸發(fā)極限深度，其影響因素主要為降雨入滲補(bǔ)給，人為開采為主要排泄方式，其水位變化一般是年初無開采情況，水位緩慢上升，三月達(dá)到高峰，當(dāng)灌溉開始后水位隨之下降，五、六月份達(dá)到最低值之后雨季到來，開采減少，水位復(fù)轉(zhuǎn)上升，秋冬灌溉水位出現(xiàn)下降，直到年末水位逐漸回升，年變化過程為雙峰雙谷型。

只受降水、蒸發(fā)影響的淺層地下水，在蒸發(fā)作用影響下，六月中下旬達(dá)到最低水位，降雨入滲補(bǔ)給后水位上升，九月達(dá)到高峰，之后逐漸下降，年變化過程為單峰單谷型。

2 地下水水量均衡計算

通過對衡水市地下水水量計算，可基本了解衡水市地下水的補(bǔ)給量和排泄量的相對關(guān)系從而分析該區(qū)的地下水動態(tài)。

2.1 地下水補(bǔ)給量的計算

淺層地下水補(bǔ)給項主要包括降水補(bǔ)給量、河渠滲漏補(bǔ)給量、灌溉補(bǔ)給量、蓄水體補(bǔ)給量、側(cè)向補(bǔ)給量，各項補(bǔ)給量之和即為總補(bǔ)給量。用公式表示為:

式中:W總補(bǔ)為總補(bǔ)給量(104m3);W降為降水入滲補(bǔ)給量(104m3);W河為河道滲漏補(bǔ)給量(104m3);W渠系為渠系滲漏補(bǔ)給量(104m3);W渠灌為渠灌滲漏補(bǔ)給量(104m3);W井灌為井灌回歸量(104m3);W蓄為蓄水體滲漏補(bǔ)給量(104m3);W側(cè)補(bǔ)為側(cè)向徑流補(bǔ)給量(104m3);

衡水市各行政區(qū)多年平均地下水補(bǔ)給量見表1。

表1 衡水市各行政區(qū)多年平均地下水補(bǔ)給量單位:104m3

由于衡水市地下水水力坡度均小于1/400，側(cè)向補(bǔ)給水量較小，可忽略不計。

2.2 地下水各項排泄量計算

淺層地下水排泄項主要包括潛水蒸發(fā)量、河道排泄量、側(cè)向流出量、越流排泄量及淺層地下水實際開采量，各項排泄量之和即為總排泄量。用公式表示為:

式中:W總排為總排泄量(104m3);W潛為潛水蒸發(fā)量(104m3);W開為淺層地下水開采量(104m3);W側(cè)排為側(cè)向徑流排泄量(104m3);W越排為越流排泄量(104m3)。

衡水市各行政區(qū)多年平均地下水排泄量見表2。

表2 衡水市各行政區(qū)多年平均地下水排泄量單位:104m3

由于衡水市河道水文均高于岸邊地下水位，河道排泄量為零;衡水市側(cè)向流出徑流的水力坡度小于1/5 000，側(cè)向流出量按零處理。

2.3 淺層地下水補(bǔ)排平衡分析

根據(jù)表1表2得知，均衡區(qū)內(nèi)地下水補(bǔ)給量為93 051.6萬m3，地下水排泄量為68 569.9萬 m3，均衡差為24 481.7萬m3。詳見表3。

表3 地下水均衡結(jié)果

水均衡一般指均衡期間多年平均地下水總補(bǔ)給量、總排泄量和淺層地下水蓄變量三者之間的均衡關(guān)系。即:

式中:ΔW為地下水蓄變量(104m3);X為絕對均衡差;δ為相對均衡差。由表3計算得出，X=4243.6萬m3δ=7.0%。

根據(jù)衡水市地下水均衡計算得知，地下水主要補(bǔ)給量是降水入滲，主要排泄量是人工開車量和越流排泄量，而潛水蒸發(fā)量只占排泄量的一小部分。

越流蒸發(fā)量是指淺層地下水水頭高于深層承壓水頭時，淺層水在水力作用下向深層承壓水的越流水量。漏斗分布區(qū)淺層地下水與深層地下水有巨大的水頭差，因此越流排泄量的存在主要是由于地下水漏斗的原因造成。

對比計算出的地下水補(bǔ)給量和排泄量，可知補(bǔ)給量大于排泄量，屬于正均衡。導(dǎo)致正均衡可能的原因是降水量、蒸發(fā)量、人為開采等因素每年都處于變動狀態(tài)，使得地下水水位也隨之有所浮動。根據(jù)已有的衡水市資料可知地下水水位年變幅約為0.78左右，與得出的結(jié)果比較，補(bǔ)排均衡差為7.0%，符合《河北省市級水資源評價技術(shù)細(xì)則》。地下水水量基本成收支平衡狀態(tài)。

3 結(jié)語

(1)根據(jù)市內(nèi)第四系沉積物的成因類型、巖性特征在平面上可劃分分為:沖積扇前緣區(qū)、河流沖積區(qū)和河流沖積及湖積區(qū)

(2)沖積扇前緣區(qū)第四系堆積物厚度最大，砂層較厚而且連續(xù)，粒度較粗富水性也較好，含水層厚度100～150 m。河流沖積區(qū)第四系厚度460 m左右，含水砂層多呈條帶狀，總厚度70～120 m。河流沖積及湖積區(qū)第四系厚度550 m左右，但含水砂層最薄，總厚度40～70 m。巖性以粉細(xì)砂為主，偶夾中細(xì)砂或中粗砂。

(3)根據(jù)計算得知，地下水主要的補(bǔ)給量是降水入滲，主要的排泄量是人工開采量和越流排泄量，均衡差在可允許范圍內(nèi)。

［1］河北省衡水水文水資源勘測局.衡水市水資源評價報告［R］.2006.

［2］張彥增.衡水市地下水水資源分析探討［J］.地下水，2006，8(2):20 －22.

［3］耿寶江，劉琨，劉強(qiáng).邯鄲市地下水開發(fā)利用對策［J］.河北水利，2009，3:41 －42.

［4］楊振祥，盧業(yè)林，潘一心，等.區(qū)域水文地質(zhì)普查報告［R］.中國人民解放軍00925部隊，1979.

［5］曹劍峰，遲寶明，王文科，等.專門水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)［M］.北京:地質(zhì)出版社，1995.

［6］曹萬金.地下水資源計算與評價［M］.北京:水利水電出版社，1987.

Analysis of Water Balance of Shallow Groundwater in Hengshui City

Li Haitao
(Hebei Province Hengshui Hydrology and Water Resources Survey Bureau，Hengshui 053000，China)

Together with the hydrogeologic conditions reported in Hengshui census for hydrogeology and groundwater exploitation and utilization plan，the paper analyzes the balance of groundwater flow.The result indicates that groundwater recharge almost equals to groundwater drainage.The main recharge source is precipitation which slowly seep into earth，and groundwater in the studied area is drains out mainly by exploitation and leakage.

Hengshui City，groundwater and water balance

P641.12

A

1004－1184(2013)05－0024－02

2013-05-07

李海濤(1982-)，男，河北邯鄲人，工程師，主要從事水文與水資源、水環(huán)境監(jiān)測及評價工作。