安陽地下水超采評價(jià)

古 今

（河南省地礦局第一地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，鄭州450045）

隨著水資源供需矛盾的日益突出，加上缺乏對地表水和地下水的統(tǒng)籌規(guī)劃，使得水資源無法得到合理的開發(fā)和利用，地下水超采問題日益嚴(yán)重［1］。地下水超采評價(jià)，旨在為合理開采與保護(hù)地下水資源，優(yōu)化城市供水結(jié)構(gòu)［2］，保障飲水安全，以及為城市地下水壓采、限采方案的編制提供科學(xué)依據(jù)。

1 地質(zhì)背景條件

評價(jià)區(qū)第四系廣泛覆蓋，本次評價(jià)只涉及淺層地下水，根據(jù)鉆孔揭露情況，現(xiàn)將區(qū)域第四系地層簡述如下。

1.1 地層

第四系（Q）

1）下更新統(tǒng)（Q1）：主要出露于韓陵山和北崗等地，巖性為一套棕紅色冰磧泥礫，礫石成分以石英巖、石英砂巖為主間夾少量灰?guī)r。

2）中更新統(tǒng)（Q2）：地表無較大面積出露，主要見于沖溝壁上，上部為棕紅色黃土狀土，下部為厚度不等的礫巖和礫石層。

3）上更新統(tǒng)（Q3）：上部為灰黃色黃土狀土，下部為卵礫石層，礫石成分以灰?guī)r為主，石英砂巖次之。

4）全新統(tǒng)（Q4）：由一套沖積和沖洪積相組成的黃灰、灰黃、灰褐色粉質(zhì)黏土，局部夾薄砂層和黏土層透鏡體。河床部位及其兩側(cè)顆粒稍粗，以粉質(zhì)黏土為主，厚度一般小于10m，局部可達(dá)12m。

1.2 構(gòu)造

主要可分成2個(gè)斷裂構(gòu)造體系、4個(gè)構(gòu)造帶，分述如下。

1.2.1 北北東向斷裂構(gòu)造體系

1）安陽西斷裂帶。該斷裂帶為太行山前斷裂帶的組成部分，分布在安陽市的西部，總體走向北東30°，斷裂帶寬度達(dá)6km之多，皆向南東傾，均為正斷層。

2）安陽東斷裂帶。該斷裂帶為復(fù)雜斷裂帶，分布在安陽市的東部，寬度2～3km，它是由近南北或略呈北北西向平行排列的4條斷裂組成。

1.2.2 北西西向斷裂構(gòu)造體系

1）安陽南斷裂（F1）。本斷裂長度約18.6km，走向北西西，傾向北，為正斷層。西段出露地表，東段傾伏地下40～100m，頂端地層落差10～40m不等，切割第四系和第四系下更新統(tǒng)部分。

2）安陽北斷裂（F2）。該斷裂走向120°，傾向210°，長度13.8km，為正斷層。該斷裂西部露出地表，東部傾伏于地下。

2 水文地質(zhì)條件

2.1 含水巖組的組成

根據(jù)含水介質(zhì)及其富水性的差異，將評價(jià)區(qū)劃分為4個(gè)水文地質(zhì)區(qū)。

1）安陽河沖洪積扇松散層孔隙水區(qū)（Ⅰ區(qū)）。安陽河沖洪積扇扇頂位于水冶鎮(zhèn)西山前地帶，三面被丘陵崗地環(huán)繞，向東敞開，封閉條件較好，構(gòu)成一完整的水文地質(zhì)單元。本次超采區(qū)評價(jià)就是對該區(qū)進(jìn)行可開采量評價(jià)。

2）漳河沖洪積扇松散層孔隙水區(qū)（Ⅱ區(qū)）。沖洪積扇南半部分布在評價(jià)區(qū)北部，含水介質(zhì)亦由中、上更新統(tǒng)砂礫、卵石層組成，由西北向東南顆粒由粗變細(xì)。

3）天喜鎮(zhèn)—水冶丘陵巖溶裂隙水區(qū)（Ⅲ區(qū)）。富水性受巖溶發(fā)育和地下水徑流等因素控制，空間分布極不均勻。強(qiáng)富水區(qū)主要分布在巖溶水的排泄區(qū)和斷裂旁側(cè)裂隙帶。

4）西部緩丘地帶孔隙裂隙水區(qū)（Ⅳ）。含水介質(zhì)主要為新近系上新統(tǒng)半固結(jié)礫巖，砂巖、其富水性受含水層巖性及裂隙發(fā)育程度影響，在空間上分布極不均勻，垂向上亦不連續(xù)，含水層有2～3層。單層厚度2～20m，水位埋深在3～30m左右。

2.2 地下水補(bǔ)給、徑流與排泄條件

評價(jià)區(qū)地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄特征明顯地表現(xiàn)出受地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文氣象及人為活動的影響。

1）地下水的補(bǔ)給。本區(qū)地下水的補(bǔ)給來源以降水入滲和河渠滲漏補(bǔ)給為主，其次還有大面積農(nóng)田灌溉回滲及側(cè)向徑流補(bǔ)給。

2）地下水的徑流。本區(qū)地下水的總體流向是由西向東流，由于超量集中開采，已在安陽市區(qū)形成大面積水位下降漏斗，改變了地下水原來的徑流方向，使得周圍的地下水集中向漏斗中心徑流。

3）地下水的排泄。地下水的排泄方式主要是人工開采。

3 地下水可開采量計(jì)算

3.1 計(jì)算范圍

安陽市城市及鄰近地區(qū)地下水儲藏在安陽河沖洪積扇松散巖類孔隙含水層組之中，該含水層是安陽市城市主要的開采目的含水層組，且安陽河沖洪積扇三面被丘陵崗地環(huán)繞封閉，構(gòu)成了完整的水文地質(zhì)單元。因此，本文以其為評價(jià)對象，評價(jià)區(qū)面積為221km2。

3.2 計(jì)算公式

對于淺層地下水來說，任意時(shí)段的補(bǔ)給量和消耗量之差，等于該時(shí)段含水層水體積的變化量。

根據(jù)地下水補(bǔ)給與消耗項(xiàng)的實(shí)際情況有如下均衡方程式：

式中：Q補(bǔ)為Δt時(shí)段內(nèi)綜合補(bǔ)給量；Q消為Δt時(shí)段內(nèi)綜合消耗量μ為Δt時(shí)段內(nèi)淺層地下水體積的變化量；μ為地下水水位變動帶巖層重力給水度；Q側(cè)為側(cè)向徑流補(bǔ)給淺層地下水量；Q降為降水入滲補(bǔ)給淺層地下水量；Q河渠為河流及渠系補(bǔ)給淺層地下水量；Q井回為地下水灌溉回滲量；Q渠回為渠灌入滲補(bǔ)給淺層地下水量；Q井為井水廠開采淺層水量；Q自為各廠礦自備井開采消耗水量；Q農(nóng)為農(nóng)田灌溉開采淺層水量；Q人畜為郊區(qū)人畜用水開采淺層水量。

此公式認(rèn)為：由于安陽市城區(qū)開采量較大，淺層地下水位下降，評價(jià)區(qū)淺層地下水位埋深大于4m，均超過蒸發(fā)極限深度，故未計(jì)算淺層地下水蒸發(fā)量。評價(jià)區(qū)已形成淺層地下水水位降落漏斗，形成地下水分水嶺為零通量邊界，評價(jià)區(qū)內(nèi)淺層地下水已無側(cè)向徑流排泄。

3.3 補(bǔ)給量計(jì)算

3.3.1 降水入滲補(bǔ)給量

降水入滲是評價(jià)區(qū)淺層水較主要的補(bǔ)給來源。選擇1998年（偏豐水年），1996年（平水年）和2002年（偏枯水年）分別進(jìn)行降水入滲補(bǔ)給量計(jì)算。

計(jì)算公式為

Q降＝P·C·α·F，

式中：Q降為降水入滲補(bǔ)給量；P為年降水總量；C為年有效降水系數(shù)（取C＝0.75）；α為降水入滲補(bǔ)給系數(shù)；F為計(jì)算區(qū)面積。

3.3.2 側(cè)向徑流量

計(jì)算公式為

Q側(cè)＝K·M·I·B·t，

式中：Q側(cè)為側(cè)向徑流補(bǔ)給量；K為含水層滲透系數(shù)，西部斷面為350m／d，北部斷面為123.22m／d；M 為含水層厚度，西部斷面含水層厚度1996年采用18m，1998年采用12m，2003年采用9m，北部斷面采用4m；I為水力坡度，1996年、1998年、2002年，西部斷面分別為0.006、0.007、0.008，北部斷面分別為0.008、0.003、0.003；B 為計(jì)算斷面長度，西、北部兩斷面，1996年、1998年、2002年分別為：10.50、7.50，10.75、7.50，10.75、7.50km；t為時(shí)間（1a）

3.3.3 河渠水補(bǔ)給量

評價(jià)區(qū)有安陽河水及萬金渠水地表水體，分別計(jì)算其滲漏補(bǔ)給地下水量。

3.3.3.1 安陽河水

補(bǔ)給量采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算

Q河渠＝0.864·A·q1－m，

式中：Q河渠為單位長度河渠漏失補(bǔ)給地下水量（m3／d·m）；q為河渠輸水流量（m3／s）；A、m 為反映河道土壤透水性系數(shù)，安陽河道底部巖性為粉質(zhì)黏土，取A＝1.9，m＝0.4。

安陽河在評價(jià)區(qū)的徑流長度為15km。

3.3.3.2 萬金渠

萬金渠目前已大部分整修襯砌，渠道漏失量較小，采用1984年實(shí)測萬金渠漏失量的1／10計(jì)算對淺層水的補(bǔ)給量。

3.3.4 灌溉回滲量

3.3.4.1 井灌回滲量

計(jì)算公式為

Q井回＝Q農(nóng)·β，

式中：Q井回為農(nóng)業(yè)灌溉開采淺層地下水回滲量；Q農(nóng)為農(nóng)業(yè)灌溉開采淺層水量；β為灌溉回滲系數(shù)（0.10）。

3.3.4.2 渠灌回滲量

萬金渠在歷史上是有名的灌渠，解放后經(jīng)有計(jì)劃的整修，已遍布安陽河沖洪積平原上，目前已變成排污渠道，其灌溉滲入量是不可忽視的補(bǔ)給源。

采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算其入滲補(bǔ)給量：

Q渠回＝V·F·n·β渠，

式中：Q渠回為渠灌入滲補(bǔ)給量；V為畝次灌水量（采用V＝82m3／畝·次）；F為灌溉入滲面積（采用調(diào)查資料F＝44.25km2畝）；n為實(shí)灌次數(shù)（豐水年1998年2次，平水年1996年3次，枯水年2002年6次）；β渠為渠灌入滲系數(shù)（β渠＝0.2）。

3.4 消耗量

1）安陽市有開采淺層水的井水廠5個(gè)，開采井60眼。其開采量根據(jù)安陽市水務(wù)總公司及安陽市節(jié)水辦統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

2）各廠礦自備井開采量，根據(jù)安陽市水務(wù)總公司統(tǒng)計(jì)調(diào)查資料。

3）農(nóng)業(yè)開采量。評價(jià)區(qū)面積1996年、1998年、2002年分別為156、153、221km2；城區(qū)面積1996年、1998年、2002年分別為10、14、63km2；渠灌面積66km2。土地有效利用系數(shù)按2／3考慮，水利化程度以80%計(jì)。灌溉定額豐水年（1998年）250m3／畝，平水年（1996年）350m3／畝，枯水年（2002年）420m3／畝。（1畝 ≈666.7m2）

4）農(nóng)村人畜用水開采淺層地下水量。1998年、1996年、2002年評價(jià)區(qū)內(nèi)農(nóng)村人畜用水面積分別為139km2、146km2、159km2；人口密度按經(jīng)驗(yàn)系數(shù)1 000人／km2。人口飲用水量（含禽畜）按100L／（人·d）計(jì)。

3.5 可開采量計(jì)算

評價(jià)區(qū)為安陽河沖洪積平原，淺層地下水開采水平高，可開采量采用開采系數(shù)法評價(jià)比較適宜，即總補(bǔ)給量乘以開采系數(shù)求得，用公式表示如下：

Q可開＝Q總補(bǔ)·β，

式中：Q總補(bǔ)為淺層地下水總補(bǔ)給量；β為可開采系數(shù)，采用β＝0.8。

3.6 計(jì)算結(jié)果

1998年、1996年和評價(jià)年2002年3年的一般超采區(qū)淺層地下水補(bǔ)給量、消耗量、可開采量、超采量和超采系數(shù)見表1。由表1可見，多年平均淺層水消耗量14 734萬m3，可開采量為11 977萬m3，平均超采系數(shù)0.23。

表1 超采區(qū)各典型年淺層地下水可開量評價(jià)成果表

4 地下水超采評價(jià)

依據(jù)《導(dǎo)則》［3］規(guī)定原則，劃定安陽市城市淺層地下水超采區(qū)情況如下：

1）超采區(qū)面積221km2，屬中型地下水超采區(qū)；

2）水位下降的一般超采區(qū)，10a年均水位下降速率0.25m／a，超采系數(shù)0.23。

超采區(qū)長期過量開采地下水，產(chǎn)生淺層水水位下降漏斗，會引發(fā)環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害，使開采區(qū)出水量減少，耗能增加，抽水成本加大。為改善和避免由于超采帶來的一系列問題，安陽市應(yīng)優(yōu)化城市供水水源結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格控制城區(qū)地下水資源的開采，科學(xué)有序地封停自備井，積極開發(fā)替代水源，設(shè)地下水監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)和多目標(biāo)動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，做好地下水、地表水、地質(zhì)環(huán)境的監(jiān)測和研究工作。

［1］錦繡.水資源匱乏凸顯地下水超采問題［N］.大同日報(bào)，2007－11－14（002）.

［2］江東，陳佩佩.地下水超采引發(fā)的城市環(huán)境危機(jī)和對策初探［J］.環(huán)境保護(hù)，1999，33（4）：43－44.

［3］水利部綜合事業(yè)局.SL286—2003，地下水超采區(qū)評價(jià)導(dǎo)則［S］.北京：中國水利水電出版社，2003.