武安盆地南部單元巖溶地下水資源均衡分析

金志豪

1 水文地質(zhì)條件概況

武安盆地地處華北邯邢地區(qū)，位于黑龍洞巖溶地下水系統(tǒng)北端。盆地南部呈狹長(zhǎng)的槽狀地形，西側(cè)為磁山巖體，東為鼓山，南洺河為季節(jié)性河流，河床自南向北在區(qū)內(nèi)蜿蜒通過。奧陶系灰?guī)r為該區(qū)主要含水層，其上覆石炭～二疊系砂巖及薄層石灰?guī)r，宏觀上呈統(tǒng)一的含水體。自上世紀(jì)六七十年代以來，隨著地下水開采量增大，地下水位大幅下降，在武安盆地南部約30 km2的范圍，形成了四周封閉的次一級(jí)水文地質(zhì)單元，單元內(nèi)奧灰?guī)r地下水與區(qū)域巖溶地下水之間基本不聯(lián)系。

該單元內(nèi)奧灰?guī)r地下水的補(bǔ)給來源主要為西北部裸露灰?guī)r區(qū)降水入滲、閃長(zhǎng)巖表層的風(fēng)化裂隙水、河流垂向滲漏補(bǔ)給和煤系地層垂向補(bǔ)給（見圖1）。地下水的開采方式主要為礦山開采過程中的疏干排水。多年來奧陶系灰?guī)r地下水位變幅呈持續(xù)下降趨勢(shì)，奧灰?guī)r溶水資源量呈負(fù)均衡狀態(tài)（奧灰水開采量與地下水位變化相關(guān)性見圖2）。

2 均衡期的選擇

根據(jù)該區(qū)內(nèi)奧灰?guī)r含水層多年的排水量及地下水位動(dòng)態(tài)資料，選擇2011年1月至2015年12月，共5年，作為均衡期進(jìn)行分析計(jì)算。均衡期年均降水量492.9 mm，略小于多年平均降水量516.6 mm（見圖3）。

3 均衡方程

奧灰?guī)r地下水位多年以來處于持續(xù)下降趨勢(shì)，巖溶地下水的開采量大于補(bǔ)給量，地下水處于負(fù)均衡狀態(tài)，均衡方程如下：

其中：Q排為區(qū)內(nèi)奧灰?guī)r年均總排水量（m3/a）；Q補(bǔ)為奧灰?guī)r地下水補(bǔ)給量（m3/a）；Q西為西部邊界補(bǔ)給水量（m3/a）；Q河為河流滲漏補(bǔ)給水量（m3/a）；Q煤為煤系地層垂向滲漏補(bǔ)給水量（m3/a）；Q儲(chǔ)為奧灰?guī)r消耗靜儲(chǔ)存量（m3/a）。

4 各源匯項(xiàng)計(jì)算

4.1 西部邊界補(bǔ)給水量

西部邊界流量補(bǔ)給分為兩段。西萬年至上洛陽段水量來自礦區(qū)西北部裸露灰?guī)r區(qū)的降水入滲和其周邊閃長(zhǎng)巖風(fēng)化裂隙水，上洛陽往南段來自磁山巖體的閃長(zhǎng)巖風(fēng)化裂隙水，分類計(jì)算如下：

4.1.1 降水入滲補(bǔ)給量計(jì)算

降水入滲系數(shù)受地形、地貌、巖性、覆蓋層、降水形式及蒸發(fā)強(qiáng)度等的控制。據(jù)武安水利局相關(guān)資料，本區(qū)降水入滲系數(shù)按巖性分區(qū)，如表1。

表1 大氣降水入滲系數(shù)分區(qū)表

計(jì)算中降水入滲系取0.22，裸露灰?guī)r面積約5.5 km2，計(jì)算得降水入滲補(bǔ)給量為59.64×104m3/a（1634 m3/d）。

4.1.2 閃長(zhǎng)巖風(fēng)化裂隙水補(bǔ)給量

閃長(zhǎng)巖風(fēng)化裂隙水的補(bǔ)給量可按單位寬度補(bǔ)給量與巖體與灰?guī)r接觸帶的長(zhǎng)度計(jì)算，計(jì)算公式為：Q巖體=q·L。

據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，本區(qū)閃長(zhǎng)巖單寬補(bǔ)給量為：枯水期0.2 m3/d·m，洪水期為0.4 m3/d·m。其中洪水期按100天計(jì)算，枯水期按265天計(jì)算。閃長(zhǎng)巖風(fēng)化裂隙水補(bǔ)給量為101.77×104m3/a（2788 m3/d），詳見表 2。

表2 閃長(zhǎng)巖風(fēng)化裂隙水補(bǔ)給量計(jì)算表

4.2 河流滲漏補(bǔ)給水量

盆地西南角磁山鐵路橋處，南洺河河床奧灰?guī)r裸露，是河水補(bǔ)給奧灰?guī)r地下水的通道。南洺河為季節(jié)性河流，又受上游水利工程的影響，其表流與河床潛流量在時(shí)空上變化差異很大。對(duì)河流滲漏補(bǔ)給的計(jì)算，參照以往的實(shí)際觀測(cè)資料，按如下公式計(jì)算：

式中：Q為河流滲漏量（m3）；λ為單位長(zhǎng)度河流滲漏量（0.08～0.14 m3/s·km，平均 0.11 m3/s·km）；L 為河流滲漏段長(zhǎng)度（km）；T為滲漏時(shí)長(zhǎng)（d）。

本次計(jì)算均衡期內(nèi)河水未出現(xiàn)大的洪流，主要是通過河床底部第四系滲漏補(bǔ)給，滲漏時(shí)間取為全年，λ取值0.11 m3/s·km（洪流期取 0.14 m3/s·km），計(jì)算得河流滲漏補(bǔ)給量為239.8×104m3/a（6570 m3/d）。

4.3 奧灰?guī)r消耗靜儲(chǔ)存量

奧灰?guī)r地下水主要以承壓水形式存在，均衡期內(nèi)，奧灰?guī)r消耗的靜儲(chǔ)存量可按以下公式計(jì)算：式中：Q 為奧灰?guī)r靜儲(chǔ)量（m3）；V 為疏干體積（m3）；S為儲(chǔ)水系數(shù)。

參考《河北地下水》中對(duì)區(qū)域奧灰?guī)r含水層水文地質(zhì)參數(shù)的計(jì)算，儲(chǔ)水系數(shù)一般為0.001～0.002，富水性較強(qiáng)區(qū)儲(chǔ)水系數(shù)可達(dá)0.0036。本區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，奧灰?guī)r含水層整體富水性較強(qiáng)，計(jì)算過程中儲(chǔ)水系數(shù)取0.0036。統(tǒng)計(jì)均衡期內(nèi)奧灰?guī)r觀測(cè)孔水位的年均降幅，按照體積分割法計(jì)算疏干體積，見表3。

經(jīng)計(jì)算，均衡期奧灰?guī)r地下水靜儲(chǔ)量的年均疏干量為122.05×104m3/a（3344 m3/d）。

表3 均衡期年均疏干體積計(jì)算表

4.4 煤系地層垂向滲漏補(bǔ)給水量

煤系地層的垂向漏補(bǔ)給水量不易通過參數(shù)計(jì)算求得，可將已知的各源匯項(xiàng)帶入水均衡方程，反推求出。

該單元內(nèi)地下水開采方式主要為各礦山排水，統(tǒng)計(jì)各礦山均衡期內(nèi)對(duì)奧灰水的排水量為1578.76×104m3/a。將各源匯項(xiàng)數(shù)據(jù)帶入水均衡方程中計(jì)算得，煤系地層垂向滲漏補(bǔ)給水量為1055.5×104m3/a（28918 m3/d）。

武安盆地南部單元奧灰?guī)r溶水均衡計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 奧灰?guī)r溶水均衡計(jì)算結(jié)果

5 結(jié)論

現(xiàn)階段，武安盆地南部單元巖溶地下水資源量處于負(fù)均衡狀態(tài)，其造成的影響也具有兩面性。

（1）從地下水環(huán)境保護(hù)角度而言，巖溶地下水的過渡開采，造成了地下水環(huán)境的破壞。武安盆地南部單元巖溶地下水位大幅度下降，已形成了大范圍地下水降落漏斗（見圖4），破壞了天然水環(huán)境，對(duì)當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)及居民生活用水也造成了很大影響，需要加強(qiáng)監(jiān)管與重視；

圖4 武安盆地南部單元巖溶地下水流場(chǎng)示意圖

（2）從本地礦山生產(chǎn)建設(shè)角度分析，地下水水位降低，減輕了礦山疏干排水壓力。由水均衡分析結(jié)果可見，巖溶水資源量長(zhǎng)期處于富均衡狀態(tài)，說明該單元內(nèi)地下水的開采排泄量已超過補(bǔ)給量。武安盆地南部單元四周封閉，與區(qū)域地下水基本無聯(lián)系，其巖溶地下水的補(bǔ)給量是有限的，這對(duì)本地礦山的安全生產(chǎn)而言，是有益的。

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