中東部典型區(qū)深層地下水埋深與開采量關(guān)系分析

段現(xiàn)輝

(河北省滄州水文水資源勘測(cè)局，河北 滄州 061000)

“三條紅線”是指圍繞水資源的配置、節(jié)約和保護(hù)三個(gè)核心領(lǐng)域，明確水資源開發(fā)利用紅線，嚴(yán)格實(shí)行用水總量控制;明確水功能區(qū)限制納污紅線，嚴(yán)格控制入河排污總量;明確用水效率控制紅線，堅(jiān)決遏制用水浪費(fèi)。水利部積極探索“三條紅線”劃定和考核辦法。滄州市滄縣是一個(gè)以開采深層地下水為主在北方平原區(qū)具有較好的代表性的典型區(qū)域。因此，本文選取滄縣為典型區(qū)探討研究深層地下水實(shí)際開采量與地下水埋深的關(guān)系。為“三條紅線”的制定提供參考依據(jù)。

1 典型區(qū)概況

典型區(qū)滄縣處于冀中平原東部，滄州市中部，東臨黃驊市，西靠獻(xiàn)縣，南接泊頭市、南皮縣，北界青縣，東南與孟村縣毗鄰，中間環(huán)抱滄州市區(qū)。東西長(zhǎng)66 km，南北寬47 km，面積1 520 km2，總耕地面積140萬(wàn)畝。

滄縣屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，四季分明。全區(qū)多年平均氣溫12.7℃，多年平均降水量 553.3 mm(1956～2005年系列)，降水時(shí)空分布不均。

深層地下水的開發(fā)利用始于上世紀(jì)60年代中期。到1980年，全區(qū)深機(jī)井總數(shù)為760眼，1985年為754眼，1990年達(dá)到875眼，到1999年深井?dāng)?shù)量達(dá)到1 622眼，2011年深井?dāng)?shù)量已達(dá)2 050眼。隨著深機(jī)井建設(shè)的快速發(fā)展，深層地下水開采量也隨之快速增加。據(jù)水行政主管部門統(tǒng)計(jì)，2010年全區(qū)開采深層地下水7 833萬(wàn) m3，用于農(nóng)業(yè)灌溉的深層地下水4 922萬(wàn) m3，占深層地下水開采量的64%，工業(yè)用水量1 598萬(wàn) m3，占總量的20%，農(nóng)村人畜用水1 313萬(wàn) m3，占總量的16%。

2 分析數(shù)據(jù)的來(lái)源

2.1 站網(wǎng)

1)深層地下水站網(wǎng)。根據(jù)深層地下水的開發(fā)利用現(xiàn)狀和均勻布設(shè)原則，在典型區(qū)區(qū)共設(shè)深層地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)井57眼，站網(wǎng)密度為37眼/1 000 km2，每月20日對(duì)深層地下水埋深進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2)典型點(diǎn)站網(wǎng)。區(qū)內(nèi)不同地域選擇10個(gè)村莊作為典型點(diǎn)，開展地下水開采量監(jiān)測(cè)工作，其中運(yùn)東區(qū)6個(gè)村莊，含26眼機(jī)井;運(yùn)西4個(gè)村莊，含深機(jī)井20眼。對(duì)每眼機(jī)井的開采量進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)。

2.2 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)

1)埋深數(shù)據(jù)。每月20日采用超聲波或測(cè)繩對(duì)全區(qū)地下水埋深進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2)開采量數(shù)據(jù)。開采量數(shù)據(jù)的獲得采用兩種方式:一、把全區(qū)分成10個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)內(nèi)有一個(gè)典型點(diǎn)，采用以點(diǎn)帶面的方式計(jì)算開采量;二、通過(guò)抽水試驗(yàn)計(jì)算機(jī)泵效能(出水量和耗電量的關(guān)系)，再通過(guò)電量計(jì)算開采量。

3 埋深與開采量相關(guān)分析

埋深與開采量的關(guān)系利用一元線性回歸分析法對(duì)各月開采量與相應(yīng)埋深進(jìn)行相關(guān)分析。

典型區(qū)深層地下水的開發(fā)利用以第三含水組為主，第三含水組機(jī)井?dāng)?shù)量約占深井總數(shù)的94%，同時(shí)部分深井為第三、第四含水組混采。從每月的埋深監(jiān)測(cè)成果看，同一地域第三、第四、第五含水組監(jiān)測(cè)井的埋深(水位)大小沒有明顯差異。因此，區(qū)域埋深的計(jì)算不再分組計(jì)算，將第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ含水組地下水作為一個(gè)系統(tǒng)計(jì)算其綜合埋深，即

3.1 分區(qū)

區(qū)內(nèi)不同地域農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)和農(nóng)業(yè)灌溉習(xí)慣、方式有一定差異，甚至部分地域差異較大，造成不同地域深層地下水開采量、地下水埋深有較大差異。因此，依據(jù)種植結(jié)構(gòu)、農(nóng)業(yè)灌溉習(xí)慣、方式兼顧?quán)l(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)劃的完整，將全區(qū)分為4個(gè)分區(qū)，分別為運(yùn)西Ⅰ區(qū)、運(yùn)西Ⅱ區(qū)、運(yùn)東Ⅲ區(qū)、運(yùn)東Ⅳ區(qū)。

3.2 各分區(qū)相關(guān)分析

1)運(yùn)西Ⅰ區(qū)。運(yùn)西Ⅰ區(qū)包括杜生、崔爾莊、高川、黃遞鋪4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，面積287 km2，該區(qū)農(nóng)業(yè)以種植棗樹為主，兼有玉米的種植，幾乎沒有小麥種植。因此，深層地下水開采量較小，深層地下水的開采主要是用于人畜飲用及工業(yè)用水。區(qū)內(nèi)設(shè)深層地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)井8眼，深層地下水年內(nèi)變化幅度小。深層地下水月開采量與埋深一元相關(guān)關(guān)系見圖1。

圖1 運(yùn)西Ⅰ區(qū)埋深——開采量相關(guān)圖

2)運(yùn)西Ⅱ區(qū)。運(yùn)西Ⅱ區(qū)包括大褚村、紙房頭、官?gòu)d、杜林4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，面積311 km2，該區(qū)有一定面積的棗樹，玉米種植面積大，小麥種植面積小，深層地下水開采量較運(yùn)西Ⅰ區(qū)大，區(qū)內(nèi)設(shè)有監(jiān)測(cè)井13眼。深層地下水月開采量與埋深一元相關(guān)關(guān)系見圖2。

圖2 運(yùn)西Ⅱ區(qū)月開采量——埋深相關(guān)圖

3)運(yùn)東Ⅲ區(qū)。運(yùn)東Ⅲ區(qū)包括捷地、張官屯、劉家廟、仵龍?zhí)?、舊州、汪家鋪、風(fēng)化店、李天木8個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，面積645 km2，人口25.8萬(wàn)，該區(qū)農(nóng)業(yè)以種植小麥、玉米為主，深層地下水開采強(qiáng)度大，該區(qū)域是滄州漏斗的中心區(qū)，區(qū)內(nèi)設(shè)監(jiān)測(cè)井22眼。該區(qū)深層地下水月開采量與埋深一元相關(guān)關(guān)系見圖3。

圖3 運(yùn)東Ⅲ區(qū)月開采量——埋深相關(guān)圖

4)運(yùn)東Ⅳ區(qū)。該區(qū)包括姚官屯、薛官屯、興濟(jì)3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，面積277 km2，人口10.4萬(wàn)，該區(qū)農(nóng)業(yè)種植以小麥、玉米為主，但由于地勢(shì)低，該區(qū)小麥灌溉利用深層水較少，大部分利用地表水灌溉，甚至不灌溉，深層地下水開采強(qiáng)度相對(duì)較小，區(qū)內(nèi)設(shè)監(jiān)測(cè)井10眼，深層地下水月開采量與埋深一元相關(guān)關(guān)系見圖4。

圖4 運(yùn)東Ⅳ區(qū)月開采量——埋深相關(guān)圖

圖5 試驗(yàn)區(qū)深層地下水月開采量——埋深相關(guān)圖

4 結(jié)語(yǔ)

從分區(qū)及全區(qū)月開采量與埋深相關(guān)圖看，雖然數(shù)據(jù)點(diǎn)有些分散，但數(shù)據(jù)點(diǎn)總體呈帶狀分布，說(shuō)明月開采量與埋深還是有一定相關(guān)關(guān)系的，只是開采期(大埋深)數(shù)據(jù)點(diǎn)偏少，對(duì)線型有一定影響。全區(qū)及4個(gè)分區(qū)回歸方程、相關(guān)系數(shù)以及誤差分析可知，相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)臨界值 r0為0.456(α=0.05，n－2=17)，所有相關(guān)系數(shù) R均大于此值，呈顯著相關(guān)。相關(guān)系數(shù)最小的為運(yùn)西Ⅱ區(qū)0.660 2，最大的為運(yùn)東Ⅲ區(qū)0.815 0，詳見表 1。

表1 深層地下水埋深(x)與月開采量(y)回歸方程表

本文分析數(shù)據(jù)以實(shí)際監(jiān)測(cè)的深層地下水埋深和開采量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用一元線性回歸法分析了4個(gè)分區(qū)及整個(gè)典型區(qū)深層地下水埋深與開采量的關(guān)系，得出了相關(guān)系數(shù)及回歸方程，證實(shí)了埋深和開采量存在著顯著的相關(guān)關(guān)系。滄縣作為北部平原區(qū)具有代表性的典型區(qū)域，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)和方法進(jìn)一步推廣，可為“三條紅線”的制定和考核提供技術(shù)和方法參考。