邢臺市礦山水文地質(zhì)情況及采動變化分析

（河北地質(zhì)大學(xué)，河北 石家莊 050031）

邢臺市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)（以下簡稱高開區(qū)）位于河北省南部，太行山東麓，邢臺市區(qū)東南部。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，礦山能源開采與環(huán)境發(fā)展之間的矛盾日趨尖銳。正確分析井下水補給量和排泄量，為能源的可持續(xù)利用及科學(xué)管理提供依據(jù)。

國內(nèi)外學(xué)者對邢臺地區(qū)礦井水文均衡情況進行了大量的研究。邵愛軍等(1996)[2]用水量均衡法確定了騰發(fā)量，根據(jù)土壤水動力學(xué)原理，推導(dǎo)了某些礦山難以測定的均衡要素的計算公式；許勝寶等(2005)[3]對湘西礦床富集區(qū)地下水進行了均衡分析,并構(gòu)建了均衡模型,對井下水的補給進行了評價；陳引峰等(2004)[4]運用地下水動態(tài)資料,對欒城縣井下水均衡進行了初步分析和研究；Richard(1956)[5]首次提出零通量面法，其根本是包氣帶中的均衡量的測定，隨后便應(yīng)用到大量的研究中。Cooper(1990)[6]應(yīng)用零通量面法對英格蘭白堊系礦層井下水進行了補給量的研究，證明年均補給量占降水量的27%。此外，水位動態(tài)法適用于潛水含水層，Healy and Cook（2002）[7]認為只要確定井下水位上升量和含水層給水度，就可以利用該方法計算出補給量。Healy(2007)[8]提出井下水均衡的本質(zhì)是質(zhì)量守恒原理，進行均衡情況分析，不受時空尺度的限制,對流域的水均衡提出了水量平衡方程式。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)屬于暖溫帶半濕潤季風(fēng)性大陸氣候，多年平均降水量500.4mm，多年平均徑流深17.9mm多年平均水面蒸發(fā)量1230.9mm。研究區(qū)水文分類主要分淺層和深層井水，淺層水為孔隙潛水。深層水以內(nèi)丘至邢臺弧形斷裂為界，以西為巖溶水，以東為孔隙水。淺層含水層與深層含水層之間由10m～40m左右的粘性土隔離，基本沒有水力聯(lián)系。本次進行淺層水水均衡分析。

研究區(qū)地下水主要接受大氣降水、灌溉回歸和地下水側(cè)向徑流補給，然后由西向東徑流，在東部邊界排出區(qū)外。淺層水文地質(zhì)圖見圖1。

2 水均衡分析

本次研究礦區(qū)水文均衡區(qū)為邢臺市開發(fā)區(qū)行政界內(nèi)所包括的范圍，面積較大。

2.1 均衡方程

根據(jù)均衡區(qū)各地層水文補給和排泄條件，地下水補給包括：大氣降水入滲補給、井灌回歸補給量、側(cè)向徑流補給。井下水排泄包括：人工開采（包括礦山開采及礦區(qū)周邊生活用水開采）、側(cè)向徑流排泄。

根據(jù)研究區(qū)均衡項，建立均衡方程式如下：

式中：Q降滲—大氣降水入滲補給量；Q灌—井灌回歸補給量；Q側(cè)補—井下水側(cè)向徑流補給量；Q開采—孔隙水開采量；Q側(cè)排—井下水側(cè)向徑流排泄量；Q儲變—井下水儲變量。

2.2 均衡項計算

根據(jù)《河北省邢臺市區(qū)水資源中長期供求計劃報告》，確定均衡計算參數(shù)，降水入滲系數(shù)粘性土α=0.238、砂類土α=0.446；潛水給水度μ=0.06；灌溉回歸系數(shù)β=0.12；滲透系數(shù)K=55m/d。

2.2.1 井下水補給量的計算

（1）降水入滲補給量

計算公式：

式中：Q降-降水入滲補給量（104m3/a）；P-年降水量(mm/a)；α-降水入滲系數(shù)；F-計算區(qū)面積（km2），粘性土面積37km2、砂類土面積21km2。

（2）井灌回歸量

圖1 淺層孔隙水文地質(zhì)圖

計算公式：

式中：Q井-井灌回歸量（104m3/a）；Q灌開-井灌開采量（104m3/a）；β-井灌回歸系數(shù)，取0.12。

（3）側(cè)向流入量

計算公式：

式中：Q側(cè)入-側(cè)向流入量（104m3/a）；K-計算斷面含水層滲透系數(shù)（m/d）；M-計算斷面含水層厚度（m）；B-計算斷面寬度（m）；I-垂直計算斷面的水力坡度。

根據(jù)研究區(qū)水文地質(zhì)條件，水力坡度取0.0033；計算斷面按實際寬度取7.0km；補給斷面的含水層平均厚度取19m。

經(jīng)計算斷面?zhèn)认驈搅餮a給量為881.1×104m3/a。

綜上，均衡區(qū)內(nèi)淺層井下水年均總補給量為1892.0×104m3。

2.2.2 井下水量計算

（1）人工開采量

地下水開采包括：工業(yè)開采和生活用水開采。工業(yè)開采量和生活用水開采量依據(jù)實測統(tǒng)計值，農(nóng)業(yè)開采量依據(jù)定額法計算值。該區(qū)人工開采地下水總量為164.7×104m3/a。

（2）井下水側(cè)向徑流排泄量

依據(jù)計算公示（4），均衡區(qū)東部邊界為排泄斷面，其水力坡度取平均值0.0017，斷面寬度6.0km，計算斷面徑流排泄量為389.1×104m3/a。

綜上，均衡區(qū)內(nèi)井下水年均總排泄量為193.8×104m3。

2.2.3 儲變量的計算

均衡區(qū)內(nèi)孔隙水儲變量計算公式為：

式中：Q儲變-地下水儲存量的變化量（104m3）；μ-水位變動帶的給水度；F-均衡區(qū)面積（km2）；ΔH—均衡時間內(nèi)年均水位變差（m）。

根據(jù)研究區(qū)水文地質(zhì)條件，潛水層給水度0.06，均衡區(qū)面積58km2，均衡期內(nèi)研究區(qū)地下水水位年平均下降0.19m。

均衡期內(nèi)井下水儲存量的變化量年均減少66.1×104m3。

3 結(jié)論

在分析研究礦區(qū)水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，總結(jié)了淺礦層水文補給和排泄項。計算得出均衡區(qū)內(nèi)靜下水年均總補給量為182.0×104m3，年均總排泄量為193.8×104m3，排泄量大于補給量，為負均衡，年均均衡差為-50.8×104m3。均衡期內(nèi)地下水年均儲存量變化量減少11.1×104m3，與均衡差比較接近。