大武口地區(qū)深層地下水超采區(qū)評價

張漢婷，陳 潔

（長安大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，西安 710054）

1 概況

1.1 區(qū)域概況

大武口地區(qū)位于銀川平原北部，包括大武口區(qū)、惠農(nóng)區(qū)及平羅縣的部分區(qū)域，地區(qū)地勢西高東低，包括堆積剝蝕地形、堆積地形和風(fēng)積地形，總面積446.6km2。研究區(qū)域?qū)儆诟珊怠敫珊荡箨懶詺夂?，具有干旱少雨，蒸發(fā)強烈，日照充足，風(fēng)大沙多，溫差大，四季變化明顯等特點。大武口地區(qū)多年（1999～2011年）平均降水量165.8mm，且多集中在7、8、9三個月；多年平均蒸發(fā)量1702.6mm。

1.2 水資源概況

大武口地區(qū)地下水的開發(fā)利用始于20世紀(jì)60年代，地下水主要用于工業(yè)、城鎮(zhèn)生活和農(nóng)村人畜飲用，少部分用于農(nóng)田灌溉。研究區(qū)域以第一承壓含水巖組地下水作為主要的開采目的層。地下水供水水源地主要為集中型井開采，其中大武口區(qū)二水源地目前開采量3.5萬m3/d，石嘴山市工業(yè)園區(qū)水源地目前供水量8萬m3/d，平羅火車站一帶開采規(guī)模3萬m3/d。

1.3 存在問題

由于歷史原因，大武口地區(qū)地下水開發(fā)初期缺少統(tǒng)一規(guī)劃和管理，濫開采情況嚴(yán)重，沒有統(tǒng)一的城市供水系統(tǒng)，部分地段井群密集，管理機制不健全，失去了對地下水開發(fā)利用的指導(dǎo)和約束功能，造成地下水位大幅度下降,同時觀測到研究區(qū)內(nèi)的水質(zhì)已有污染跡象。

2 超采區(qū)劃分

2.1 劃分標(biāo)準(zhǔn)

以2001～2010年為評價期，根據(jù) 《地下水超采區(qū)評價技術(shù)大綱》 中敘述的水位動態(tài)法、開采系數(shù)法與引發(fā)問題法對大武口地區(qū)深層承壓水進行超采區(qū)劃分。

（1）符合下列條件之一的區(qū)域，劃分為嚴(yán)重超采區(qū)：①評價期內(nèi)承壓水水頭年均下降速率大于2.0m/a；②評價期內(nèi)地面年均沉降速率大于0.01m/a；③由于地下水開采引發(fā)了地下水水質(zhì)污染，且在評價期內(nèi)污染后的地下水水質(zhì)劣于污染前1類級以上。

（2）不符合上述嚴(yán)重超采區(qū)劃分標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)域為一般超采區(qū)。

將3種方法劃分的超采區(qū)進行疊加分析，選出其外包線。綜合考慮地下水開發(fā)利用實際情況、水文地質(zhì)條件、超采區(qū)劃分精度、基礎(chǔ)資料的可靠性、評價前地下水超采情況等因素，對圈定的邊界進行調(diào)整和修正，從而確定出超采區(qū)分布范圍。

2.2 水位動態(tài)法

水位動態(tài)法是按照評價期2001～2010年內(nèi)年均承壓水水位變化速率來進行超采區(qū)劃分的。

年均承壓水水位變化速率：

式中v為年均承壓水水位變化速率（m/a）；H1為初始水平年承壓水水位（m）；H2為現(xiàn)狀水平年承壓水水位（m）；Δt為時間段（a）。

利用Surfer軟件可繪制出大武口地區(qū)承壓水水位下降速率，如圖1所示。

圖1 大武口地區(qū)水位動態(tài)法承壓水超采分區(qū)

圖中淺灰色區(qū)域表示水位下降速率小于0，屬于承壓水的未超采區(qū)，主要分布在平羅造紙廠—機關(guān)農(nóng)場—簡泉農(nóng)場一隊一帶的西側(cè)區(qū)域；深灰色區(qū)域表示水位下降速率介于0～2m/a，屬于一般超采區(qū)。根據(jù)水位動態(tài)法劃分標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)內(nèi)不存在嚴(yán)重超采區(qū)。

圖2 大武口地區(qū)2001年承壓水水位等值線

圖3 大武口地區(qū)2010年承壓水水位等值線

結(jié)合2001年、2010年的承壓水水位等值線圖2、圖3及水位年均變化速率分區(qū)如圖1可知，降落漏斗范圍在逐年擴大，漏斗中心水位有所回升。按照超采區(qū)劃分結(jié)果顯示，漏斗中心及周圍區(qū)域均屬于未超采區(qū)，但該漏斗歷史形成的水位絕對降深值較大（達(dá)58m以上），因此需對大武口地區(qū)的超采區(qū)劃分進行進一步研究。

2.3 開采系數(shù)法

開采系數(shù)法根據(jù)評價期內(nèi)各年地下水開采量資料，以承壓水開采系數(shù)為評判指標(biāo)進行區(qū)域劃分。統(tǒng)計評價期內(nèi)各計算單元不同類型地下水每年實際開采量，將地下水實際開采量超過可開采量的區(qū)域劃為地下水超采區(qū)。

評價期內(nèi)年均地下水開采系數(shù)：

式中 K為年均地下水開采系數(shù)；Q實采為評價期內(nèi)年均地下水實際開采量（萬m3）；Q可采為評價期內(nèi)年均地下水可開采量（萬m3）。

開采系數(shù)K小于1.0的區(qū)域為未超采區(qū)，開采系數(shù)K大于1.0的區(qū)域為超采區(qū)，開采系數(shù)K大于1.3的區(qū)域為嚴(yán)重超采區(qū)。

研究區(qū)共分為大武口區(qū)、平羅縣和惠農(nóng)區(qū)共3個行政區(qū)劃分，可確定為基本工作單元。根據(jù)資料可得評價期內(nèi)各計算單元地下水資源年均實際開采量和年均可開采量，則可計算出各單元的開采系數(shù)，如表1所示。

表1 大武口地區(qū)開采系數(shù)計算

由表1可知，大武口區(qū)開采系數(shù)1.60，為嚴(yán)重超采區(qū)；惠農(nóng)區(qū)和平羅縣的開采系數(shù)均小于1，為未超采區(qū)。開采系數(shù)分區(qū)如圖4所示。

圖4 大武口地區(qū)開采系數(shù)法承壓水超采分區(qū)

2.4 引發(fā)問題法

引發(fā)問題法是以地下水開采引發(fā)的生態(tài)與環(huán)境地質(zhì)問題作為評判指標(biāo)劃分超采區(qū)。將地下水開采引發(fā)了地面沉降、地面塌陷、地裂縫、土地沙化、名泉泉水流量衰減、海（咸）水入侵、水質(zhì)惡化等生態(tài)與環(huán)境地質(zhì)問題的區(qū)域劃分為承壓水超采區(qū)。

大武口地區(qū)沒有產(chǎn)生與地下水開采相關(guān)的地面沉降、地裂縫等環(huán)境地質(zhì)問題，但工作區(qū)地下水表現(xiàn)出潛水水質(zhì)較差、承壓水水質(zhì)較好的特點，而潛水的越流補給是承壓水的重要補給源，故對工作區(qū)的地下水開采引發(fā)問題進行分析時，主要研究由于大量開采地下水造成的承壓水水質(zhì)變化問題。

經(jīng)過整理和分析大武口地區(qū)的水質(zhì)資料，并根據(jù)GB17 14848—93《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》對大武口地區(qū)初始水平年與現(xiàn)狀水平年承壓水水質(zhì)資料進行對比分析，與2001年相比，發(fā)現(xiàn)2010年研究區(qū)內(nèi)大部分水質(zhì)指標(biāo)的超標(biāo)率有所增大，水質(zhì)出現(xiàn)了一定程度的惡化，如圖5所示。

圖5 評價期內(nèi)大武口地區(qū)承壓水水質(zhì)變化分區(qū)

圖5中淺灰色區(qū)域表示2010年水質(zhì)較2001年水質(zhì)變好的區(qū)域，主要分布在研究區(qū)域中部；黃色區(qū)域表示2010年水質(zhì)較2001年水質(zhì)類別保持不變的區(qū)域；深灰色區(qū)域表示2010年水質(zhì)較2001年水質(zhì)類別變差了1個等級或1個等級以上的區(qū)域，主要分布于大武口地區(qū)的邊界區(qū)域。按照大綱要求，水質(zhì)類別保持不變的區(qū)域，應(yīng)劃分為一般超采區(qū)，水質(zhì)變劣1個及1個以上等級的區(qū)域，應(yīng)劃分為嚴(yán)重超采區(qū)。

2.5 綜合劃分結(jié)果

通過對水位動態(tài)法與開采系數(shù)劃分的超采區(qū)初步成果對比分析，并參照2010年與2001年的水質(zhì)變化，可得到大武口地區(qū)承壓水超采分區(qū)結(jié)果如圖6。

圖6 大武口地區(qū)承壓水超采區(qū)劃分結(jié)果

由圖6可知大武口地區(qū)包含2個嚴(yán)重超采區(qū)和2個一般超采區(qū)，不存在未超采區(qū)。其中位于惠農(nóng)區(qū)北部的小型孔隙水深層承壓水超采區(qū)屬于嚴(yán)重超采區(qū)，面積26.45km2，主要分布于簡泉農(nóng)場一隊、王家莊、任家莊一帶；大武口區(qū)中型孔隙深層承壓水超采區(qū)屬于嚴(yán)重超采，面積253.56km2，分布于明水湖農(nóng)場、平羅火車站、平羅縣磚廠、石炭井礦務(wù)局農(nóng)場、紅旗村一帶；位于惠農(nóng)區(qū)南部的中型孔隙深層承壓水超采區(qū)屬于一般超采區(qū)，面積143.68km2，分布于簡泉農(nóng)場五隊、高廟子、姚家莊、簡泉農(nóng)場機磚廠、簡泉農(nóng)場八隊一帶；平羅縣小型孔隙深層承壓水超采區(qū)屬于一般超采，面積22.91km2，主要分布在研究區(qū)南部崇崗村磚廠一帶及二閘磚廠、周城磚廠一帶。

3 地下水超采區(qū)保護與管理建議

3.1 加強地下水監(jiān)測

進行地下水動態(tài)監(jiān)測，能夠及時掌握地下水動態(tài)變化情況以提供準(zhǔn)確信息，長期序列資料為分析地下水動態(tài)變化趨勢及合理、科學(xué)管理利用地下水資源提供了可靠的依據(jù)。

3.2 加強日常監(jiān)督管理

從地下水超采區(qū)水資源條件和實際狀況出發(fā)，結(jié)合當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟發(fā)展和生態(tài)建設(shè)需要，科學(xué)規(guī)劃地下水資源開發(fā)利用總體布局，提出具體治理實施方案，營造全社會共同推動地下水保護與治理的新氣象。

3.3 優(yōu)化水資源配置 加強新水源的尋找

大武口地區(qū)全區(qū)均處于超采狀態(tài)，該區(qū)水資源貧乏，應(yīng)嚴(yán)格控制地下水的開采量，在節(jié)約用水的前提下，急需興建新的水源工程，可加大黃河岸邊傍河取水研究和深層地下水勘查力度，解決水資源不足的問題。

3.4 推進節(jié)水工作

大武口地區(qū)雖然水資源開發(fā)條件便利，但工農(nóng)業(yè)用水效益不僅低于全國平均水平，而且普遍低于西北其他省份。因此，應(yīng)加大節(jié)水宣傳力度，切實增強節(jié)水意識和污水資源化。

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